3.1 Енергия и нейните видове

3.2 Методи за получаване и преобразуване на енергия

3.3 Електрически и топлинни натоварвания и методи за тяхното регулиране

3.4 Директно преобразуване на слънчевата енергия в топлина и електричество

3.5 Вятърна енергия

3.6 Хидроенергия

3.7 Биоенергия

3.8 Пренос на топлинна и електрическа енергия

3.8.1 Пренос на топлинна енергия

3.8.2 Пренос на електрическа енергия

3.9 Енергиен мениджмънт на промишлени предприятия

3.1 Енергия и нейните видове

енергия(от гръцки energeie - действие, дейност) е обща количествена мярка за движението и взаимодействието на всички видове материя. Това е способността да се извършва работа, а работата се извършва, когато физическа сила (налягане или гравитация) действа върху обект. работа- това е енергия в действие.

Във всички механизми, когато се извършва работа, енергията преминава от един вид в друг. Но в същото време е невъзможно да се получи повече енергия от един вид, отколкото друг по време на която и да е от неговите трансформации, тъй като това противоречи на закона за запазване на енергията.

Разграничават се следните видове енергия: механична; електрически; топлинна; магнитни; атомен.

Електрическиенергията е един от перфектните видове енергия. Широкото му използване се дължи на следните фактори:

Получаване на големи количества в близост до находища на ресурси и водоизточници;

Възможност за транспортиране на дълги разстояния с относително малки загуби;

Способността да се трансформира в други видове енергия: механична, химическа, топлинна, светлинна;

Без замърсяване на околната среда;

Въвеждането на принципно нови прогресивни технологични процеси с висока степен на автоматизация, базирани на електричество.

Термичененергията се използва широко в съвременните индустрии и в ежедневието под формата на пара, гореща вода и горивни продукти.

Преобразуването на първична енергия във вторична енергия, по-специално в електрическа енергия, се извършва в станции, които в имената си съдържат указания за това какъв вид първична енергия се преобразува в електрическа енергия в тях:

В топлоелектрическа централа (ТЕЦ) - топлинна;

Водноелектрически централи (ВЕЦ) - механични (енергия на движение на водата);

Помпено-акумулираща станция (ПАС) - механична (енергия на движение на вода, предварително напълнена в изкуствен резервоар);

Атомна електроцентрала (АЕЦ) - ядрена (енергетика на ядрено гориво);

Приливна електроцентрала (ТЕЦ) - приливи и отливи.

В Република Беларус повече от 95% от енергията се генерира в топлоелектрически централи, които според предназначението си се разделят на два вида:

Кондензационни топлоелектрически централи (CHPS), предназначени да генерират само електрическа енергия;

Комбинирани топлоелектрически централи (ТЕЦ), където се осъществява комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия.

3.2 Методи за получаване и преобразуване на енергия

ТЕЦвключва набор от оборудване, в което вътрешната химическа енергия на горивото (твърдо, течно или газообразно) се преобразува в топлинна енергия на вода и пара, която се преобразува в механична ротационна енергия, която генерира електрическа енергия. Диаграмата на производството на електроенергия в топлоелектрическите централи е показана на фигура 6.

Както се вижда от представената диаграма, горивото, подадено от склада (C) към парогенератора (SG), по време на изгарянето отделя топлинна енергия, която, загрявайки водата, подадена от водоприемника (IW), я превръща в енергия водна пара с температура 550 °C. В турбината (T) енергията на водните пари се преобразува в механична ротационна енергия, която се предава на генератора (G), който я преобразува в електрическа енергия. В парния кондензатор (K) отработената пара с температура 123 ... 125 ° C отдава латентната топлина на изпаряване на охлаждащата вода и с помощта на кръгова помпа (H) отново се подава под формата на кондензат към котела-парогенератор.

Фигура 6 - Схема на работа на ТЕЦ

Конструкцията на комбинирана топлоелектрическа централа се различава от топлоелектрическа централа по това, че вместо кондензатор е монтиран топлообменник, където парата при значително налягане загрява водата, подадена към основните отоплителни линии.

Котелна централае набор от устройства за производство на пара под налягане или гореща вода. Състои се от котелен агрегат и спомагателни съоръжения, газопроводи и въздухопроводи, тръбопроводи за пара и вода с арматура, тягопроводи и др.

област, или промишлени котелни са предназначени за централизирано топлоснабдяване на жилищни и комунални услуги или самото предприятие. С пускането в експлоатация на топлоелектрическите централи част от тях останаха неработещи и могат да се използват като резервни и пикови и тогава се наричат ​​резервно-пикови.

Газотурбинен завод- това е двигател в лопатковия апарат, на който потенциалната енергия на газа се преобразува в кинетична енергия и след това частично се преобразува в механична работа, която се преобразува в електрическа енергия.

