Энергия тока: Электрическая энергия и мощность

Содержание

Электрическая энергия и мощность

Основные понятия и определения электротехники

Электрическая энергия — это способность электромаг­нитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии.

Электроэнергия — наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую и др.

Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: 1 Дж = 1 В • 1 Кл.

Электрическая мощность — это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени.

Различают активную, реактивную и полную мощности.

Активная

мощность — это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или меха­ническую энергию.

В цепях постоянного тока активная мощность, Вт,

Р ш UI = Р г, в цепях переменного синусоидального тока

(/

где U — действующее значение напряжения, В, U » -~;

л/2

I — действующее значение тока, А, I = ~.

Ф — угол сдвига между векторами напряжения и тока, град.

Реактивная

(индуктивная) мощность в цепях перемен­ного синусоидального тока в установившихся режимах связана с созданием магнитных полей в элементах цепи и покрытием потерь на так называемые магнитные поля рассеяния этих элементов.

QL = UI sinq> * I2 xL .

Реактивная (емкостная) мощность в цепях переменного синусоидального тока в установившихся режимах направлена на создание электрических полей в диэлектрических средах элементов цепи.

Qc = UI sincp I

2xc .

Единица измерения реактивной мощности — вар.

 

В цепях постоянного тока в установившихся режимах реак­тивные мощности равны нулю.

Полная мощность элемента в цепи переменного синусои­дального тока определяется как геометрическая сумма актив­ной и реактивной мощностей:  •

где z = /Jr2 + (xLxc)z  — полное сопротивление цепи, Ом. Единица измерения полной мощности — В>А



Энергия и мощность электрического тока

В замкнутой электрической цепи источник затрачивает электрическую энергию WИСТ на перемещение единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи, т. е. на внутреннем и внешнем участках ((1.3) и рис. 2.3).

ЭДС источника определяется выражением . Из этого выражения следует, что энергия, затраченная источником, равна

(1. 13)

так как , что вытекает из определения величины тока .

Энергия источника расходуется на потребителе (полезная энергия)

(1.14)

и на внутреннем сопротивлении источника (потери)

(1.15)

Потерей энергии в проводах, при незначительной их длине, можно пренебречь.

Из закона сохранения энергии следует

(1.16)

Во всех элементах электрической цепи происходит преобразование энергии (в источниках различные виды энергии преобразуются в электрическую, в потребителях — электрическая в другие виды энергии).

Скорость такого преобразования энергии определяет электрическую мощность элементов электрической цепи

(1.17)

Обозначается электрическая мощность буквой Р, а единицей электрической мощности является ватт, другими словами, [Р] = Вт (ватт)

Таким образом, мощность источника электрической энергии определяется выражением

(1.

18)

Мощность потребителя, т. е. полезная, потребляемая мощность, будет равна

(1.19)

 

Если воспользоваться законом Ома для участка электрической цепи, то полезную мощность можно определить следующим выражением:

(1.20)

Потери мощности на внутреннем сопротивлении источника

(1.21)

Для любой замкнутой цепи должен сохраняться баланс мощностей

(1.22)

Так как электрическая мощность измеряется в ваттах, то единицей измерения электрической энергии является [W] = [P·t ] = Вт·с.

Коэффициент полезного действия электрической цепи

η определяется отношением полезной мощности (мощности потребителя) ко всей затраченной мощности (мощности источника)

(1.23)

 


Узнать еще:

В чем выражается энергия тока



Энергия и мощность электрического тока

2015-04-01
19482

а) Энергия электрического тока.

Для создания электрического тока в цепи источник должен обладать необходимой энергией.

Величина этой энергии определяется по формуле:

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

U – напряжение на зажимах цепи, В.

R – сопротивление цепи, Ом.

t – время протекания тока, час.

б) мощность электрического тока

Различные источники электрической энергии могут за один и тот же промежуток времени выдавать различное количество электрической энергии.

Способность источника выдавать в единицу времени определенное количество электрической энергии, а потребитель, соответственно, – потреблять эту энергию характеризуется мощностью источника (потребителя).

Значение мощности электрического тока определяется из выражения:

Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч

t — время работы источника (потребителя), час.

Р – мощность источника (потребителя), Вт.

U – напряжение, В

R – сопротивление цепи, Ом.

Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью .

Она определяется по формуле:

где: Pобщ — полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, Вт;

Е — э. д. с. источника, В;

I — величина тока в цепи, А.

В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R (сопротивлением источника тока).

Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI

Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, её называют мощностью потерь Po = UoI.

Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь

в) Коэффициент полезного действия электрической цепи

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η

Из определения следует:

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

Рис.13.1 Энергетическая диаграмма электрической цепи

Рассмотрим элементарную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним сопротивлением r, и внешним сопротивлением R

Рис.13.2. Схема электрической цепи

КПД определяется как отношение полезной мощности к затраченной:

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Источник

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

  • все благородные металлы;
  • медь;
  • алюминий;
  • олово;
  • свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Источник

Мощность электрического тока

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это разные понятия.

Что такое мощность электрического тока

Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с). Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.

Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.

К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла). Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем. Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.

Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени. Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Формула электрической мощности

В чем измеряется мощность электрического тока

Источник

Измерение электрической мощности

Время на чтение:

Электрическая мощность любого прибора — важный показатель, который позволяет определить возможность его работы в сетях абонента. Этот показатель применяется для расчета электрических схем и режима работы электроустановки, для обеспечения надежной работы электросетей. Чем мощность приемников будет большей, тем быстрее они выполнят нужную работу.

Что называется мощностью электрического тока

Мощность электрического тока (EP -electric power), потребляемая электрооборудованием, равна напряжению на нем, умноженному на ток, протекающий через него.

Данная формула показывает, в каких единицах измеряется электрическая мощность — это В⋅А.

Изменение тока

Формулировка верна для сетей постоянного тока (DC — Direct Current), а в сетях переменного тока (AC -Alternating Current) ситуация более сложна для нагрузок, которые являются реактивными. Чтобы рассчитать истинную EP, потребляемую приемником, необходимо учитывать несинусоидальные формы величин, а также углы сдвига тока опережение/запаздывание, вызванных реактивными нагрузками от присутствия в сети индуктивности (L) и конденсаторов ©. В таком случае истинная EP, будет меньше, чем простое произведение: U*I.

Треугольник мощности

Важно! Определение такого показателя потребуется при выборе источников питания AC, проектировании проводки и защите электрических цепей. Это вызвано тем, что, хотя кажущаяся энергия больше, чем истинная потребляемая EP, протекающий через нагрузку ток становится большим. Под него необходимо будет выбрать размеры проводов и устройства защиты оборудования электросети.

Виды электрических мощностей

Существует энергия, генерируемая некоторыми механизмами для создания электромагнитного и электрического поля, которая им необходима для функционирования, — это реактивная составляющая нагрузки. С другой стороны, активная составляющая показывает способность агрегата преобразовать полученную энергию в механическую работу или тепло.

Этот полезный эффект называется активной мощностью и измеряется в кВтч.

Приемники, образованные чистыми резисторами: нагревательные приборы, лампы накаливания и другие, обладают исключительно этим типом нагрузки.

Обратите внимание! Коэффициент мощности относится к активному и кажущемуся энергопотреблению установки. Кажущаяся энергия в свою очередь зависит от активной и реактивной энергии. При одинаковом потреблении активной нагрузки, чем выше потребление реактивной составляющей, тем ниже коэффициент.

Активная мощность

Активная — реальная или истинная мощность (Pa) выполняет фактическую работу в нагрузке и выражается в Вт.

Для однофазной цепи:

Pa = I*U* cosφ = UI PF

  • φ= фазовый угол;
  • PF = cosφ -коэффициент нагрузки.

Pa = 3* U* I* cosφ = 1,732 *U*I* PF

Реактивная мощность

Реактивная мощность (Pr) присутствует у электродвигателей, трансформаторов и устройств с реактивными сопротивлениями и индуктивностью. Эти устройства, как правило, индуктивные, поглощают энергию из сети, создавая магнитные поля, и возвращают ее, при смене направления синусоиды. При таком обмене энергией возникает дополнительное потребление, которое не способно быть использовано некоторыми приемниками. Этот вид называется реактивной энергией и измеряется в кВАр. Она вызывает перегрузку в линиях, трансформаторах и генераторах.

Для однофазной цепи:

Реактивная мощность

Во многих отношениях реактивную мощность можно рассматривать, как пену на бокале пива. Покупатель платит бармену за полный стакан пива, но выпивает только само пиво, которое всегда меньше.

Основным преимуществом использования распределения электроэнергии переменного тока является то, что уровень напряжения питания можно изменять с помощью трансформаторов, но не все электрооборудование потребляет реактивную мощность, которая занимает часть нагрузки на линиях электропередач.

В то время, как реальная или активная мощность — это энергия, подаваемая для работы двигателя, обогрева дома или освещения электрической лампочки, реактивная мощность обеспечивает важную функцию регулирования напряжения, помогая тем самым эффективно перемещать энергию через энергосистему по линиям электропередач.

Оборудование энергосистемы рассчитано на работу в пределах ± 5% от номинального напряжения. Колебания уровней напряжения приводят к неисправности различных приборов. Высокое напряжение повреждает изоляцию обмоток, в то время как низкое напряжение вызывает плохую работу различного оборудования, например, низкую освещенность шин или перегрев асинхронных двигателей.

Если потребляемая мощность больше, чем потребляемая с помощью передающих линий, ток, потребляемый от линий питания, увеличивается до такого высокого уровня, что вызывает резкое падение напряжения на стороне приемника. Если низкое напряжение будет продолжать падать — это приведет к отключению генераторирующих блоков, перегреву двигателей и выходу из строя другого оборудования.

Чтобы преодолеть это, реактивная мощность должна подаваться на нагрузку путем помещения реактивных катушек индуктивности или реакторов в линии электропередачи. Мощность этих реакторов зависит от количества видимой мощности, которая должна быть подана.

Полная мощность

Полная мощность — это энергия, подаваемая от поставщика в электросеть, для покрытия активной и реактивной составляющих.

Полная мощность

Она рассчитывается по формуле:

Где: S — подача питания в цепь, В⋅А.

Кажущаяся EP будет измеряться в вольт-амперах (В⋅А) — напряжение системы, умноженное на текущий ток. Это комплексное значение, равное векторной сумме активной и реактивной энергии.

Источник

Электрическая мощность, работа, энергия | Физика

Электрическая мощность

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, а затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

Сила тока в лампочке мощностью 25 ватт будет составлять 0.1 А. Лампочка мощностью 100 ватт потребляет ток в четыре раза больше — 0.4 А.

Лампочка в 100 ватт светится гораздо ярче, чем 25-ваттовая лампочка. Это значит, что ее мощность больше. Электрическая мощность измеряется в ваттах.

Лампочка, мощность которой в 4 раза больше, потребляет в 4 раза больше тока. Это показывает, что мощность прямо пропорциональна силе тока.

Если мы подключим лампочку сразу к 2 источникам напряжения, то лампочка будет гореть ярче.

Это означает, что мощность пропорциональна напряжению.


Если мы соберем воедино эти факты, то получим формулу электрической мощности. Мощность W (Вт) равна напряжению V (В), умноженному на силу тока I (А). 1Вт = 1В * 1А. Из этого следует, что сила тока равна: I = W / V.

Электрическая работа

В механике мощность характеризует скорость выполнения работы. Чем быстрее идет работа, тем больше мощность.

(на второй картинке конвейер и девочка двигаются быстрее)
Работа равна произведению мощности и времени. Работа Р равна мощности W, умноженной на время t. Поэтому единица работы равна 1Вт * с.


Это равенство можно преобразовать, используя законы математики. Тогда мы получим, что мощность равна работе, деленной на время.

Эти взаимоотношения между мощностью и работой верны и для электричества. Лампочка мощностью 100 Вт за 1 секунду совершает электрическую работу 100 Вт * секунду, т.е. 100 Вт * с.

Единица электрической работы 1 Вт * с соответствует 1 джоулю из механики. Чтобы избежать огромных чисел, для обозначения электрической работы принято использовать 1 киловатт * час.

1 кВт * ч = 1000 Вт * ч = 60 000 Вт * мин = 3 600 000 Вт * с.

Электрическая энергия

Если какой-либо электрический прибор совершает работу, то он будет потреблять определенное количество энергии. Единица работы и энергии в данном случае будет одинакова. В электричестве для обозначения энергии используются единицы 1 Вт * с, 1 кВт * ч и 1 джоуль.

Согласно закону сохранения энергии, энергия не возникает из пустоты, а трансформируется из одной формы в другую. Теплоэлектростанция, работающая на угле, не создает электрическую энергию, а превращает химическую энергию угля сначала в двигательную энергию турбины, потом генератор превращает эту энергию в электрическую.

Таким образом, полученная электрическая энергия передается далее по проводам к потребителям. При этом проводники будут нагреваться, т.е. часть энергии превратится в тепло, которое будет нагревать лишь окружающий воздух, и потеряется. Это называется потерей энергии. К сожалению, все электрические процессы связаны с потерей части энергии.

При транспортировке электрической энергии хотелось бы избежать больших потерь. Чем больше сила тока, тем больше нагревается кабель. Меньшую силу тока можно использовать при условии, что увеличится напряжение. Поэтому, согласно закону W = U * I, используется большее напряжение. По этой причине электростанции передают энергию с напряжением 400 000 вольт и больше.

На определенных участках цепи напряжение составляет необходимые нам 220 вольт. Когда электрическая энергия достигает потребителя, то там она превращается в механическую энергию, тепловую энергию или свет. При этом тоже происходят потери.

Разные электрические приборы по-разному используют электрическую энергию.

Электронагреватель всю электрическую энергию превращает во внутреннюю энергию воды, т.е. тепловую энергию. Электрическая лампочка только 5% энергии использует для освещения, остальные 95% теряются в виде тепловой энергии.


Отношение затраченной и использованной энергии называется коэффициентом полезного действия. Коэффициент полезного действия лампочки накаливания очень низкий, а у электронагревателя очень высокий. Коэффициент полезного действия равен отношению использованной энергии к затраченной.p class=

§ 13. Работа и мощность электрического тока

Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.

Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:

W = UIt (29)

Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*106 Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*109 Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:

P = UI (30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I2R (31)

или

P = U2/R = U2G (32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.


Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

? = P2/P1 = P2/(P2 + ?P) (33)

где

Р2 — отдаваемая (полезная) мощность;
Р1 — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.

К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис. 31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Рmx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Рэл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ?ген = Рэлmx = 26/28,9 = 0,9.

Мощность Рэл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ?Pпр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.

8. Мощность и работа электрического тока

Работа избавляет человека от трех главных зол — скуки, порока и нужды.

Вольтер

Чем больше работаешь, тем больше получаешь.

Интерактивное изложение материала по теме Работа и мощность электрического тока
Слад-шоу «Получение электроэнергии»
Слайд-шоу «Электрическая энергия»
Формула «Работа тока»
Слайд-шоу «Работа тока»
Формула «Мощность тока»
Слайд-шоу «Мощность и сопротивление эл. прибора (номинальные параметры)»
Интерактивная задача «Мощность в электрической цепи»
Подборка заданий «Работа и мощность тока»

 

У каждого в доме есть счетчик, по показаниям которого мы ежемесячно платим за электричество, оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что же такое эти киловатт-часы? За что конкретно платим? Разберемся 🙂

Мы используем электричество с определенными целями. Электрический ток выполняет какую-то работу, вследствие этого и функционируют наши электроприборы. Что же такое – работа электрического тока? Известно, что работа тока по перемещению электрического заряда на некотором отрезке цепи равна численно напряжению на этом участке. Если же заряд будет отличаться, например, в большую сторону, то и работа, соответственно, будет совершена большая.

Работу, которую электрическое поле совершает над свободными зарядами в проводнике называют работой тока

  

   Работа электрического тока характеризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую).

Работа

тока на участке цепи: формула

где A — работа, U- напряжение, I — сила тока,

q — заряд,

 t — время.

Измеряется работа тока в джоулях (1 Дж).

1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. То есть, чтобы измерить работу, которую совершил ток, нам нужны три прибора: амперметр, вольтметр и часы. Счетчики электроэнергии, которые стоят в квартирах, как бы сочетают в себе все эти вышеперечисленные приборы в одном. Они измеряют работу, совершенную током. Работа тока в нашей квартире – это энергия, которую он израсходовал на всех включенных в сеть квартиры приборах. Это и есть то, за что мы платим. Однако, мы платим не за джоули, а за киловатт-часы.

Мощность электрического тока

 Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. То есть, мощность можно найти, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким образом, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение.

где P — мощность тока. Мощность измеряется в ваттах (1 Вт). Применяют кратные величины – киловатты, мегаватты. 

Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Фактически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Именно поэтому счетчики в

квартирах измеряют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень небольшая мощность, и если бы мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали десятки и сотни тысяч таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».Интерактивный тест   и мощность электрического тока…

Updating…

! 1 _1 работа и мощность электрического тока.swf

(200k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

1-2 формула мощности тока.swf

(15k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

1_2 формула работы электрического тока.swf

(15k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

2 работа электрического тока.swf

(122k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 задача мощность.swf

(45k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 задачи.swf

(120k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

3 мощность тока таблица.jpg

(56k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

3 решение задач moschnost_toka. ppt

(368k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ĉ

4 работа и мощность тока Физический диктант.doc

(28k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 Тест к уроку Работа и мощность электрического тока.ppt

(101k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 мощность электрического тока.ppt

(179k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ć

4 работа электрического тока.pptx

(234k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

ĉ

4 самостоятельная работа.doc

(35k)

Ольга Федотова,

5 янв. 2016 г., 10:11

удельная энергия импульса тока — это… Что такое удельная энергия импульса тока?

удельная энергия импульса тока

3.21 удельная энергия импульса тока (specific energy of impulse current): Энергия, равная интегралу квадрата силы тока молнии по всей продолжительности импульса молнии.

Примечание — Удельная энергия длительного удара тока молнии незначительна.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • удельная энергия жидкости.
  • Удельная энергия растяжения для фактической деформации, МДж/м3

Полезное


Смотреть что такое «удельная энергия импульса тока» в других словарях:

  • удельная энергия — 3.29 удельная энергия: Рассеиваемая ограничителем энергия, полученная им при приложении одного импульса тока пропускной способности, отнесенная к величине наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • удельная энергия (ОПН) — удельная энергия Рассеиваемая ограничителем энергия, полученная им при приложении одного импульса тока пропускной способности, отнесенная к величине наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения. [ГОСТ Р 52725 2007] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • ГОСТ Р 52725-2007: Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 52725 2007: Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия оригинал документа: 3.34 взрывобезопасность: Отсутствие взрывного разрушения при… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 15596-82: Источники тока химические. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15596 82: Источники тока химические. Термины и определения оригинал документа: 8. Аккумулятор Akkumulator Гальванический элемент, предназначенный для многократного разряда за счет восстановления емкости путем заряда… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010: Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы — Терминология ГОСТ Р МЭК 62305 1 2010: Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы оригинал документа: 3.48 внешние токопроводящие части (external conductive parts): Открытые металлические части, входящие в защищаемое здание… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Лазер —         источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении (См. Вынужденное излучение) атомов и молекул. Слово «лазер» составлено из начальных букв (аббревиатура) слов… …   Большая советская энциклопедия

  • ГОСТ Р 51992-2011: Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 51992 2011: Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Список обозначений в физике — Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь …   Википедия

  • мощность — 3.6 мощность (power): Мощность может быть выражена терминами «механическая мощность на валу у соединительной муфты турбины» (mechanical shaft power at the turbine coupling), «электрическая мощность турбогенератора» (electrical power of the… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • АЭРОДИНАМИКА — раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения воздуха и других газов, а также характеристики тел, движущихся в воздухе. К аэродинамическим характеристикам тел относятся подъемная сила и сила сопротивления и их… …   Энциклопедия Кольера

Океанское течение | Tethys

Системный взгляд на потенциальное воздействие производства энергии океана на окружающую среду Мартинес, М. , Васкес, Г., Перес-Макео О. Журнал Статья Морская энергия, океанское течение, OTEC, градиент солености, приливный, волна Столкновение, изменение среды обитания, шум Птицы, Физическая среда, Рыбы, Морские млекопитающие
Развитие возобновляемой энергетики океана в Юго-Восточной Азии: возможности, риски и непредвиденные последствия Кирапас, М. , Taeihagh, A. Журнал Статья Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна Человеческое измерение, правовые и политические, социальные и экономические данные
Моделирование воздействия газотурбинных электростанций на сильные ветровые океанические течения и оценка их энергетического потенциала Барнье, Б. , Домина, А., Гулев, С. Журнал Статья Морская энергия, океанское течение Изменения в потоке Физическая среда
Использование модельной турбины для исследования высокого риска столкновения рыбы с лопастями турбины приливных и океанических течений при низкой скорости вращения Ёсида Т. , Чжоу, Дж., Парк, С. Журнал Статья Marine Energy, Ocean Current, Tidal Столкновение Рыба, человеческое измерение, рыболовство, взаимодействие с заинтересованными сторонами
Тезисы докладов Панамериканской конференции по морской энергетике 2020 Рохас М. , J., Meza, C. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение, OTEC, градиент солености, приливы, волны, энергия ветра, фиксированный морской ветер, плавающий морской ветер
Основа для оценки воздействия энергетических устройств OCEAN на окружающую среду Мендоса, Э. , Литгоу, Д., Флорес, стр. Журнал Статья Marine Energy, Ocean Current, OTEC, Tidal, Wave, Fixed Offshore Wind Человеческое измерение, оценка воздействия на окружающую среду
Изучение актуологии марокканских фасадов и оценка морского энергетического потенциала для борьбы с воздействием климатических изменений Харисс, С. , Сайфауи, Д., Хильми, К. Доклад конференции Морская энергия, океаническое течение, OTEC, энергия ветра, фиксированный морской ветер Человеческие размеры, изменение климата
О морских энергетических ресурсах Мексики Эрнандес-Фонтес, J. , Феликс, А., Мендоса, Е. Журнал Статья Морская энергия, океанское течение, OTEC, градиент солености, волна Экосистемные процессы, физическая среда
DTOceanPlus Аполония, М. , Simas, T., Fonseca, F. Исследование Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна
Повышенная интеграция инновационной энергии океана с природными средами, видами и правилами ЕС по охране водных ресурсов посредством морского пространственного планирования van Hees, S. Журнал Статья Волна, Приливы, Градиент солености, Океанское течение, Морская энергия Морское пространственное планирование, законодательство и политика, человеческое измерение
ETIP Ocean 2 Симас, Т. , Cruz, E. Исследование Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна
Система отбора мощности для подводного приливного кайта D6.2 — Отчет о воздействии на окружающую среду Крегтинг, Л. , Шмитт, П., Либер, Л. Отчет Морская энергия, океанское течение Столкновение, изменение среды обитания, шум Рыба, морские млекопитающие
Supergen Offshore Renewable Energy (ORE) Hub Гривз, Д. Исследование Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна Притяжение, предотвращение, столкновение, шум Птицы, экосистемные процессы, физическая среда, рыба, беспозвоночные, морские млекопитающие, человеческие размеры, социальные и экономические данные
Экологические последствия производства, хранения и использования электроэнергии Хендерсон П. Книга Энергия ветра, волна, приливы, OTEC, фиксированный морской ветер, океанское течение, морская энергия Социально-экономические данные, человеческое измерение, оценка воздействия на окружающую среду, изменение климата
Турбина IHI Ocean Current IHI Corporation Участок проекта Морская энергия, океанское течение
Оптимизация многолучевых сонаров для оценки взаимодействия морской жизни с подводным воздушным змеем Либер, Л. , Нильсен, Т., Самбрано, К. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение Столкновение Морские млекопитающие, китообразные
Интеграция энергии волн и других морских возобновляемых источников энергии с потребностями прибрежных сообществ Манассия, Р. , Саннасирадж, С., Макиннес, К. Журнал Статья Энергия ветра, волна, приливы, OTEC, фиксированный морской ветер, океанское течение, морская энергия Социально-экономические данные, человеческие размеры
Шум, создаваемый группой преобразователей энергии тока Хальфа, Э. , Джонсон, К., Джонсон, Е. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение Шум
Взаимодействие между гидрокинетическими турбинами с осевым потоком в потоке и формами гряд с однонаправленным потоком Хилл, С. , Муса, М., Гуала, М. Журнал Статья Tidal, Ocean Current, Marine Energy Физическая среда
Центр исследований и инноваций в морской энергии (MERIC) Министерство энергетики Чили , CORFO , Enel Green Power , Военно-морская энергия Участок проекта Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна
Устойчивое использование энергии морских течений в Индонезии Рамачандран, Р., Такаги, К. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение Человеческое измерение, взаимодействие с заинтересованными сторонами
Национальная база геоданных текущих энергетических ресурсов океана в США Ян, X., Хаас, К., Фриц, Х. Журнал Статья Ocean Current, Marine Energy
Производство электроэнергии с использованием течения Куросио Корпорация IHI Отчет Ocean Current, Marine Energy
Моделирование воздействия извлечения энергии из системы Гольфстрим Хаас, К., Ян, Х., Фриц, Х. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение Изменения в потоке Физическая среда
Вредит ли энергия океана морским экосистемам? Хаммар, Л. Исследование Волна, Приливы, Океанское течение, Морская энергия Шум, Изменение среды обитания, ЭМП, Столкновение, Изменения потока Рептилии, Физическая среда, Морские млекопитающие, Беспозвоночные, Рыбы, Птицы
Моделирование данных профиля морского течения Южноафриканского Агульяс для выработки электроэнергии Уильямс, А., Нтонто, М., Чоудхури, С. Доклад конференции Морская энергия, океанское течение
Создание потенциала для морской гидрокинетической энергии: Атлас потенциальных синергетических и противоречивых соображений, касающихся окружающей среды, экологии и использования человеком Дуббс, Л., Voss, C., Von Korff, B. Отчет Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна Химические вещества, столкновение, ЭМП, захват, изменение среды обитания, шум Птицы, рыбы, морские млекопитающие, рептилии, человеческие размеры
Количественная оценка выгод и воздействия запретных для рыболовства зон на биоресурсы вокруг морских установок возобновляемой энергии (QBEX) Блондель, П., Брайден, И., Конли, Д. Исследование Marine Energy, Ocean Current, Tidal, Волна Столкновение, изменение среды обитания Рыба, беспозвоночные, морские млекопитающие
Флоридское течение: чистый, но сложный энергетический ресурс Хэнсон, Х., Bozek, A., Duerr, A. Журнал Статья Ocean Current, Marine Energy
Доступность электроэнергии в течении Флориды и влияние ее извлечения на Гольфстрим Бозец, А., Hanson, H., Duerr, A. Презентация Морская энергия, океанское течение Изменения в потоке Физическая среда
Проекты гидрокинетической энергии и рекреация: Руководство по оценке воздействий Бауэрс, Р., Харн, Дж., Роузбро, С. Отчет Волна, Приливная, Речная, Океанское течение, Морская энергия Отдых и туризм, человеческие размеры
Шум ротора турбины морского течения Глегг, С. Исследование Tidal, Ocean Current, Marine Energy Шум Морские млекопитающие
Добыча MRE и Gulf Stream Dynamics Хэнсон, Х., Chassignet, E., Bosec, A. Исследование Ocean Current, Marine Energy Изменение среды обитания, изменения потока
Оценка подводного шума в Мессинском проливе — Италия Nauta-rcs, CIBRA Отчет Ocean Current, Marine Energy Шум
Окончательное программное заявление о воздействии на окружающую среду для разработки и производства альтернативных источников энергии и альтернативного использования объектов на внешнем континентальном шельфе Служба управления минералами, Министерство внутренних дел США Отчет Морская энергия, океанское течение, волна, энергия ветра, фиксированный морской ветер, плавающий морской ветер
Обобщение и анализ существующей информации по всему миру относительно экологических последствий использования альтернативных источников энергии на внешнем континентальном шельфе Мишель, Ж., Дунаган, Х., Скучно, К. Отчет Энергия ветра, волна, OTEC, фиксированный морской ветер, океанское течение, морская энергия Изменение среды обитания
Смоделированный потенциал электрической мощности, задействованный массивами морских турбин в гонке Олдерни Майерс, Л., Бахадж, A. Журнал Статья Морская энергия, океанское течение