Фигура 7 - Схема на газотурбинна инсталация с топлинна енергия при = const

1 - въздушен компресор; 2 - газова турбина; 3 - електрически генератор; 4 - горивна помпа; 5 - горивна камера

В най-простата газова турбина с непрекъснато горене (Фигура 7) въздухът, компресиран до определено налягане в компресор 1, навлиза в горивната камера 5, където температурата му се повишава поради изгарянето на гориво, подавано от горивна помпа 4 при постоянно налягане. Продуктите от горенето под налягане и при висока температура се подават към турбина 2, в която се извършва работа по разширяване на газа. В същото време налягането и температурата падат. След това продуктите от горенето се отделят в атмосферата.

Завод с комбиниран цикъле турбинна топлоелектрическа централа, чийто топлинен цикъл използва два работни тела - водна пара и димни газове, постъпващи от котелния агрегат.

Въздухът, влизащ в компресора 1 (Фигура 8) от атмосферата, се компресира с нарастваща температура и се подава в горивна камера 5, в която горивото се впръсква с помощта на горивна помпа. В горивната камера 5 се извършва изгаряне на гориво и получените газове влизат в газовата турбина 2, където се извършва работа.

Фигура 8 - Схема на инсталация с комбиниран цикъл

1 - въздушен компресор; 2 - газова турбина; 3 - електрически генератор; 4 – горивна помпа; 5 - горивна камера; 6 - нагревател; 7 - котел; 8 - парна турбина; 9 - кондензатор на водна пара; 10 - захранваща помпа

Отработените газове с температура 350 ° C и понижено налягане влизат в нагревателя 6, където отделят част от топлината за загряване на захранващата вода, постъпваща в котела 7, и след охлаждане се изпускат в атмосферата. Подхранващата вода се използва в котела за производство на пара, която влиза в парната турбина 8 при температура

540 °C. В него парата се разширява, произвеждайки техническа работа. Отработената в турбината пара постъпва в кондензатора 9, в който се кондензира, а полученият кондензат с помощта на помпа 10 се изпраща първо към нагревателя 6, където получава топлината на изхвърлените в газовата турбина газове, а след това към парният котел 7. Дебитите на парата и газа са избрани по този начин, така че водата да абсорбира максимално количество топлина от газовете. Топлинната ефективност на инсталациите е над 60%.

Внедряването на две парни турбини във Витебското производствено обединение „Витяз“, които са в състояние да генерират 1500 kW електроенергия (750 kW всяка) и месечно спестяват до 30 хиляди долара за закупуване на енергия, показва колко ефективно е прилагането на парни турбинни агрегати е. Срокът за изплащане на проекта е малко повече от година.

Водноелектрическа централае комплекс от хидравлични съоръжения и енергийно оборудване, чрез които енергията на водните потоци или резервоарите, разположени на относително по-високи нива, се преобразува в електрическа енергия.

Технологичният процес на производство на електроенергия във водноелектрически централи включва:

Създаване на различни нива на водата в горния и долния басейн;

Преобразуване на енергията на водния поток в енергия на въртене на вала на хидравличната турбина;

Преобразуване на енергията на въртене в енергия на електрическия ток чрез хидрогенератор.

Помпено съхранение електроцентралае водноелектрическа централа, в която притокът на вода в горния резервоар се осигурява изкуствено, чрез помпи, захранвани с електричество от системата. В допълнение към турбините, той е оборудван с помпи (помпи) или само турбини, които могат да работят в режим на помпа (реверсивни турбини), за да вдигат вода по време на часове с ниско натоварване в енергийната система от долния басейн към горния резервоар чрез свързване към захранването система. При високи натоварвания помпено-акумулиращите електроцентрали работят като конвенционалните водноелектрически централи.

Топлинни схеми на атомни електроцентрализависи от вида на реактора; тип охлаждаща течност; състав на оборудването и може да бъде едно-, дву- и трикръгови.

Схема за производство на електроенергия за едновериженАтомната електроцентрала е показана на фигура 9. Парата се генерира директно в реактора и влиза в парната турбина. Отработената пара се кондензира в кондензатор, а кондензатът се изпомпва в реактора. Схемата е проста и икономична. Въпреки това, парата (работната течност) на изхода на реактора става радиоактивна, което поставя повишени изисквания към биологичната защита и затруднява наблюдението и ремонта на оборудването.

Фигура 9 - Топлинна схема на най-простата едноконтурна атомна електроцентрала

1 - ядрен реактор; 2 - турбина; 3 - електрически генератор; 4- кондензатор на водна пара; 5 - захранваща помпа

IN двуконтуренВ схемите за производство на ядрена енергия има две независими вериги (Фигура 10) - охлаждаща течност и работна течност. Общото им оборудване е парогенератор, в който охлаждащата течност, загрята в реактора, предава топлината си на работния флуид и се връща в реактора с помощта на циркулационна помпа.