Возобновляемые источники энергии на внешнем континентальном шельфе

BOEM отвечает за развитие морских возобновляемых источников энергии в федеральных водах.Программа началась в 2009 году, когда Министерство внутренних дел (DOI) объявило окончательные правила программы возобновляемой энергии Внешнего континентального шельфа (OCS), которая была утверждена Законом об энергетической политике 2005 года (EPAct). Эти правила обеспечивают основу для всей деятельности, необходимой для поддержки производства и передачи энергии из источников, отличных от нефти и природного газа. BOEM ожидает дальнейшего развития OCS из следующих общих источников:

Морская ветроэнергетика

Морской ветер — это богатый внутренний источник энергии, расположенный недалеко от основных береговых центров нагрузки.Он представляет собой эффективную альтернативу передаче на большие расстояния или развитию производства электроэнергии в этих регионах с ограниченными земельными ресурсами.

Проектирование и проектирование морских ветряных установок зависит от условий конкретной площадки, в частности глубины воды, геологии морского дна и волновой нагрузки.

Все ветряные турбины работают одинаково. Когда дует ветер, он обтекает лопасти ветряных турбин в форме аэродинамического профиля, заставляя лопасти турбины вращаться. Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор для выработки электроэнергии.Новейшие ветряные турбины технологически продвинуты и включают в себя инженерные и механические инновации, которые помогают максимально повысить эффективность и увеличить производство электроэнергии. Для получения дополнительной информации о технологии ветряных турбин см. Документ NREL «Основы ветроэнергетики: как работают ветряные турбины».

Морские ветры имеют тенденцию дуть сильнее и равномернее, чем на суше. Поскольку более высокая скорость ветра может производить значительно больше энергии / электричества, разработчики все больше заинтересованы в освоении морских ветроэнергетических ресурсов.Министерство энергетики США (DOE) предоставляет ряд карт, показывающих данные о средней скорости ветра, на своей странице оценки и характеристики ресурсов и с помощью MapSearch Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL).

Энергия океанских течений | Planète Énergies

Потенциал подводных турбин

Движение океанов — частично вызванное приливами — является значительной движущей силой. Хотя скорость относительно невысока (от 10 до 20 километров в час), ключом к восстановлению энергии течений является поток и плотность движущейся воды по сравнению с воздухом.

Теоретически освоение одной тысячной потенциала Гольфстрима могло бы покрыть треть потребностей Флориды в электроэнергии.

В Европе потенциал подводных турбин оценивается от 18 до 35 ТВт-ч в год, или около 8% годового потребления энергии во французских домах. Соединенное Королевство, Франция и Норвегия — страны, которые лучше всего могут извлечь выгоду из этого потенциала.

Преимущества и недостатки

Энергия океанских течений устойчива и неисчерпаема.После установки турбин прекращается выброс парникового газа (GHG). Газ с физическими свойствами, вызывающими нагревание атмосферы Земли. Есть ряд естественных парниковых газов … генерируются выбросы. Однако у него есть ряд недостатков:

Текущие эксперименты

Эксперименты в настоящее время сосредоточены на использовании подводных турбин, больших гребных винтов или турбин, прикрепленных группами к морскому дну или плавающей в средней воде. Кабель постоянного тока передает электрическую форму энергии, возникающую в результате движения заряженных частиц (электронов) по проводнику… на сушу Относится к наземным операциям по разведке и добыче нефти, например, «сбор сейсмических данных на суше» или «бурение на суше». трансформаторная подстанция, подключенная к источнику питания В физике мощность — это количество энергии, поставляемой системой в единицу времени. Проще говоря, мощность можно рассматривать как выход энергии … сетка.

© IDE

Демонстрационные модели в настоящее время разрабатываются, в том числе в Норвегии, Шотландии и Северной Ирландии.

  • В Норвегии установка Hammerfest Strom работает в Квалунде с сентября 2003 года.Он установлен на глубине 50 метров, с течением 1,8 метра в секунду (6,5 километров в час). Турбина имеет диаметр 20 метров и мощность 300 кВт.
  • Во Франции Paimpol-Bréhat 2 был выбран в качестве места для приливной фермы в 2008 году. Он имеет потенциальную установленную мощность — мощность выработки электроэнергии конкретной электростанции. Обычно выражается в мегаваттах (а иногда даже в гигаваттах) … от 1,5 до 2 МВт и ожидаемая мощность 3 ГВтч в год. После серии обследований на месте летом 2015 года планируется ввести в эксплуатацию вторую пилотную ферму с двумя турбинами, построенными в Шербурге и Бресте.
  • Во Флориде, после ряда прерванных проектов, в том числе начатого в 1980-х годах, в 2006 году был открыт исследовательский центр 3 . В настоящее время он разрабатывает приливную турбину Приливная турбина — это гидравлическая турбина, приводимая в действие естественным океаном. , приливные или речные течения … ферма с использованием турбин мощностью 20 кВт. Каждая турбина имеет гребной винт с тремя лопастями диаметром 3 метра, соединенный с большой плавучей баржей, закрепленной тросом. В восьми километрах от побережья Флориды Гольфстрим — мощное быстрое океанское течение, берущее начало в Мексиканском заливе… поток составляет от 30 до 130 миллионов кубических метров в секунду, а его скорость достигает 1,5 метра в секунду или 5,4 километра в час. Использование только одной тысячной этого потенциала покрыло бы 35% потребностей Флориды в электроэнергии.

Источники:

(1) Inter-Mines Study — p51 (только на французском)

(2) Проект Пэмполь-Бреа — EDF (только на французском языке)

(3) Юго-восточная национальная морская возобновляемая энергия (SNMREC)

Текущие вызовы в энергетике | OpenMind

Введение

Растущий мировой спрос на энергию, а также проблемы дефицита и воздействия на окружающую среду, связанные с традиционными источниками, лежат в основе весьма вероятного энергетического кризиса в следующие два или три десятилетия.Нефть будет становиться все более дорогой и дефицитной, в то время как климатические последствия массового использования всех ископаемых видов топлива к тому времени будут четко ощущаться. В то же время существующие ядерные установки исчерпают свой срок полезного использования. И неясно, особенно в Европе, будет ли энергия, которую они больше не будут обеспечивать после остановки, будут поставлять новые атомные станции.

В настоящее время мы не можем отказаться от существующих источников энергии. Они должны получить необходимые модификации, чтобы исключить или уменьшить их воздействие на окружающую среду, и должны быть добавлены новые источники, особенно возобновляемые.Ниже я опишу состояние доступных технологий и наиболее многообещающие разработки в каждой из них, всегда в временной шкале следующих нескольких десятилетий.

В более длительном масштабе ядерный синтез будет частью каталога более устойчивых источников энергии, но он не будет готов в рассматриваемый здесь период времени и, таким образом, не сможет помочь в разрешении кризиса. Вот почему я не буду здесь касаться ядерного синтеза, хотя мощная и интересная программа разрабатывается в международном масштабе.Цель состоит в том, чтобы использовать реакции ядерного синтеза в качестве источника энергии, но предсказуемый прогресс выводит их за пределы временного интервала, который мы выбрали для настоящего анализа энергетических проблем.

Энергия и цивилизация

Энергия — фундаментальный ингредиент в жизни человека. Не существует промышленных, сельскохозяйственных, медицинских, бытовых или каких-либо других процессов, которые не требовали бы некоторой степени внешней энергии. Люди потребляют около 2500 килокалорий энергии в день в виде еды.Но в промышленно развитых странах среднее ежедневное количество дополнительной (экзосоматической) энергии, потребляемой в сочетании человеческой деятельности (промышленной, бытовой, транспортной и др.), Эквивалентно 125 000 килокалорий на человека. Это в пятьдесят раз больше, а в случае США — в сто раз больше (см., Например, British Petroleum 2008). Фактически, существует сильная корреляция между индивидуальным потреблением энергии и процветанием в разных обществах.

На рисунке 1 каждая страна представлена ​​в виде диаграммы, на которой по оси «Y» указан индекс человеческого развития (ИЧР) для этой страны, определенный ООН с использованием основных данных о благосостоянии ее жителей.Ось «X» показывает годовое потребление энергии на душу населения (в данном случае в виде электроэнергии). Здесь наблюдаются два интересных явления. В беднейших странах корреляция очень сильная, при этом потребление энергии ведет к явному улучшению ИЧР. Но в более развитых странах очень большие различия в энергопотреблении не оказывают существенного влияния на уровень благосостояния. Это указывает на то, что для последних стран экономия энергии является возможной и желательной политикой. В наиболее процветающих странах экономия — это самый чистый и самый распространенный источник энергии.С другой стороны, необходимое экономическое и социальное развитие сравнительно бедных стран, составляющих большую часть населения мира, неизбежно потребует увеличения потребления энергии, поэтому нереалистично думать, что глобальное потребление энергии может сократиться в будущем. Если бы это было так, это было бы абсолютной катастрофой для наименее развитых стран, которым не хватает всего, в том числе энергии. Следовательно, хотя энергосбережение должно быть центральным аспектом активной политики в странах первого мира, с глобальной точки зрения мы должны решать проблему растущего спроса на энергию.

Действующие источники энергии

Первичные источники энергии определены, и маловероятно, что они будут добавлены в обозримом будущем. С момента зарождения человечества до начала промышленной революции в начале девятнадцатого века единственными доступными источниками первичной энергии были древесина и другие формы естественной биомассы, вьючные животные и ветер для морского или речного транспорта. С появлением первых паровых двигателей уголь стал использоваться в качестве источника энергии, и сегодня он продолжает оставаться важным источником потребляемой первичной энергии.Позже, с широким использованием автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, требующими жидкого топлива, нефть и ее побочные продукты стали важнейшим источником энергии. Наконец, за последние полвека природный газ стал важным компонентом производства электроэнергии и тепла для промышленных и бытовых нужд.

Эти виды топлива — уголь, нефть и природный газ — находятся на разных глубинах земной коры. Они были сформированы в более ранние геологические эпохи в результате естественных процессов, в которых органические материалы — в основном растения и морские организмы — подвергались воздействию высокого давления и температуры.Вот почему они известны как ископаемое топливо. Их вклад в сумму первичной энергии, потребляемой во всем мире на конец 2007 г. (British Petroleum 2008), составлял 35,6% для нефти, 28,6% для угля и 23,8% для природного газа. Таким образом, вместе они составляют 88% от общего числа. Как мы увидим ниже, есть много причин, по которым это не может продолжаться даже в ближайшем будущем. Остальная часть поступает от ядерной энергии, которая обеспечивает 5,6% от общего объема, и возобновляемых источников энергии, в основном гидроэлектроэнергии. Энергия, получаемая от ветра и Солнца различными способами, является второстепенным фактором с глобальной точки зрения, но в некоторых странах, особенно в Испании, она становится все более заметной.Итак, это глобальная перспектива; доступных источников первичной энергии больше нет.

Из всей этой первичной энергии значительная часть преобразуется в электричество (около 40% в такой стране, как Испания), а остальная часть идет на транспорт и другие промышленные и бытовые цели.

Ископаемое топливо

Огромное преобладание ископаемого топлива в качестве первичного источника энергии имеет важные последствия:

Во-первых, они распределены неравномерно.Две трети известных запасов нефти, которая, вероятно, является наиболее сложным для замены топливом, находится в пяти или шести странах Ближнего Востока, что подразумевает степень зависимости, которая не особенно совместима со стабильными поставками. Природный газ также очень сконцентрирован в этой области и в странах бывшего СССР, тогда как уголь более равномерно распределен во всех частях планеты.

Во-вторых, это невозобновляемое сырье. Они формировались в течение десятков или даже сотен миллионов лет и поэтому незаменимы.Более того, это ограниченные ресурсы. В частности, использование нефти в качестве источника энергии, лежащего в основе образа жизни промышленно развитых стран, могло быть лишь кратким изменением в истории человечества, ограниченным периодом примерно в два столетия.

В-третьих, это сырье в дефиците. Есть некоторые споры о количестве доступной нефти, но большинство геологов и нефтяников соглашаются с тем, что при нынешних темпах потребления — не менее 85 миллионов баррелей нефти в день, что означает сжигание тысячи баррелей нефти в секунду — мы хватит только на несколько десятилетий.Можно утверждать, что количество добываемой нефти зависит от цены и что, если она вырастет, не будет практических ограничений для добычи. Но этот аргумент не учитывает тот факт, что для добычи нефти из месторождений, которые становятся все более глубокими или истощенными, требуется все больше и больше энергии (на разведку, перекачку, обработку и логистику). В середине двадцатого века энергия, необходимая для извлечения барреля нефти, была эквивалентна примерно 1% содержимого этого бочонка. Сегодня эта стоимость выросла до 10–15%.Когда энергия, необходимая для добычи барреля сырой нефти, приближается к энергии, которую тот же баррель мог бы произвести, независимо от его цены, он исчезнет как первичный источник энергии, хотя он может продолжать быть полезным, особенно в нефтехимическая промышленность, где он используется для синтеза множества соединений, которые являются фундаментальными практически для всех отраслей промышленности и сельского хозяйства.

При нынешних темпах потребления доказанных запасов нефти хватит еще примерно на 40 лет, а природного газа — примерно на 60 лет.Запасов угля хватит примерно на полтора века (British Petroleum 2008). Конечно, будут новые открытия, а также так называемые нетрадиционные нефтесодержащие углеводороды, диспергированные в песках, битуминозных сланцах или тяжелых смолах, но мы всегда должны помнить о росте стоимости энергии и, как следствие, их снижении. чистая доходность и более высокая цена. Во всяком случае, не будет внезапного прекращения поставок, перехода от нынешних уровней использования к нулю. Вероятно, будет прогрессивный рост цен и, в какой-то момент, постепенное снижение потребления и производства.

Наконец, мы знаем, что при сжигании ископаемого топлива образуется огромное количество атмосферного углекислого газа (CO2). Этот газ является одним из тех, которые вызывают парниковый эффект и тем самым способствуют глобальному потеплению. Учитывая, насколько быстро это явление происходит (с геологической точки зрения), оно может вызвать серьезные климатические нарушения, которые потенциально вредны для нашей цивилизации (не для жизни, как часто утверждается, ни для человеческой жизни, но, безусловно, для нашей сложной и требовательной социальная организация).

В целом, наша социальная деятельность основана на использовании ископаемого топлива, которое из-за экологических проблем и ограниченных запасов должно быть ограничено в будущем. Тем не менее уголь будет оставаться огромным источником энергии в ближайшие десятилетия, но его использование будет терпимым только в том случае, если удастся уменьшить загрязнение, которое он производит.

Следовательно, вторая энергетическая задача (первая — сокращение потребления в развитых странах) состоит в том, чтобы уменьшить приоритет ископаемых видов топлива в производстве энергии.

Приготовление заменителей нефти

Транспортировка почти полностью зависит от жидкого топлива, получаемого из нефти. Уголь и природный газ сейчас важны для производства электроэнергии, но в долгосрочной перспективе их вполне можно заменить возобновляемой или ядерной энергией. Однако нелегко представить альтернативы использованию побочных нефтепродуктов для транспортировки. Все это связано с очень далеко идущими изменениями.

Первой возможной альтернативой является использование биотоплива — биоэтанола и биодизеля — для хотя бы частичной замены традиционных видов топлива.Но недавно мы стали свидетелями побочных проблем, которые могут возникнуть, особенно в области производства продуктов питания, даже когда производство биотоплива только начинается. Конечно, влияние производства биоэтанола — наиболее спорного случая — на цены на продукты питания ограничено, и рост цен совпадает с другими, более глубокими причинами, некоторые из которых являются мгновенными, а другие — структурными. Единственное зерно, которое широко используется для производства этанола, — это кукуруза, в то время как пшеница и ячмень используются в незначительных количествах по отношению к общему производству.Рис вообще не используется. И все же цены на все эти зерна, особенно на рис, выросли. Более того, около половины текущего производства биоэтанола производится из бразильского сахарного тростника, а цена на сахар вообще не выросла.

В любом случае производство этанола из злаков — наихудшее решение не только из-за его влияния на производство продуктов питания, но в основном из-за низкого выхода энергии. Фактически, между удобрениями, семенами, сбором урожая, транспортировкой и обработкой количество энергии, содержащейся в литре этанола, едва ли превышает количество энергии, необходимое для ее получения из зерновых (см., Например: Worldwatch 2007; CIEMAT 2005).Поэтому с энергетической точки зрения использовать этот вид сырья нецелесообразно. Экологические проблемы, связанные с использованием воды и пахотных земель, также, кажется, препятствуют этому (Zah 2007). С другой стороны, выход энергии из сахарного тростника намного выше, а выход этанола из так называемой лигноцеллюлозной биомассы, присутствующей в древесных или травянистых растениях и органических остатках, еще выше. Это этанол второго поколения. Все эти выводы представлены на интересном графике на рисунке 2, взятом из Zah 2007.Он предлагает все данные о потреблении ископаемого топлива при выращивании, сборе урожая, предварительной обработке и других процессах, необходимых для получения биотоплива из различных растительных материалов, а также об общем воздействии на окружающую среду по сравнению с прямым использованием побочных продуктов нефти.

Рисунок 2 . Воздействие на окружающую среду и потребление ископаемого топлива при производстве биотоплива по сравнению с прямым использованием топлива, полученного из нефти. (Зах 2007).

Третья задача состоит в том, чтобы усовершенствовать уже существующую технологию производства биотоплива второго поколения на уровне, пригодном для промышленности.Это не за горами, и на некоторых экспериментальных установках уже проводятся эксперименты с различными процессами производства этанола из биомассы, которая не влияет на пищу, требует меньших затрат энергии и имеет меньше экологических недостатков (см., Например: Ballesteros 2007; Signes 2008).

Таким образом, тростниковый этанол и биотопливо второго поколения могут уменьшить нефтяную зависимость в транспортном секторе, хотя они не могут полностью заменить его из-за ограниченного количества пахотных земель и доступной биомассы по сравнению с гигантским потреблением топлива в этом секторе.

Легче, по крайней мере в принципе, заменить ископаемое топливо, используемое для выработки электроэнергии, прибегая к возобновляемым или ядерным источникам, чем найти замену каждому нефтепродукту. Таким образом, я думаю, что в долгосрочной перспективе мы обратимся к электромобилям, сначала в виде гибридов, а затем и чисто электрических. Проблема здесь в том, как хранить электричество. Батареи, используемые в настоящее время, неэффективны и сильно загрязняют окружающую среду, но в настоящее время ведутся интенсивные исследования новых устройств для хранения электроэнергии, которые позволят создавать электромобили с надлежащими характеристиками.

В целом, мы должны сказать, что хранение энергии, будь то электричество, тепло, водород или любая другая форма, в настоящее время занимает центральное место в исследованиях энергетики, как из-за его важности для будущего транспортной отрасли, так и для решения проблемы, возникающие из-за непостоянства возобновляемых источников, как мы увидим ниже. Другими словами, если нам удастся улучшить технологию аккумулирования электроэнергии (см., Например, Хосе Луис Мата Виги-Эскалера, Club de la Energía 2008a), что станет серьезной проблемой, если мы хотим воспроизвести характеристики автомобиля, работающего на бензине. — тогда значительная часть автомобилей будущего будет электрическими.Поэтому ниже я сосредоточусь на производстве электроэнергии, которая становится наиболее гибкой и адаптируемой энергией даже для будущего транспортной отрасли.

Чистый уголь?

Схема производства электроэнергии значительно различается от страны к стране. В таблице 1 мы предлагаем некоторые данные об относительном составе источников энергии, используемых для производства электроэнергии в Испании и некоторых других странах, и среднемировом уровне (Статистика МЭА; Club Español de la Energía 2008a).

Таблица 1. Доля общего производства электроэнергии из первичных источников энергии.

Видно, что, за исключением Франции, которая очень сильно зависит от ядерной энергетики, и частично Испании, которая в значительной степени использует возобновляемые источники, основным источником энергии по-прежнему является уголь. И так будет еще долгое время из-за своего обилия и распространения почти на всех континентах. Особенно примечателен случай Китая.По данным Международной энергетической ассоциации, в последние годы она каждую неделю открывала новую угольную электростанцию. Но уголь, безусловно, является наиболее загрязняющим ископаемым топливом из всех, извергая почти вдвое больше углекислого газа в атмосферу на единицу произведенной энергии, чем природный газ, и примерно на 40% больше, чем бензин, используемый в двигателях внутреннего сгорания, не говоря уже о его сере. , азот и компоненты тяжелых металлов.

Итак, если мы хотим продолжать использовать уголь в качестве источника энергии, мы должны разработать процедуры для устранения или, по крайней мере, ограничения выбросов CO2 в атмосферу (другие выбросы уже контролируются прямо на электростанциях).Это известно как системы угольных картриджей (CCS) и все еще находится на начальной стадии. В частности, улавливание CO2, выделяемого при сжигании угля, может осуществляться с помощью технологий кислородного сжигания, которые изменяют состав воздуха, поступающего в котлы, так что выделяемый газ почти полностью состоит из CO2. Таким образом, никакого разделения не требуется. Это также можно сделать, применив методы разделения для сжигания на воздухе. Оба метода приводят к дополнительным затратам на энергию и потребуют новых физико-химических процессов, которые были протестированы в лабораториях, но не в необходимом промышленном масштабе.Что касается CO2, который получается в результате, мы должны найти подземные или подводные отложения, достаточно герметичные, чтобы закачанный в них CO2 оставался в ловушке на протяжении столетий.

На самом деле месторождения такого типа существуют естественным образом. Например, залежи, в которых в течение геологических периодов времени хранился природный газ, можно использовать для хранения углекислого газа после того, как природный газ будет добыт. То же самое и с истощенными нефтяными месторождениями, осадочно-солевыми образованиями и т. Д. Фактически, большинство экспериментов по хранению СО2 во всем мире связано с нефтяными месторождениями, добыча которых падает.Двуокись углерода нагнетают под давлением, чтобы улучшить добычу, получая сырую нефть, которая не может быть получена при использовании обычных методов добычи.