Фигура 10 - Топлинна схема на най-простата двуконтурна атомна електроцентрала

1 - ядрен реактор; 2 - топлообменник-парогенератор; 3 - главна циркулационна помпа; 4 - турбина; 5 - електрически генератор; 6 - кондензатор на водна пара; 7 - захранваща помпа

Налягането в първия кръг (охлаждащата верига) е значително по-високо, отколкото във втория. Парата, произведена в топлинния генератор, се подава към турбината, извършва работа, след това кондензира и кондензатът се подава към парогенератора от захранващата помпа. Въпреки че парогенераторът усложнява инсталацията и намалява нейната ефективност, той предотвратява радиоактивността във втория контур.

IN три веригаВ схемата течните метали (например натрий) служат като първични охладители. Радиоактивният натрий от реактора постъпва в междинния топлообменник с натрий, към който отдава топлина и се връща обратно в реактора. Налягането на натрия във втория кръг е по-високо, отколкото в първия, което елиминира изтичането на радиоактивен натрий. В междинния втори кръг натрият предава топлина на работния флуид (вода) на третия кръг. Получената пара влиза в турбината, извършва работа, кондензира и постъпва в парогенератора.

Триконтурната схема е скъпа, но осигурява безопасна работа на реактора.

Разликата между топлоелектрическите централи и атомните електроцентрали е, че източникът на топлина в топлоелектрическите централи е парен котел, в който се изгаря органично гориво; в атомна електроцентрала - ядрен реактор, топлината в който се отделя при делене на ядрено гориво, което има висока калоричност (милиони пъти по-висока от органичното гориво). Един грам уран съдържа 2,6 10 ядра, чието делене освобождава 2000 kWh енергия. За да получите същото количество енергия, трябва да изгорите повече от 2000 кг въглища.

По време на експлоатацията на атомните електроцентрали обаче в горивото, охлаждащата течност и конструктивните материали се образува голямо количество радиоактивни вещества. Следователно атомната електроцентрала е източник на радиационна опасност за оперативния персонал и населението, живеещо в близост, което повишава изискванията за надеждност и безопасност на нейната работа.

ТЕЦ(CHP) е топлоелектрическа централа, която генерира не само електрическа енергия, но и топлинна енергия, доставяна на потребителите под формата на пара и гореща вода за битови нужди. При такова комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия, основно топлината на парата (или газа), изтощена в турбините, се освобождава в отоплителната мрежа, което води до намаляване на разхода на гориво с 25-30% в сравнение с отделното производство на енергия при КПЦ или държавни районни електроцентрали (държавни районни електроцентрали) и топлина в районни котелни.

Преди да говорим за основните мерки, които осигуряват енергоспестяване, т.е. За да разберете как можете да пестите енергия, трябва ясно да дефинирате какво е понятието „енергия“?

Енергията (на гръцки - действие, дейност) е обща количествена мярка за различните форми на движение на материята.

От това определение следва:

Енергията е нещо, което се проявява само когато се промени състоянието (позицията) на различни обекти в света около нас;

Енергията е нещо, което може да се променя от една форма в друга;

Енергията се характеризира със способността да произвежда полезна за хората работа;

Енергията е нещо, което може да бъде обективно определено, количествено.

Енергията в естествените науки, в зависимост от нейната природа, се разделя на следните видове.

Механична енергия – проявява се при взаимодействие и движение на отделни тела или частици.

Тя включва енергията на движение или въртене на тялото, енергията на деформация при огъване, разтягане, усукване и компресия на еластични тела (пружини). Тази енергия намира най-широко приложение в различни машини – транспортни и технологични.

Топлинната енергия е енергията на неподреденото (хаотично) движение и взаимодействие на молекулите на веществата.

Топлинната енергия, получена най-често чрез изгаряне на различни видове гориво, се използва широко за отопление и извършване на множество технологични процеси (нагряване, топене, сушене, изпарение, дестилация и др.).

За да се сравнят различните видове гориво и общото отчитане на неговите запаси, да се оцени ефективността на използването на енергийните ресурси и да се сравни производителността на устройствата, използващи топлина, се приема мерната единица стандартно гориво, чиято калоричност се приема за 29,33 MJ/kg (7000 kcal/kg). За сравнителен анализ мерната единица обикновено е тон стандартно гориво.

1t горивен еквивалент = 29,33 10 9 J = 7 10 6 kcal = 8,12 10 3 kWh

Тази цифра съответства на добри въглища с ниско съдържание на пепел, които понякога се наричат ​​еквивалент на въглища. В чужбина за анализ се използва еквивалентно гориво с калоричност 41,9 MJ/kg. Този показател се нарича маслен еквивалент.

Електрическата енергия е енергията на електроните (електрически ток), движещи се по електрическа верига.