Еще один интересный эксперимент проводится в Слейпнер, лагере по добыче газа на норвежском побережье Северного моря. В этой области метан, основной ингредиент природного газа, выходит в смеси со значительным количеством CO2. Как только они разделены на экстракционной установке, CO2 закачивается обратно на морское дно на глубине около тысячи метров в слой пористых валунов с водой и солями.Они размещают там CO2 с 1996 года, и данные о том, насколько он герметичен, будут иметь большое значение при поиске новых мест для массового использования. В любом случае, мы должны упомянуть, что процессы улавливания и хранения диоксида углерода всегда будут означать дополнительные затраты, которые должны быть добавлены к цене энергии, полученной от чистого использования углерода. По оценкам экспертов, эта стоимость составит от 30% до 100% стоимости, связанной с использованием угля без УХУ (Socolow 2005; Fundación para Estudios sobre la Energía 2008).Тем не менее, мы должны рассматривать эти дополнительные расходы в контексте роста цен как на традиционные, так и на возобновляемые источники энергии, дополнительных затрат на выбросы СО2 и помощи на экологически чистую энергию, подобную той, которая определена в Специальном налоговом кодексе Испании. Вывод состоит в том, что человечество не перестанет использовать такой богатый и широко распространенный источник энергии, как уголь, но его использование имеет серьезные экологические последствия, и чрезвычайно важно противодействовать таким методам, как CCS.

Возобновляемая электроэнергия.Ветер

Возможно, самой важной задачей для нас в следующие несколько десятилетий будет значительное увеличение доли возобновляемых источников энергии по сравнению с нынешними уровнями, которые являются маргинальными в планетарном масштабе. Гидроэнергетика имеет наибольшее присутствие, и ее ресурсы используются наиболее полно, но другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, имеют преимущества и недостатки. Их преимущества противоположны недостаткам ископаемого топлива, упомянутым выше, — они устойчивы, неограниченны и практически не загрязняют окружающую среду, даже если мы рассматриваем их полный жизненный цикл и их территориальное распределение.Их недостатки делятся на две категории: высокая стоимость и прерывистость.

Одна из причин, по которой возобновляемая электроэнергия настолько дорога, — это степень ее дисперсии, которая является внутренней характеристикой, компенсируемой только ее неограниченным и устойчивым характером. Однако разумно полагать, что расходы на обычную энергию будут продолжать расти по мере того, как сокращаются поставки и учитываются экологические издержки. В этом случае ее стоимость в какой-то момент сойдется с затратами на возобновляемые источники энергии.Высокая стоимость возобновляемых источников энергии также частично объясняется тем, что связанные с ними технологии все еще не очень развиты. В этом смысле способ уменьшить издержки, связанные с отсутствием технологического развития, — это создание всемирного рынка. Это единственный способ снизить затраты на производство необходимых компонентов, поскольку это приведет к производству более крупных серий и появлению большего числа компаний, что положит конец олигополиям, существующим в настоящее время в некоторых ключевых областях. Кроме того, это позволит внедрять улучшения в эксплуатации и обслуживании установок возобновляемой энергии после определенного периода опыта эксплуатации в условиях промышленной эксплуатации.Действительно, различные системы, которые в настоящее время активируются для стимулирования распространения возобновляемых источников энергии, предназначены для расширения этого рынка за счет использования субсидий или других видов помощи, которые компенсируют первоначальные трудности.

Как хорошо известно, в Испании и некоторых других странах, которые продвинулись в этой области, был принят специальный налоговый кодекс для возобновляемых источников энергии (и когенерации), за исключением гидроэнергетики. Он состоит из ряда стимулов или субсидий на киловатт-час возобновляемой энергии, предназначенных для компенсации более высоких текущих затрат и, таким образом, стимулирования роста в этом секторе.Специальные тарифы различаются для каждой генерирующей технологии, отражая различные затраты в настоящее время, но предполагается, что они будут уменьшаться со временем по мере снижения затрат до тех пор, пока они не приблизятся к традиционным источникам энергии. Эта, как и любая из других существующих схем, уже доказала свою эффективность в первой из возобновляемых источников энергии, которые можно считать широко распространенными на мировом рынке: в ветроэнергетике. Фактически, в конце 2007 года глобальные показатели накопленной энергии ветра уже составляли 93 900 МВт (Global Wind Energy Council 2008), что позволило создать динамичный промышленный сектор, который растет во всем мире.

Как видно на рисунке 4, тремя странами с наибольшей установленной мощностью являются Германия, США и Испания, хотя из-за меньшего общего потребления Испания является страной, которая получает большую часть своей электроэнергии из этой энергии. источник — около 9%. Фактически, Испания занимает второе место в мире после Дании как по общему проценту электроэнергии, вырабатываемой за счет энергии ветра, так и по установленной мощности на душу населения (European Wind Energy Association 2008).

Рисунок 4. Установленная ветровая мощность на 31 декабря 2007 г.

При государственной поддержке создание глобального рынка ветроэнергетики продвигается вперед не только за счет создания новых промышленных предприятий и рабочих мест, но и за счет постепенного снижения стоимости произведенной таким образом энергии. В конце семидесятых годов, когда мощность аэрогенераторов составляла около 50 кВт, а диаметр ротора — около 15 метров, цена за единицу продукции составляла от 20 до 40 евроцентов за кВтч. Теперь у аэрогенераторов есть потенциал мощности около 2 МВт и диаметр ротора почти 100 метров, что делает стоимость производства энергии лишь немного выше, чем у традиционных источников.Тариф специального кода для энергии ветра превышает обычный примерно на 2,9 евроцента за кВтч (около 2 центов за кВтч в США).

Конечно, они стали больше, но было также много других технологических усовершенствований, которые повлияли на их движущиеся части, материалы, из которых они сделаны, на их системы преобразования, трансформации и эвакуации, а также на то, как они производятся и монтируются. Задача в этой области заключается в расширении рынка и технологических усовершенствованиях, необходимых для снижения удельной стоимости электроэнергии до стоимости электроэнергии, производимой традиционным способом.Также непросто завоевать морскую среду с помощью так называемой прибрежной ветровой энергии, где сам ветер лучше (устойчивый ветер без турбулентности), хотя есть значительные трудности, связанные с закреплением и обслуживанием аэрогенераторов, когда вода достигает определенной глубины, а также эвакуации производимого ими электричества.

Таким образом, ветроэнергетике предстоит пройти долгий путь как с технологической точки зрения, так и с точки зрения ее территориального распространения на другие территории — конечно, море, но также и маломасштабную ветроэнергетику, как в городских условиях, так и в поселениях, находящихся за пределами электросети, либо есть слабая.Как и в случае со всеми возобновляемыми источниками, проблема прерывистости еще не решена. Ветер прерывистый. В Испании, например, ветряные парки вырабатывают энергию в среднем около 2000 часов в год, как показано на рисунке 6. Это меньше четверти времени.

Более того, время выработки электроэнергии не всегда совпадает с периодами максимального спроса. Тем не менее, в ветреном месяце марта 2008 года ветроэнергетика насчитывала не менее 18.7% электроэнергии, произведенной в Испании в этом месяце, и около 18 часов 22 марта, было задействовано 9 900 МВт ветровой энергии, что составляет около 41% от общего объема электроэнергии, выработанной в тот момент. А в течение всех выходных 21–23 марта ветряная электроэнергия составила 28% от общего объема производства.

Решение проблемы прерывания требует решения проблемы хранения. Количество электроэнергии, с которой мы имеем дело, можно накапливать, закачивая воду в двойные водохранилища, очень немногие из которых еще существуют.Другая система заключается в преобразовании электричества, производимого аэрогенераторами, в водород, который впоследствии может быть преобразован обратно в электричество в топливном элементе, если это необходимо. Фактически, хранение энергии из возобновляемых источников может быть одним из применений водорода в качестве вектора энергии. И, конечно же, если будут изобретены новые устройства для непосредственного хранения энергии, такие как батареи нового поколения, о которых мы упоминали выше в нашем обсуждении транспорта, тогда энергия ветра могла бы внести свой вклад в электроснабжение управляемым и еще более значительным образом.

Возобновляемая энергия. Солнце

С точки зрения энергии, солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, составляет в среднем около одного кВт на квадратный метр. Если мы усредним это для всех часов в году, в солнечном месте, например, на юге Испании, это составит около 1900 кВтч на квадратный метр в год. Это эквивалентно энергии, содержащейся в 1,2 баррелей нефти или нефтяном слое глубиной 20 сантиметров. Учитывая огромные просторы очень солнечной пустынной почвы в качестве первичной энергии, солнечный свет на поверхности Земли в тысячи раз больше, чем вся энергия, потребляемая во всем мире.

Есть два способа использования солнечной энергии. Первый — преобразовать его непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрических элементов, изготовленных из материалов, которые преобразуют энергию фотонов Солнца в электроны в проводнике. Второй преобразует лучистую энергию в высокотемпературное тепло, которое затем превращается в электричество с помощью обычной турбины. Это известно как термоэлектрическая солнечная энергия.

Фотоэлектрическая солнечная энергия имеет те же недостатки, что и остальные возобновляемые источники энергии: цена и непостоянство.Цена зависит от стоимости строительства фотоэлектрических элементов, что делает его самым дорогим из всех возобновляемых источников энергии в настоящее время и требует значительной общественной поддержки. Фактически, в системах, основанных на специальных тарифах, фотоэлектрическая энергия получает самые высокие субсидии. С другой стороны, фотоэлектрическая технология является одной из наиболее универсальных и адаптируемых к городским условиям из-за ее распределенного характера и того факта, что она не требует больших систем преобразования, в отличие от термоэлектрических устройств.Что касается его распространения, то общая установленная мощность, генерируемая этим методом во всем мире, в последнее время увеличивается с головокружительной скоростью, как видно на рисунке 7.

Германия является страной с наибольшей установленной мощностью — 3800 МВт, хотя Испания претерпела очень значительное расширение фотоэлектрических установок за последние два года, с 630 МВт на конец 2007 года. Это расширение, которое со временем не будет устойчивым. , связано с бонусом в размере более 40 евроцентов за кВтч в Специальном налоговом кодексе и объявлением о том, что сумма этого бонуса будет уменьшена в сентябре 2008 года.Действительно, уровень фотоэлектрического бонуса является хорошим примером важности разумного определения стимулов. Если они будут слишком низкими по сравнению с реальными, прогнозируемыми затратами, они не будут способствовать развитию этой технологии, учитывая, что, как мы видели выше, создание широкого рынка является необходимым условием. Но если бонус будет слишком высоким, это не будет стимулировать технический прогресс, необходимый для снижения затрат, что, в свою очередь, уменьшит суммы бонусных денег, связанных с такими затратами.

В настоящее время большинство установленных панелей состоит из ячеек из кремния, кристаллических или поликристаллических пластин. Средний выход таких устройств в полевых условиях, то есть доля солнечной энергии, депонированной на поверхности материала, которая фактически становится электричеством, составляет где-то между 10% и 15%. Существуют и другие альтернативы для улучшения этих характеристик или снижения стоимости фотоэлектрических элементов. Один из способов — изучить другие типы материалов и методы осаждения.Они известны как тонкопленочные системы, и в них также используется кремний — хотя и в меньшей степени, чем в традиционных системах — или другие более экзотические и менее распространенные материалы, улучшающие фотоэлектрическое преобразование. Существуют также многослойные системы, которые позволяют перекрывать материалы, чувствительные к различным частотам солнечного спектра, что увеличивает общую производительность. Там цели заключаются в том, чтобы найти материалы и процедуры производства ячеек, которые используют наименьшее количество материалов, а также найти материалы, которые являются дешевыми, не загрязняющими, хорошо работают в различных приложениях — например, в строительстве — и кажутся лучше всего адаптированными к ним. это своего рода технология.Тем не менее ожидается, что традиционные солнечные панели на основе кремниевых пластин в течение многих лет будут преобладать.

Тем не менее, ожидается, что фотоэлектрические системы вскоре станут более эффективными благодаря методам концентрации, основанным на оптических устройствах, которые направляют солнечное излучение с большой площади на гораздо меньшую фотоэлектрическую поверхность, увеличивая ее выход. В любом случае, фундаментальная цель фотоэлектрических технологий — снизить затраты, которые все еще очень высоки по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии.

Другой способ использования солнечного излучения для производства электроэнергии — термоэлектрическая технология. Там солнечный свет концентрируется на приемнике, содержащем жидкость, которая нагревается, а затем передает это тепло обычной турбине, генерируя электричество. Эта технология известна годами, проста и надежна. И в последние годы он претерпел значительное развитие, особенно в Испании и США. Исследование формы солнечных коллекторов и приемников привело к созданию множества устройств, но здесь мы рассмотрим только две наиболее распространенные технологии: цилиндрическо-параболические коллекторы и башню или центральный приемник.

В первом случае тепло концентрируется в трубчатом ресивере, содержащем жидкость (обычно минеральное масло с соответствующими тепловыми свойствами), которая достигает температуры 400 ° C, затем проходит через теплообменник, генерируя высокотемпературный пар высокого давления, который приводит в движение турбину. В восьмидесятых годах прошлого века, после второго крупного нефтяного кризиса, в пустыне Мохаве в Калифорнии была построена группа заводов (комплекс SECS) с общей мощностью 350 МВт. Он продолжает работать сегодня без каких-либо проблем, предоставляя не только электричество, но и ценную информацию о том, как работает такая технология.После того, как они были введены в эксплуатацию и закончился кризис, их больше не строили. Между тем, в тот же период была построена Солнечная платформа Альмерии (PSA). Сейчас он является частью Центра энергетических, экологических и технологических исследований (CIEMAT), лаборатории мирового класса, которая исследует все виды термоэлектрических технологий, обучает персонал и тестирует все виды компонентов и устройств. Наличие СРП — один из факторов, объясняющих лидирующую роль нашей страны в этой области.

Второй коммерческий завод в мире, использующий цилиндрическо-параболические коллекторы, находится в пустыне Невада.Он был построен и управляется Acciona. В настоящее время существуют проекты по строительству этого типа электростанции в Испании, с достижением вероятного потенциала мощности около 2500 МВт в ближайшие четыре-пять лет. Значительное их количество будет построено в Соединенных Штатах, большинство с участием Испании. Например, так называемый проект «Солана» был недавно передан компании Abengoa: две большие солнечные электростанции мощностью 240 МВт будут построены в Аризоне. Рисунки 8 и 9 дают представление о том, как выглядит этот вид растений, и о том, в каких помещениях его можно установить.

В Испании среди многочисленных проектов, находящихся в стадии реализации, находится Andasol I. Почти завершенная, это первая станция мощностью 50 МВт из комплекса, спроектированного консорциумом, основным членом которого является Cobra, ACS, и немецкой фирмой Solar Millennium. Завод Andasol, расположенный недалеко от Гуадиса в Гранаде, решает одну из основных проблем, упомянутых выше в отношении оптимального использования возобновляемых источников энергии: хранение. Там накапливается тепло, что имеет ряд преимуществ по сравнению с накоплением электроэнергии. В установке с накопителем, когда светит солнце, часть солнечного поля питает накопитель, а остальная часть вырабатывает тепло для выработки электричества в турбине.Таким образом, когда спрос на электроэнергию остается высоким после захода Солнца, можно продолжать вырабатывать электроэнергию с использованием накопленной энергии. В случае Andasol I хранилище может продолжать вырабатывать электроэнергию с максимальной мощностью в течение 7,5 часов, что делает установку идеально управляемой и способной адаптировать свои поставки электроэнергии для удовлетворения спроса.

Накопление тепла, используемое в установках этого типа, основано на большом количестве расплавленных солей (нитратов), которые накапливают тепло, становясь более горячим, а затем снова выделяют его по мере охлаждения.Это простая и безопасная система, хотя требуемые уровни мощности требуют значительного количества солей. В частности, Andasol I использует 28 500 тонн нитратов. Существуют и другие способы хранения тепла, включая скрытое тепло в материалах, которые меняют фазу, а не тепло, которое можно почувствовать и связанное с разницей температур, или устройства, основанные на твердых телах. Эти альтернативы будут более четко определены и улучшены по мере накопления нами большего опыта в этой области.

Этот вид солнечной энергии более дорогостоящий, чем традиционная энергия, хотя и дешевле, чем солнечная энергия фотоэлектрического происхождения.Его бонус в Специальном налоговом кодексе составляет около 20 евроцентов за кВтч, и, как и в случае со всеми возобновляемыми источниками энергии, ожидается, что затраты снизятся по мере расширения рынка. Согласно исследованиям SolarPaces, его стоимость сравняется со стоимостью обычной энергии, когда будет установлено около 15 000 МВт, как показано на рисунке 10.

Для того, чтобы это произошло, необходимо будет добиться определенных технологических достижений, особенно в производстве абсорбционных трубок, и необходимо будет диверсифицировать рынок поставок.Его нынешняя узость препятствует развитию механизмов коммерческой конкуренции, которые необходимы для улучшения производственных процессов. Ожидается также улучшение теплоносителей. Как упоминалось выше, в настоящее время используется термоминеральное масло, но у него есть проблема, заключающаяся в том, что при температуре выше определенной (около 450º C) оно разлагается. Это делает невозможным повышение рабочей температуры, что, в свою очередь, увеличивает производительность при преобразовании тепла в электричество.Более того, с этими маслами трудно обращаться и они загрязняют. В этом смысле уже существуют продвинутые программы по исследованию замены нефти другой жидкостью, такой как вода или газ, которые позволили бы повысить рабочую температуру и упростить конструкцию установки, снизив ее стоимость. В этих программах участвуют немецкие и испанские исследовательские группы, работающие в PSA, а также наиболее важные фирмы в этом секторе (см., Например, Zarza 2008). В общем, проблемы, связанные с использованием этих технологий, включают оптимизацию труб, теплоносителя, систем хранения и коллекторов, а также расширение глобальных рынков на основе общественных стимулов.

Другая технология, разрабатываемая в области термоэлектрической солнечной энергии, основана на центральном приемнике на вершине башни. Поле прямоугольных гелиостатов фокусирует солнечное излучение на приемнике, из которого выделяемое тепло отбирается жидкой или газообразной средой. Первые такие станции, работающие в промышленных масштабах, были построены компанией Abengoa в Санлукар-ла-Майор (Севилья): PS-10 и PS-20 мощностью 11 МВт и 20 МВт соответственно. Пока их стоимость выше, чем у установок на цилиндро-параболических коллекторах, и степень их развития несколько ниже.Но они предлагают определенные преимущества, такие как возможность работать при более высоких температурах и адаптация к более неровной местности. Процесс улучшения и оптимизации — все еще на начальных этапах — аналогичен тому, что было описано выше, включая устройства хранения тепла, которые концептуально аналогичны.

Ядерное деление

Наряду с ископаемым топливом и возобновляемыми источниками энергии деление ядер в настоящее время является важным источником энергии в наиболее развитых странах. В Европе 30% электроэнергии составляет атомная энергия, а в Испании — 20%.Ядерная энергия имеет ряд преимуществ, которые делают ее привлекательной как часть энергетического меню будущего. Основными из них являются его полная независимость от любых климатических или экологических условий, что позволяет станции работать в течение очень большого процента часов в году, как показано на рисунке 6. Это объясняет, как ядерный сектор в Испании с установленной мощностью 7700 МВт, вырабатывает почти вдвое больше электроэнергии, чем ветряная энергия, когда последняя имеет общую установленную мощность 15 100 МВт.Еще один положительный фактор, который следует принимать во внимание, — это его относительная независимость от колебаний цены на уран, поскольку в течение срока полезного использования станции топливо составляет лишь 6% от общих затрат на строительство и эксплуатацию. На рисунке 11 стоимость сырья для атомных станций сравнивается со стоимостью других традиционных источников энергии.

Более того, это промышленный сектор со значительным опытом в области безопасности, несмотря на широко распространенное мнение об обратном. Фактически, самые передовые и требовательные протоколы безопасности исходят именно от ядерной отрасли.

Его недостатки хорошо известны: с экономической точки зрения огромные капиталовложения, необходимые для строительства электростанций, с очень длительным периодом износа, являются эквивалентом низкой стоимости топлива; с точки зрения окружающей среды и безопасности, потенциальная серьезность аварий во время работы станции — хотя их очень мало — и, самое главное, образование радиоактивных остатков, с которыми трудно обращаться и хранить. Проблема остатков, безусловно, является самым серьезным недостатком, и, по мнению общественности, она, несомненно, преобладает над более позитивными аспектами этой энергетической технологии.Поэтому он заслуживает особого рассмотрения.

Вообще говоря, существует два типа остатков — кратковременные и длительные. Обычно первые имеют период полураспада 30 лет (период полураспада — это время, которое должно пройти, чтобы радиоактивность материала снизилась вдвое). Большинство остатков попадает в эту категорию, и общепринятое решение — хранить их в хранилище до тех пор, пока их активность не упадет до уровня естественной фоновой радиоактивности.Эль-Кабрил в Кордове является типичным примером хранилища такого типа, и при правильном управлении его воздействие на окружающую среду незаметно.

Серьезная проблема — это остатки с очень долгим сроком хранения, измеряемым десятками или сотнями тысяч лет. Это случай израсходованных топливных стержней. Некоторые страны решили построить глубокие геологические отложения (DGD), достаточно герметичные, чтобы гарантировать стабильность остатков, откладываемых там в течение геологических периодов времени. Ясно, что трудность заключается не только в том, чтобы найти места, отвечающие необходимым физическим условиям, но и в том, чтобы заставить часть общественного мнения принять это.Другие страны, такие как Испания, предпочитают строить временный централизованный депозитарий (TCD) на поверхностном уровне, позволяя надежно хранить эти остатки в течение гораздо более коротких периодов времени — около столетия, — пока усовершенствованы методы их устранения или превращения в инертные. иметь значение. Действительно, обращение с остатками или их удаление — одна из проблем, решение которой является наиболее насущной, если мы хотим, чтобы у ядерной энергетики было будущее. Принципы такой трансформации известны — техники разделения и трансмутации, — но их развитие только начинается.Это связано со сложностью технологии, а также со сложностью экспериментов с ядерной технологией перед лицом столь сильного общественного сопротивления.

Фактически, разработка технологии нейтрализации наиболее опасных остатков связана с так называемыми реакторами четвертого поколения. В настоящее время в мире насчитывается 439 действующих коммерческих реакторов — 104 в США и 59 во Франции — мощностью 373 000 МВт. Еще тридцать восемь строятся в Финляндии, Франции, Восточной Европе и Азии (World Nuclear Association 2008).Все они второго или третьего поколения, работают на (медленных) тепловых нейтронах и используют изотоп 235U в качестве топлива. Этот изотоп очень редок в природе и составляет всего 0,7% природного урана. Наиболее многообещающие линии четвертого поколения работают с быстрыми нейтронами и могут использовать большинство существующих остатков в качестве топлива, таких как 238U, который является наиболее распространенным изотопом урана (остальные 99,3%). Они могут даже использовать торий, которого еще больше, и эта альтернатива серьезно изучалась в Индии.Реакторы и устройства четвертого поколения, использующие технологию быстрых нейтронов — например, системы, управляемые ускорителем (ADP) — потенциально могут решить многие проблемы, связанные с остатками, и будут невосприимчивы к возможной долгосрочной нехватке обычного топлива (если бы мы могли Если использовать оба типа урана, а не только дефицитный делящийся изотоп, запасы автоматически увеличиваются более чем на сто).

Неоспоримыми проблемами в ядерном секторе, таким образом, являются обработка остатков и реакторы четвертого поколения, которые связаны друг с другом с технологической точки зрения.Но для достижения прогресса в этой области требуется время, и на уровне, который можно использовать в коммерческих целях, они не будут доступны в ближайшие двадцать-тридцать лет. Таким образом, большинство западных стран, за отмеченным исключением Франции и Финляндии, столкнулись с трудностью невероятного возрождения за весь этот период, что может привести к потере знаний и технических возможностей. Напротив, во многих других частях мира, особенно в Азии, будут по-прежнему строиться и эксплуатироваться ядерные реакторы второго и третьего поколения.

Выводы

Учитывая ситуацию, описанную в предыдущих параграфах, не представляется ни реалистичным, ни разумным предлагать отказаться от любого из доступных источников энергии с надлежащими мерами предосторожности и в сроки, разрешенные каждой технологией. В краткосрочной перспективе существует острая необходимость в разработке заменителей побочных нефтепродуктов в транспортном секторе, где мы не можем не рассматривать биотопливо второго поколения. Уголь будет по-прежнему значительным, хотя и потенциально опасным источником, и необходимо добиться прогресса в его использовании для улавливания и хранения СО2.