Електрическата енергия се използва за получаване на механична енергия с помощта на електрически двигатели и извършване на механични процеси за обработка на материали: раздробяване, смилане, смесване; за провеждане на електрохимични реакции; получаване на топлинна енергия в електронагревателни уреди и пещи; за директна обработка на материали (електрическа ерозионна обработка).

Химическата енергия е енергията, „съхранена“ в атомите на веществата, която се освобождава или абсорбира по време на химичните реакции между веществата.

Химическата енергия се отделя като топлина по време на екзотермични реакции (например изгаряне на гориво) или се преобразува в електрическа енергия в галванични клетки и батерии. Тези енергийни източници се характеризират с висока ефективност (до 98%), но ниска мощност.

Магнитната енергия е енергията на постоянните магнити, които имат голям запас от енергия, но я „отдават“ много неохотно. Въпреки това, електрическият ток създава разширени, силни магнитни полета около себе си, поради което хората най-често говорят за електромагнитна енергия.

Електрическата и магнитната енергия са тясно свързани помежду си, всяка от тях може да се разглежда като „обратната“ страна на другата.

Електромагнитната енергия е енергията на електромагнитните вълни, т.е. движещи се електрически и магнитни полета. Тя включва видима светлина, инфрачервена, ултравиолетова, рентгенови лъчи и радиовълни.

Следователно електромагнитната енергия е радиационна енергия. Радиацията носи енергия под формата на енергия от електромагнитни вълни. Когато радиацията се поглъща, енергията й се превръща в други форми, най-често топлина.

Ядрената енергия е енергия, локализирана в ядрата на атомите на така наречените радиоактивни вещества. Той се отделя по време на делене на тежки ядра (ядрена реакция) или сливане на леки ядра (термоядрена реакция).

Съществува и старо наименование на този вид енергия – атомна енергия, но това наименование не отразява точно същността на явленията, водещи до отделяне на колосални количества енергия, най-често под формата на топлинна и механична.

Гравитационната енергия е енергия, причинена от взаимодействието (гравитацията) на масивни тела; тя е особено забележима в космоса. В земни условия това е например енергията, "съхранена" от тяло, повдигнато на определена височина над повърхността на Земята - енергията на гравитацията.

Така, в зависимост от нивото на проявление, можем да разграничим енергията на макрокосмоса - гравитационна, енергията на взаимодействие на телата - механична, енергията на молекулярните взаимодействия - топлинна, енергията на атомните взаимодействия - химична, енергията на радиация - електромагнитна, енергията, съдържаща се в ядрата на атомите - ядрена.

Съвременната наука не изключва съществуването на други видове енергия, които все още не са регистрирани, но не нарушават единната естествена научна картина на света и концепцията за енергия.

Като цяло концепцията за енергията, идеята за нея, е изкуствена и създадена специално, за да бъде резултат от нашите мисли за света около нас. За разлика от материята, за която можем да кажем, че съществува, енергията е плод на човешката мисъл, негово „изобретение“, изградено така, че да може да описва различни промени в заобикалящия ни свят и в същото време да говори за постоянство, чието запазване - което се нарича енергия, дори ако нашата представа за енергия ще се променя от година на година.

Енергийна единицае 1 J (джаул). В същото време за измерване на количеството топлина се използва „старата“ единица - 1 кал (калория) = 4,18 J, за измерване на механичната енергия се използва стойността 1 kg m = 9,8 J, електрическа енергия - 1 kWh = 3,6 MJ, с 1 J = 1 W·C.

Трябва да се отбележи, че в природонаучната литература топлинната, химическата и ядрената енергия понякога се комбинират с понятието вътрешна енергия, т.е. съдържащи се в дадено вещество.

Хората използват различни видове енергия за всичко - от придвижване до изпращане на астронавти в космоса.

Има два вида енергия:

• способност за обвързване (потенциално)
• действителна работа (кинетична)

Предлага се в различни форми:

• топлина (топлинна)
• светлина (лъчиста)
• движение (кинетично)
• електрически
• химически
• ядрена енергия
• гравитационен

Например, храната, която човек яде, съдържа химикали и тялото на човека ги съхранява, докато той или тя не ги използва като кинетика по време на работа или живот.

Класификация на видовете енергия

Хората използват различни видове ресурси: електричество в домовете си, произведено от изгаряне на въглища, ядрена реакция или водноелектрическа централа на река. Така въглищата, ядрената и водната енергия се наричат ​​източник. Когато хората пълнят резервоара си за гориво с бензин, източникът може да е нефт или дори отглеждане и преработка на зърно.

Източниците на енергия се разделят на две групи:

• Възобновяема
• Неподновяем

Възобновяемите и невъзобновяемите източници могат да се използват като първични енергийни източници като топлина или да се използват за производство на вторични енергийни източници като електричество.

Когато хората използват електричество в домовете си, електричеството вероятно се генерира от изгаряне на въглища или природен газ, ядрена реакция или водноелектрическа централа на река или от няколко източника. Хората използват суров петрол (невъзобновяем) за гориво на колите си, но могат да използват и биогорива (възобновяеми) като етанол, който се произвежда от преработена царевица.

Възобновяема

Има пет основни възобновяеми енергийни източника:

• Слънчева
• Геотермална топлина вътре в Земята
• Вятърна енергия
• Биомаса от растения
• Хидроенергия от течаща вода

Биомасата, която включва дървесина, биогорива и отпадъци от биомаса, е най-големият източник на възобновяема енергия, представляваща около половината от всички възобновяеми енергийни източници и около 5% от общото потребление.

Неподновяем

Повечето от консумираните в момента ресурси идват от невъзобновяеми източници:

• Нефтопродукти
• Втечнен въглеводороден газ
• Природен газ
• Въглища
• Ядрена енергия

Невъзобновяемата енергия представлява около 90% от всички използвани ресурси.

Разходът на гориво променя ли се с времето?

Източниците на консумирана енергия се променят с времето, но промяната става бавно. Например въглищата някога са били широко използвани като гориво за отопление на домове и търговски сгради, но конкретното използване на въглища за тези цели е намаляло през последния половин век.

Въпреки че делът на възобновяемите горива в общото потребление на първична енергия все още е сравнително малък, използването им нараства във всички сектори. Освен това използването на природен газ в електроенергийния сектор се е увеличило през последните години поради ниските цени на природния газ, докато използването на въглища в тази система е намаляло.

За да решат проблема с ограничените изкопаеми горива, изследователи по целия свят работят за създаване и комерсиализиране на алтернативни енергийни източници. И ние не говорим само за добре познатите вятърни турбини и слънчеви панели. Газта и петролът могат да бъдат заменени с енергия от водорасли, вулкани и човешки стъпки. Recycle подбра десет от най-интересните и екологични енергийни източници на бъдещето.

Джаули от турникети

Всеки ден през турникетите на входа на гарите минават хиляди хора. Наведнъж няколко изследователски центъра по света излязоха с идеята да използват потока от хора като иновативен генератор на енергия. Японската компания East Japan Railway Company реши да оборудва всеки турникет на железопътните гари с генератори. Инсталацията работи на гара в токийския квартал Шибуя: в пода под турникетите са вградени пиезоелектрични елементи, които генерират електричество от натиска и вибрациите, които получават, когато хората стъпват върху тях.

Друга технология за „енергиен турникет“ вече се използва в Китай и Холандия. В тези страни инженерите решиха да използват не ефекта на натискане на пиезоелектрични елементи, а ефекта на натискане на дръжки на турникети или врати на турникети. Концепцията на холандската компания Boon Edam включва замяна на стандартните врати на входа на търговските центрове (които обикновено работят с фотоклетка и започват да се въртят сами) с врати, които посетителят трябва да бутне и по този начин да генерира електричество.

Такива генераторни врати вече се появиха в холандския център Natuurcafe La Port. Всеки от тях произвежда около 4600 киловатчаса енергия годишно, което на пръв поглед може да изглежда незначително, но служи като добър пример за алтернативна технология за производство на електроенергия.

Водораслите отопляват къщите

Водораслите започнаха да се разглеждат като алтернативен източник на енергия сравнително наскоро, но технологията, според експерти, е много обещаваща. Достатъчно е да се каже, че от 1 хектар водна повърхност, заета от водорасли, могат да се получат 150 хиляди кубически метра биогаз годишно. Това е приблизително равно на обема газ, произведен от малък кладенец, и е достатъчен за живота на малко селище.

Зелените водорасли са лесни за поддържане, растат бързо и се предлагат в много видове, които използват енергията на слънчевата светлина за извършване на фотосинтеза. Цялата биомаса, независимо дали е захар или мазнини, може да бъде превърната в биогорива, най-често биоетанол и биодизел. Водораслите са идеално еко-гориво, защото растат във водна среда и не изискват земни ресурси, високопродуктивни са и не увреждат околната среда.

Икономистите изчисляват, че до 2018 г. световният оборот от преработката на биомаса от морски микроводорасли може да достигне около 100 милиарда долара. Вече има завършени проекти, използващи гориво от водорасли - например сграда с 15 апартамента в Хамбург, Германия. Фасадите на къщата са покрити със 129 аквариума с водорасли, които служат като единствен източник на енергия за отопление и климатизация в сградата, наречена Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

Неравностите на скоростта осветяват улиците

Концепцията за генериране на електроенергия с помощта на така наречените „неравности“ започна да се прилага първо във Великобритания, след това в Бахрейн, а скоро технологията ще достигне и Русия.Всичко започна, когато британският изобретател Питър Хюз създаде електрокинетична пътна рампа за магистрали. Рампата се състои от две метални плочи, които се издигат леко над пътя. Под плочите има електрически генератор, който генерира ток всеки път, когато колата премине рампата.