Но в настоящее время наиболее важной задачей может быть поощрение возобновляемых источников энергии, чтобы сделать их значительным процентом от общего предложения. Это еще далеко не так, но Испания играет ведущую роль. Ветер доказал свой потенциал в качестве огромного источника энергии и должен продолжать расширять свое присутствие на мировом рынке. Солнечной энергии больше, но есть проблема рассеивания, о которой говорилось выше. В какой-то момент в ближайшем будущем он должен стать доминирующим и действительно массовым, устойчивым и неограниченным возобновляемым источником энергии.Это потребует решения технологических проблем, которые ограничивают его распространение и влияют на его текущую высокую цену, и потребуют решительной общественной поддержки. Для управления возобновляемыми источниками энергии и удовлетворения будущих потребностей транспортного сектора технологии хранения энергии уже занимают выдающееся место в программах исследований в области энергетики. Настолько, что ни одна устойчивая схема немыслима без достаточного владения технологиями такого рода.

К сожалению, ядерный синтез появится позже, и вряд ли он поможет облегчить ситуацию в ближайшие десятилетия.Но реакторы деления существуют. Они были протестированы и эволюционировали в сторону более безопасных конструкций, в которых топливо используется более эффективно. Я не верю, что в период энергетического кризиса было бы разумно отказываться от этого источника энергии, хотя его выживание во многом зависит от его общественного имиджа. В краткосрочной перспективе основная проблема заключается в том, как продлить срок эксплуатации существующих реакторов и заменить их технологиями третьего поколения. Но основная задача в этой области состоит в том, чтобы продвигаться к быстрым реакторам четвертого поколения, которые позволяют рециркулировать остатки и оптимальным образом использовать топливо.

Не произошло никакого чуда, чтобы мгновенно решить проблему снабжения человечества энергией. К нему необходимо подходить со всех возможных направлений, а не только с технологической точки зрения, поскольку политические и финансовые соображения также важны для каждого из доступных источников энергии. Мы также не должны забывать об образовательных и информационных аспектах, которые так важны в ситуации, когда большая часть населения считает, что энергетическая проблема решена, и считает ее непрерывное снабжение само собой разумеющимся, но отказывается принимать жертвы, неизбежно связанные с производством энергии из источников. с точки зрения экономики и землепользования.

Библиография

Ballesteros, M. «Estado del desarrollo tecnológico de los biocarburantes». Энергия, т. 202, 2007, 24–28.

Бритиш Петролеум. Статистический обзор мировой энергетики ВР, июнь 2008 г.

CIEMAT. Análisis del Ciclo de Vida de Combustibles Alternativos para el Transporte, 2005.

Club Español de la Energía. Balance Energético de 2007 y Perspectivas para 2008, Madrid, 2008a.

-, Энергия: Las tecnologías del Futuro, 2008b.

Европейская комиссия. Платформа устойчивых ядерно-энергетических технологий, 2007 г.

Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности. Solar Generation V, сентябрь 2008 г.

Европейская ассоциация ветроэнергетики. www.ewea.org, 2008.

Fundación para estudios sobre la energía. Эль-футуро-дель-карбон в испанской энергетической политике, Мадрид, 2008.

Глобальный совет по ветроэнергетике. Отчет Global Wind 2007, 2008.

Международное энергетическое агентство. Обзор мировой энергетики, 2006 г.

-, Ключевая статистика мировой энергетики, 2008.

Signes, V. et al. Rulesimiento para la revalorización energética de la fracción orgánica de restuos orgánicos e instalación. Международная заявка на патент ES2008 / 000077, 2008.

Socolow, R.H. «Можем ли мы похоронить глобальное потепление?» Scientific American, июль 2005 г., стр. 39–45.

Solar Paces. Глобальная рыночная инициатива CSP, 2004 г.

Организация Объединенных Наций. Отчет о человеческом развитии, 2006.

Всемирная ядерная ассоциация.www.world-nuclear.org, сентябрь 2008 г.

Институт всемирного наблюдения. «Биотопливо для транспорта». Earthscan, 2007.

Zah, R. et al. Ökobilanz von Energieprodukten: Ökologische Bewertung von Biotreibstoffen. Санкт-Галлен, Швейцария: Empa, 2007.

Zarza, E. et al. Almería GDV: первая солнечная электростанция с прямым производством пара, 2008 г.

Текущие и будущие мировые источники энергии

Мировые источники энергоснабжения

Мировые источники энергоснабжения с 1990 по 2018 гг.

Рисунок 2.3. Мировое энергоснабжение по источникам. ktoe означает килотонны нефтяного эквивалента.

Здесь мы видим, что роль возобновляемых источников энергии и природного газа быстро растет.

Рисунок 2.3a. Мировое предложение энергии в процентах.

Три крупнейших источника энергии в мире

Три крупнейших источника энергии в мире
Источник Перспективы на будущее Преимущества / недостатки
Масло За последние четыре десятилетия нефть была основным источником потребления первичной энергии в мире, и ожидается, что она останется на этом уровне в течение прогнозируемого периода времени.Ожидается, что жидкости (в первую очередь, нефть и другие нефтепродукты) будут по-прежнему составлять самую большую долю мирового потребления энергии в течение прогнозируемого периода. В частности, в транспортном секторе жидкое топливо продолжает обеспечивать большую часть потребляемой энергии. Хотя ожидается прогресс в транспортных технологиях, не связанных с жидкостями, их недостаточно, чтобы компенсировать растущий спрос на транспортные услуги во всем мире. В результате, согласно прогнозам, нефть сохранит свое доминирующее положение в мировом энергетическом балансе и к 2040 году будет обеспечивать 30% общего потребления первичной энергии.
Природный газ Согласно прогнозам, потребление природного газа в мире вырастет со 120 триллионов кубических футов (триллионов кубических футов) в 2012 году до 203 триллионов кубических футов в 2040 году. Что касается источника энергии, на природный газ приходится наибольший прирост мирового потребления первичной энергии. Обильные ресурсы природного газа из сланцевых ресурсов и стабильная добыча способствуют прочному конкурентному положению природного газа среди других ресурсов. Природный газ остается ключевым топливом в электроэнергетике и промышленности. Это считается желательным вариантом для электроэнергии, учитывая его относительную эффективность и экологические преимущества по сравнению с другими ископаемыми источниками энергии.

Природный газ горит более чисто, чем уголь или нефть, что делает его более привлекательным выбором для стран, стремящихся сократить выбросы парниковых газов.

Уголь Уголь — самый медленнорастущий источник энергии в мире, рост которого в среднем составляет 0,6% в год, со 153 квадриллионов БТЕ в 2012 году до 180 квадриллионов БТЕ в 2040 году.На протяжении всего прогноза в тройку ведущих стран-потребителей угля входят Китай, США и Индия, на которые в совокупности приходится более 70% мирового потребления угля.

Использование угля будет продолжать расти в развивающихся странах, но в развитых или промышленно развитых странах оно не увеличится, а может немного снизиться.

Согласно прогнозам, мировая добыча угля увеличится с 9 миллиардов коротких тонн в 2012 году до 10 миллиардов коротких тонн в 2040 году. Большая часть прогнозируемого роста мировой добычи угля приходится на Индию, Китай и Австралию.

Уголь остается жизненно важным топливом для мировых рынков электроэнергии и, как ожидается, продолжит доминировать на энергетических рынках развивающихся стран Азии.

Прогноз потребления энергии и электроэнергии

Согласно прогнозу International Energy Outlook 2019, наибольший рост производства электроэнергии прогнозируется среди развивающихся стран, не входящих в ОЭСР. В период с 2012 по 2040 год производство электроэнергии в странах, не входящих в ОЭСР, увеличивается в среднем на 2,5% в год, поскольку повышение уровня жизни увеличивает спрос на бытовую технику и электронные устройства, а также на коммерческие услуги, включая больницы, школы, офисные здания и торговые центры.В странах ОЭСР, где инфраструктура более развита, а рост населения относительно медленный или сокращается, производство электроэнергии увеличивается в среднем на 1,2% в год с 2012 по 2040 год.

Рис. 2.5 Мировое потребление энергии по видам.

Прогнозы потребления энергии при использовании.

Как видно из рисунков, ожидается, что в ближайшие годы роль возобновляемых источников энергии резко изменится. Какой переход!

Ядерная энергия

По прогнозам, производство электроэнергии на атомных станциях во всем мире увеличится с 2.6 триллионов киловатт-часов в 2015 году до 4,5 триллионов киловатт-часов в 2040 году.

Согласно прогнозу International Energy Outlook (2016) Министерства энергетики США (US DOE), все еще существует значительная неопределенность в отношении будущего ядерной энергетики, и ряд вопросов может замедлить развитие новых атомных электростанций. Вопросы, связанные с безопасностью станций, захоронением радиоактивных отходов и распространением ядерных материалов, продолжают вызывать обеспокоенность общественности во многих странах и могут препятствовать планам строительства новых установок.Хотя долгосрочные последствия аварии на японской АЭС «Фукусима-дайити» для мирового развития ядерной энергетики неизвестны, Германия, Швейцария и Италия уже объявили о планах поэтапного отказа или отмены всех своих существующих и будущих реакторов. Напротив, развивающаяся Азия готова к активному росту ядерной генерации. Большая часть прироста связана с добавлением Китаем ядерных мощностей на 139 гигаватт (ГВт) с 2012 по 2040 год.

На ядерной установке тепло вырабатывается в результате ядерного деления (расщепления ядра атома на множество новых атомов) внутри уранового топлива.В результате деления выделяется тепловая энергия, и пар вращает турбогенератор для производства электроэнергии.

Возобновляемые источники энергии

В течение следующих 25 лет прогнозируется значительный рост мирового потребления возобновляемых источников энергии. Ожидается, что большая часть прогнозируемого роста возобновляемой генерации будет результатом завершения установки солнечных батарей по всему миру. Резкое снижение стоимости солнечных панелей привело к тому, что этот источник стал одной из самых дешевых форм производства электроэнергии по состоянию на 2020 год.В 2020 году 90% всех новых установок по производству электроэнергии во всем мире были возобновляемыми.

В гидроэнергетике механическая энергия воды, вытягиваемая вниз под действием силы тяжести, преобразуется в электрическую энергию. В частности, гидроэлектрический генератор направляет поток воды через турбину, которая извлекает кинетическую энергию из движения воды и превращает ее в электричество посредством вращения электрических генераторов. Гидроэнергетика — крупнейший на сегодняшний день возобновляемый источник электроэнергии, обеспечивающий 16% мировой электроэнергии по конкурентоспособным ценам.Он доминирует в структуре электроэнергетики нескольких стран, как развитых, так и развивающихся. Однако ветер и солнце быстро догоняют.

Buckeye Partners и Nala Renewables инвестируют в Swift Current Energy, чтобы ускорить планы роста в США

Опубликовано 21 апреля

Представлено Buckeye Partners

HOUSTON, BOSTON и GENEVA, 7 апреля 2021 г. / CSRwire / — Buckeye Partners, LP («Бакай») и Nala Renewables вместе приобретут контрольный пакет акций ведущей североамериканской платформы развития чистой энергии и инвестиционной платформы Swift Current Energy («Swift Current»).

Сделка позволит Swift Current ускорить свои планы роста и позволит Buckeye и Nala Renewables инвестировать в платформу возобновляемых источников энергии, которая согласуется с их бизнес-приоритетами, одновременно участвуя в переходе на энергоносители. Команда опытных менеджеров Swift Current сохранит миноритарную долю в компании через свою холдинговую компанию Lookout Ridge Energy Partners и останется в качестве руководства компании.

«Это стратегическое партнерство предлагает захватывающую возможность для дальнейшего продвижения критически важных проектов развития производства и хранения возобновляемой энергии в Соединенных Штатах при одновременном развитии этой платформы», — сказал Кларк К.Смит, президент и главный исполнительный директор Buckeye’s . «Благодаря этим инвестициям и другим разработкам в области возобновляемых источников энергии, которые увязывают наш бизнес с продолжающимся переходом на энергоносители, мы позиционируем Buckeye так, чтобы лучше удовлетворять потребности наших клиентов, одновременно повышая устойчивость бизнеса в долгосрочной перспективе. Мы с нетерпением ждем возможности использовать ресурсы Buckeye для дальнейшего укрепления и построения масштабируемой платформы Swift Current ».

«Эти инвестиции отражают амбициозные перспективы Nala Renewables в области энергетики и являются захватывающим первым приобретением для компании», — сказала новый генеральный директор Nala Renewables Джасандра Найкер .«Мы рассматриваем Северную Америку как динамичный и растущий сегмент глобального ландшафта возобновляемых источников энергии, и мы рады использовать коллективную мощь Nala Renewables, Buckeye и Swift Current, чтобы извлечь выгоду из возможностей и помочь продвинуть вперед глобальный энергетический переход».