В зависимост от теглото на автомобила, рампата може да генерира между 5 и 50 киловата за времето, през което колата преминава рампата. Такива рампи действат като батерии и могат да захранват с електричество светофари и светещи пътни знаци. Във Великобритания технологията вече работи в няколко града. Методът започна да се разпространява в други страни - например в малък Бахрейн.

Най-удивителното е, че нещо подобно може да се види и в Русия. Студентът от Тюмен, Алберт Бранд, предложи същото решение за улично осветление на форума VUZPromExpo. Според изчисленията на разработчика, между 1000 и 1500 коли преминават през неравностите в неговия град всеки ден. За един „сблъсък“ на автомобил върху „неравенска полиция“, оборудвана с електрически генератор, ще се генерират около 20 вата електричество, което няма да навреди на околната среда.

Повече от просто футбол

Разработена от група завършили Харвард, които основаха компанията Uncharted Play, топката Socket може да генерира достатъчно електричество, за да захранва LED лампа за няколко часа за половин час игра на футбол. Socket се нарича екологична алтернатива на опасните източници на енергия, които често се използват от жителите на слаборазвитите страни.

Принципът зад съхранението на енергия на топката Socket е доста прост: кинетичната енергия, генерирана от удрянето на топката, се прехвърля към малък механизъм, подобен на махало, който задвижва генератор. Генераторът произвежда електричество, което се съхранява в батерията. Съхранената енергия може да се използва за захранване на всеки малък електрически уред - например настолна лампа с LED.

Socket има изходна мощност от шест вата. Генериращата енергия топка вече спечели признание от световната общност: тя получи множество награди, беше високо оценена от Глобалната инициатива на Клинтън, а също така получи признания на известната конференция TED.

Скритата енергия на вулканите

Едно от основните разработки в развитието на вулканичната енергия принадлежи на американски изследователи от иницииращите компании AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. „Тестовият обект“ беше спящ вулкан в Орегон. Солената вода се изпомпва дълбоко в скалите, чиято температура е много висока поради разпадането на радиоактивни елементи, присъстващи в кората на планетата и най-горещата мантия на Земята. При нагряване водата се превръща в пара, която се подава в турбина, която произвежда електричество.

В момента има само две малки действащи централи от този тип - във Франция и Германия. Ако американската технология проработи, то според Геоложката служба на САЩ геотермалната енергия има потенциала да осигури 50% от необходимото за страната електричество (днес приносът й е едва 0,3%).

Друг начин за използване на вулканите за енергия беше предложен през 2009 г. от исландски изследователи. В близост до вулканичните дълбини те откриха подземен резервоар с вода с необичайно висока температура. Супер горещата вода се намира някъде на границата между течност и газ и съществува само при определени температури и налягания.

Учените биха могли да генерират нещо подобно в лабораторни условия, но се оказа, че такава вода има и в природата – в недрата на земята. Смята се, че от водата при „критична температура“ може да се извлече десет пъти повече енергия, отколкото от водата, доведена до кипене по класическия начин.

Енергия от човешка топлина

Принципът на термоелектрическите генератори, работещи с температурни разлики, е известен отдавна. Но само преди няколко години технологиите започнаха да правят възможно използването на топлината на човешкото тяло като източник на енергия. Екип от изследователи от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KAIST) разработи генератор, вграден в гъвкава стъклена плоча.

Т Тази джаджа ще позволи на фитнес гривните да се зареждат от топлината на човешка ръка - например по време на бягане, когато тялото става много горещо и контрастира с околната температура. Корейският генератор с размери 10 на 10 сантиметра може да произведе около 40 миливата енергия при температура на кожата 31 градуса по Целзий.

Подобна технология беше взета за основа от младата Ан Макосински, която изобрети фенерче, което се зарежда от разликата в температурата на въздуха и човешкото тяло. Ефектът се обяснява с използването на четири елемента на Пелтие: тяхната характеристика е способността да генерират електричество при нагряване от едната страна и охлаждане от другата.

В резултат на това фенерчето на Ан произвежда доста ярка светлина, но не изисква презареждащи се батерии. За да работи, е необходима само температурна разлика от само пет градуса между степента на нагряване на дланта на човек и температурата в помещението.

Стъпки към интелигентни тротоарни плочи

Всяка точка на една от натоварените улици прави до 50 000 стъпки на ден. Идеята за използване на пешеходен трафик за полезно преобразуване на стъпките в енергия беше реализирана в продукт, разработен от Лорънс Кембъл-Кук, директор на британската Pavegen Systems Ltd. Инженер създаде тротоарни плочи, които генерират електричество от кинетичната енергия на ходещите пешеходци.

Устройството в иновативната плочка е изработено от гъвкав, водоустойчив материал, който се огъва с около пет милиметра при натиск. Това от своя страна създава енергия, която механизмът преобразува в електричество. Натрупаните ватове се съхраняват в литиево-полимерна батерия или директно се използват за осветяване на автобусни спирки, витрини и знаци.

Самата плочка Pavegen се счита за напълно екологична: тялото й е изработено от специален клас неръждаема стомана и рециклиран полимер с ниско съдържание на въглерод. Горната повърхност е изработена от използвани гуми, което прави плочките издръжливи и силно устойчиви на абразия.

По време на Летните олимпийски игри в Лондон през 2012 г. плочки бяха поставени на много туристически улици. За две седмици те успяха да получат 20 милиона джаула енергия. Това беше повече от достатъчно, за да работи уличното осветление в британската столица.

Смартфони за зареждане на велосипеди

За да презаредите своя плейър, телефон или таблет, не е необходимо да имате електрически контакт под ръка. Понякога всичко, което трябва да направите, е да завъртите педалите. Така американската компания Cycle Atom пусна устройство, което ви позволява да зареждате външна батерия по време на колоездене и впоследствие да презареждате мобилни устройства.

Продуктът, наречен Siva Cycle Atom, е лек велосипеден генератор с литиева батерия, предназначен да захранва почти всяко мобилно устройство, което има USB порт. Този мини генератор може да се монтира на повечето обикновени велосипедни рамки за няколко минути. Самата батерия може лесно да се отстрани за последващо зареждане на джаджи. Потребителят се занимава със спорт и педали - и след няколко часа смартфонът му вече е зареден на 100 цента.

Nokia от своя страна също представи на широката публика джаджа, която се прикрепя към велосипед и ви позволява да превърнете въртенето на педалите в начин за генериране на екологична енергия. Комплектът за зарядно устройство за велосипед Nokia разполага с динамо, малък електрически генератор, който използва енергия от въртенето на колелата на велосипеда, за да зарежда телефона чрез стандартния 2 мм жак, който се намира на повечето телефони Nokia.

Ползи от отпадъчни води

Всеки голям град ежедневно изхвърля гигантски количества отпадъчни води в открити водоеми, замърсявайки екосистемата. Изглежда, че водата, отровена от канализацията, вече не може да бъде полезна за никого, но това не е така - учените са открили начин да създадат горивни клетки въз основа на нея.

Един от пионерите на идеята е професорът от Пенсилванския държавен университет Брус Логан. Общата концепция е много трудна за разбиране от неспециалист и е изградена върху два стълба - използването на бактериални горивни клетки и инсталирането на т. нар. обратна електродиализа. Бактериите окисляват органичната материя в отпадъчните води и произвеждат електрони в процеса, създавайки електрически ток.

Почти всеки вид органичен отпадъчен материал може да се използва за генериране на електричество - не само отпадъчни води, но и животински отпадъци, както и странични продукти от винарската, пивоварната и млечната промишленост. Що се отнася до обратната електродиализа, тук работят електрически генератори, разделени на клетки чрез мембрани и извличащи енергия от разликата в солеността на два смесващи течни потока.

"хартиена" енергия

Японският производител на електроника Sony разработи и представи на изложението за зелени продукти в Токио биогенератор, способен да произвежда електричество от фино нарязана хартия. Същността на процеса е следната: за изолиране на целулоза (това е дълга верига от глюкозна захар, която се намира в зелените растения), е необходим велпапе.

Веригата се прекъсва с помощта на ензими, а получената глюкоза се обработва от друга група ензими, с помощта на които се освобождават водородни йони и свободни електрони. Електроните се изпращат през външна верига за генериране на електричество. Предполага се, че такава инсталация при обработка на един лист хартия с размери 210 на 297 mm може да генерира около 18 W на час (приблизително същото количество енергия, произведено от 6 батерии AA).

Методът е екологичен: важно предимство на такава „батерия“ е липсата на метали и вредни химични съединения. Въпреки че в момента технологията все още е далеч от комерсиализация: генерираното електричество е доста малко - достатъчно е само за захранване на малки преносими джаджи.

Енергията не възниква от нищото и не изчезва никъде, тя може да преминава само от един вид към
друг (спестяване на енергия). свързва всички природни явления в едно цяло, е
обща характеристика на състоянието на физическите тела и физическите полета.
Поради съществуването на закона за запазване на енергията понятието „енергия“ свързва всички природни явления.
Във физиката понятието енергия обикновено се обозначава с латинската буква E.
В системата SI енергията се измерва в джаули. Освен тези основни мерни единици в практиката се използва
Има много други единици, които са удобни за специфична употреба. В атомната и ядрената физика, както и във физиката на елементарните частици, концепцията за енергия се измерва с електронволта, в химията с калории, във физиката на твърдото тяло с градуси по Келвин, в оптиката с обърнати сантиметри, в квантовата химия със самосъгласувани .

Видове енергия

Според различните форми на движение на материята се разграничават няколко вида енергия: механична, електромагнитна, химическа, ядрена, топлинна, гравитационна и др. Това разделение е доста условно. Така че химическата енергия се състои от кинетичната енергия на движението на електроните, тяхното взаимодействие и взаимодействие с атомите.
Освен това концепцията прави разлика между вътрешна енергия и енергия в полето на външните сили. Вътрешната енергия е равна на сумата от кинетичната енергия на движението на молекулите и потенциалната енергия на взаимодействие между молекулите. Вътрешната енергия на изолирана система е постоянна.
При ризомантинните физически процеси различни видове енергия могат да се преобразуват една в друга. Например ядрената енергия в атомните електроцентрали се преобразува първо във вътрешната топлинна енергия на парните въртящи се турбини (механична енергия), която от своя страна индуцира електрически ток в генераторите (електрическа енергия), който се използва за осветление (енергия на електромагнитното поле) и т.н.
Енергията на системата еднозначно зависи от параметрите, характеризиращи нейното състояние. В случай на непрекъсната среда се въвежда понятието плътност.

История на развитието на понятието енергия

Концепцията за енергия е във физиката от много векове. Неговото разбиране непрекъснато се променяше. Терминът енергия в съвременния физически смисъл е използван за първи път през 1808 г. от Томас Йънг. Освен това се използва терминът "жизнена сила" (лат. vis viva), който е въведен от Лайбниц още през 17 век, определяйки го като произведение на масата и квадрата на скоростта.
През 1829 г. Кориолис за първи път използва термина кинетична енергия в съвременния смисъл, а терминът потенциална енергия е въведен от Уилям Ранкин през 1853 г. По това време данните, получени от изследвания в различни области на науката, започнаха да допълват общата картина. Благодарение на експериментите на Джаул, Майер, Хелмхолц бяха изяснени въпросите за превръщането на механичната енергия в топлинна. В една от първите си творби „За запазването на силата“ (1847 г.) Хелмхолц, следвайки идеята за единството на природата, математически обосновава запазването на енергията
и твърдението, че живият организъм е физикохимична среда, в която посоченият закон е строго изпълнен. Хелмхолц формулира "принципа на запазване на силата" и невъзможността на Perpetuum Mobile. Тези открития направиха възможно формулирането на първия закон на термодинамиката или концепцията за запазване на енергията. Концепцията за енергия е станала централна за разбиранетофизически процеси. Скоро термодинамиката естествено се вписва в концепцията за енергияхимични реакции и теория на електрическите и електромагнитни явления.
С изграждането на теорията на относителността беше добавено ново разбиране към понятието енергия. Ако по-рано
потенциалната енергия е определена до произволна константа, след което е установена теорията на Айнщайн
връзка между енергия и маса.

Квантовата механика обогати понятието енергия с квантуване - за определени физически системи, енергия
може да приема само дискретни стойности. Освен това принципът на несигурност установява границите на точността
енергийни измервания и връзката им с това. Теоремата на Ньотер демонстрира, че законът за запазване на енергията
следва от принципа за хомогенност на времето, според който протичат физическите процеси в идентични системи
едни и същи, дори ако започват в различни моменти от време.

Теория на относителността Енергийни системи

Енергията на едно тяло зависи от отправната система, т.е. различни за различните наблюдатели. Ако едно тяло се движи с
скорост v спрямо кой наблюдател, тогава за друг наблюдател, движещ се със същата скорост, it
ще изглежда неподвижно. Съответно, за първото, кинетичната енергия на тялото ще бъде равна на
(въз основа на законите на класическата механика) m v2/2′ където m е масата на тялото, а за другото е нула.
Тази зависимост на енергията от отправната система се запазва и в теорията на относителността. За трансформациите, които се случват с енергията при преминаване от една инерциална референтна система към друга, се използва сложна математическа конструкция - тензор на енергията-импулс.
Енергията на тялото зависи от скоростта вече не както в Нютоновата физика, а по различен начин:
квантова механика
Докато в класическата физика концепцията за енергия на всяка система се променя непрекъснато и може да приема произволни стойности, квантовата теория твърди, че енергията на микрочастиците, свързани от силата на взаимодействие с други микрочастици в ограничени области на пространството, може да придобие само определени дискретни стойности.
Така атомите излъчват енергия под формата на дискретни порции - светлинни кванти или фотони.
Енергийният оператор в квантовата механика е Хамилтонианът. В стационарни състояния на кв системи енергияможе да има само онези стойности, които съответстват на собствената стойност на хамилтониана. За локализирани състояния енергията може да има само определени дискретни състояния.