Бостонская компания Swift Current реализовала более 1,1 гигаватт (ГВт) возобновляемых источников энергии с момента своего основания в 2016 году. Swift Current имеет более 6 ГВт проектов в области солнечной, ветровой и накопительной энергии, расположенных недалеко от U.S. центры спроса на ликвидных рынках электроэнергии; Портфель проектов предлагает значительные возможности, обусловленные высоким спросом со стороны коммунальных предприятий, коммерческих и промышленных пользователей и розничных клиентов. Более 2 ГВт этой мощности приходится на восемь солнечных проектов, находящихся на поздней стадии разработки. Ожидается, что новые акционеры будут стремиться внести в платформу дополнительные собственные возможности производства и хранения возобновляемой энергии через свои существующие зоны обслуживания и разветвленные сети.

«Мы очень рады следующей главе Swift Current, поскольку мы продолжаем ускорять разработку проектов в области возобновляемых источников энергии, которые помогают сократить выбросы в нашем секторе производства электроэнергии», — сказал Эрик Ламмерс, соучредитель и генеральный директор Swift Current . «Мы с нетерпением ждем возможности использовать ресурсы Buckeye и Nala Renewables для поддержки нашего стратегического роста».

О компании Buckeye Partners
Buckeye Partners, L.P., стопроцентная инвестиция IFM Global Infrastructure Fund, владеет и управляет диверсифицированной глобальной сетью интегрированных активов, предоставляющих логистические решения для жидких нефтепродуктов.Во всех сферах деятельности — включая почти 6000 миль внутренних трубопроводов, более 115 терминалов для жидких нефтепродуктов и 127 миллионов баррелей резервуаров — Buckeye уделяет особое внимание ответственному предоставлению услуг мирового класса для удовлетворения меняющихся потребностей своих клиентов в энергии. В рамках этого бизнес-приоритета и приверженности своим клиентам Buckeye все активнее диверсифицирует свою платформу, чтобы продвигать инициативы по переходу на энергоносители и усилия по декарбонизации. Для получения дополнительной информации о Buckeye и его усилиях в области ESG посетите веб-сайт buckeye.com.

О Nala Renewables
Nala Renewables — это компания по возобновляемым источникам энергии, созданная в 2020 году Trafigura, одной из ведущих мировых независимых компаний по торговле сырьевыми товарами и международной компанией по управлению инвестициями IFM Investors, с целью инвестировать в серию солнечных батарей на суше. проекты по хранению энергии ветра и энергии по всему миру. В краткосрочной перспективе Nala Renewables нацелена на создание портфеля с общей генерирующей мощностью в два гигаватта из возобновляемых источников. Это позволит избежать выбросов парниковых газов до двух миллионов тCO2-экв. По сравнению с источниками энергии на основе ископаемого топлива для производства электроэнергии.Для получения дополнительной информации посетите nalarenewables.com.

О компании Swift Current Energy
Штаб-квартира Swift Current Energy находится в Бостоне, Массачусетс, и имеет офисы в Иллинойсе, Мэне, Монтане и Техасе. Компания Swift Current Energy, основанная в 2016 году, приобретает и развивает высококонкурентные проекты в области ветровой и солнечной энергетики в Северной Америке. Команда менеджеров Swift Current Energy реализовала на коммерческой основе около 10 гигаватт проектов чистой энергии и обладает более чем 150-летним коллективным опытом инвестирования, разработки, строительства и эксплуатации проектов чистой энергии по всей стране.Для получения дополнительной информации посетите swiftcurrentenergy.com.

Контакты для СМИ:

Buckeye Partners
[email protected]

Nala Renewables
Пресс-служба: +41 (0) 22 592 4528 или [email protected]

Energy Swift
Сара Брей
832.226.2116 или [email protected]

###

Buckeye Partners

Buckeye Partners

Buckeye Partners, L.P., стопроцентная инвестиция IFM Global Infrastructure Fund, владеет и управляет диверсифицированной глобальной сетью интегрированных активов, предоставляющих логистические решения, в основном состоящие из транспортировки, хранения, переработки и сбыта жидких нефтепродуктов. Buckeye — один из крупнейших операторов трубопроводов для жидких нефтепродуктов в Соединенных Штатах по объемам поставок, протяженность которых составляет около 6000 миль. Глобальная сеть терминалов Buckeye включает более 115 терминалов для жидких нефтепродуктов с совокупной емкостью резервуаров приблизительно 127 миллионов баррелей в портфеле трубопроводов, внутренних терминалов и морских терминалов, расположенных в основном на Восточном побережье, Среднем Западе и побережье Мексиканского залива в США. как на Карибах.Глобальная сеть морских терминалов Buckeye позволяет ей облегчить глобальные потоки сырой нефти и нефтепродуктов, предлагая своим клиентам возможность соединения между районами поставок и рыночными центрами через одни из самых важных в мире узлов для хранения и смешивания сыпучих материалов. Buckeye также владеет долей участия во второй линии сжижения природного газа Freeport LNG — предприятии на побережье Мексиканского залива, экспортирующем природный газ на конечные рынки по всему миру. Более подробную информацию о Buckeye можно найти на сайте www.buckeye.com.

Другие материалы от Buckeye Partners

Атомная энергетика сегодня | Ядерная энергия

(Обновлено сентябрь 2021 г.)

  • Первые коммерческие атомные электростанции начали работать в 1950-х годах.
  • Ядерная энергия в настоящее время обеспечивает около 10% мировой электроэнергии примерно за счет 445 энергетических реакторов.
  • Атомная энергия — второй по величине источник низкоуглеродной энергии в мире (29% от общего количества в 2018 году).
  • Более 50 стран используют ядерную энергию примерно в 220 исследовательских реакторах. Помимо исследовательских, эти реакторы используются для производства медицинских и промышленных изотопов, а также для обучения.

Ядерная технология использует энергию, выделяемую при расщеплении атомов определенных элементов. Впервые он был разработан в 1940-х годах, а во время Второй мировой войны исследования первоначально были сосредоточены на производстве бомб. В 1950-х годах внимание обратилось на мирное использование ядерного деления, контролируя его для производства электроэнергии.Для получения дополнительной информации см. Страницу «История атомной энергии».

Гражданская атомная энергетика теперь может похвастаться более чем 18 000 реакторно-летним опытом, а атомные электростанции работают в 32 странах мира. Фактически, благодаря региональным сетям электропередач, многие другие страны частично зависят от ядерной энергии; Например, Италия и Дания получают почти 10% электроэнергии за счет импорта ядерной энергии.

Когда в 1960-х годах зародилась коммерческая ядерная промышленность, между отраслями Востока и Запада существовали четкие границы.Сегодня разделенных американской и советской сфер больше не существует, и ядерная промышленность характеризуется международной торговлей. Компоненты строящегося сегодня в Азии реактора могут поставляться из Южной Кореи, Канады, Японии, Франции, Германии, России и других стран. Точно так же уран из Австралии или Намибии может попасть в реактор в ОАЭ, после конверсии во Франции, обогащения в Нидерландах, деконверсии в Великобритании и производства в Южной Корее.

Использование ядерных технологий выходит далеко за рамки производства низкоуглеродной энергии.Он помогает контролировать распространение болезней, помогает врачам в диагностике и лечении пациентов и обеспечивает выполнение наших самых амбициозных миссий по исследованию космоса. Такое разнообразное использование ставит ядерные технологии в центр мировых усилий по достижению устойчивого развития. Для получения дополнительной информации см. Страницу «Ядерная энергия и устойчивое развитие».

Рисунок 1: Количество действующих реакторов в мире (источник: Всемирная ядерная ассоциация, МАГАТЭ PRIS)

Около 10% мировой электроэнергии вырабатывается примерно 445 ядерными энергетическими реакторами.Еще около 50 реакторов находятся в стадии строительства, что эквивалентно примерно 15% существующей мощности.

В 2020 году атомные станции поставили 2553 ТВтч электроэнергии по сравнению с 2657 ТВтч в 2019 году. До 2020 года производство электроэнергии с помощью ядерной энергии увеличивалось в течение семи лет подряд.

Рисунок 2: Производство электроэнергии на АЭС (источник: Всемирная ядерная ассоциация, МАГАТЭ PRIS)

Рисунок 3: Мировое производство электроэнергии по источникам, 2018 г. (источник: Международное энергетическое агентство)

В 2020 году тринадцать стран произвели не менее четверти своей электроэнергии на атомных станциях.Франция получает около трех четвертей своей электроэнергии от ядерной энергетики, Словакия и Украина получают более половины от атомной энергии, в то время как Венгрия, Бельгия, Словения, Болгария, Финляндия и Чехия получают одну треть или более. Южная Корея обычно получает более 30% электроэнергии от ядерной энергетики, в то время как в США, Великобритании, Испании, Румынии и России около одной пятой электроэнергии приходится на атомную электростанцию. Япония привыкла полагаться на ядерную энергию в производстве более четверти своей электроэнергии, и ожидается, что она вернется примерно к этому уровню.

Рисунок 4: Производство ядерной энергии по странам, 2020 г. (источник: PRIS МАГАТЭ)

Ядерная энергия и Covid-19

Коронавирусная болезнь 2019 (Covid-19) — это инфекционное заболевание, вызываемое тяжелым острым респираторным синдромом, вызванным коронавирусом 2 (SARS-CoV-2). Распространение нового коронавируса потребовало решительных действий во всех сферах жизни во всем мире.

Обеспечение надежного электроснабжения жизненно важно. Ядерная энергия обеспечивает около 10% мировой электроэнергии, поэтому ядерные реакторы должны играть ключевую роль.Операторы реакторов предприняли шаги для защиты своих сотрудников и внедрили планы обеспечения непрерывности бизнеса, чтобы обеспечить непрерывное функционирование ключевых аспектов своей деятельности. Эти действия более подробно описаны на нашей специальной информационной странице о коронавирусе COVID-19 и ядерной энергии.

Помимо выработки электроэнергии, ядерные технологии имеют медицинское применение, которое поможет в борьбе с Covid-19. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) предоставляет диагностические наборы, оборудование и обучение методам обнаружения ядерного происхождения странам, обращающимся за помощью в борьбе с глобальным распространением нового коронавируса, вызывающего Covid-19.

Потребность в новых генерирующих мощностях

Существует очевидная потребность в новых генерирующих мощностях по всему миру, как для замены старых установок, работающих на ископаемом топливе, особенно угольных, которые выделяют много углекислого газа, так и для удовлетворения возросшего спроса на электроэнергию во многих странах. В 2018 году 64% электроэнергии было произведено за счет сжигания ископаемого топлива. Несмотря на активную поддержку и рост возобновляемых источников электроэнергии в последние годы, вклад ископаемого топлива в производство электроэнергии практически не изменился за последние 10 лет или около того (66.5% в 2005 г.).

Международное энергетическое агентство ОЭСР ежегодно публикует сценарии, связанные с энергетикой. В его World Energy Outlook 2020 1 содержится амбициозный «Сценарий устойчивого развития», который, среди прочего, соответствует обеспечению чистой и надежной энергии и сокращению загрязнения воздуха. В этом сценарии декарбонизации производство электроэнергии на атомных станциях увеличится почти на 55% к 2040 году до 4320 ТВтч, а мощность вырастет до 599 ГВт. Всемирная ядерная ассоциация выдвинула более амбициозный сценарий, чем этот — программа Harmony предлагает добавить к 2050 году новые ядерные мощности на 1000 ГВт, чтобы обеспечить 25% электроэнергии (около 10 000 ТВт-ч) из 1250 ГВт-ч мощности (после разрешения на пенсию).Это потребует добавления 25 ГВт в год с 2021 года с увеличением до 33 ГВт в год, что мало чем отличается от 31 ГВт, добавленного в 1984 году, или общего рекорда в 201 ГВт в 1980-х годах. Обеспечение четверти мировой электроэнергии за счет ядерной энергетики существенно снизит выбросы углекислого газа и улучшит качество воздуха.

Обзор мира

Все части мира участвуют в развитии ядерной энергетики, и некоторые примеры приведены ниже.

Актуальные данные о действующих, строящихся и планируемых реакторах по всему миру см. В таблице «Мировые ядерные энергетические реакторы и потребности в уране».

Подробную информацию на уровне страны см. В разделе «Профили стран» Информационной библиотеки Всемирной ядерной ассоциации.

Северная Америка

В Канаде имеется 19 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 13,6 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 14,6% электроэнергии страны.

Все, кроме одного, из 19 ядерных реакторов страны расположены в Онтарио. Десять из этих единиц — шесть в Брюсе и четыре в Дарлингтоне — подлежат ремонту.Программа продлит срок эксплуатации на 30-35 лет. Подобные ремонтные работы позволили Онтарио отказаться от угля в 2014 году, достигнув одного из самых чистых видов электроэнергии в мире.

В Мексике есть два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,6 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 4,9% электроэнергии страны.

В США имеется 93 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 95,5 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 19,7% электроэнергии страны.

Четыре реактора AP1000 строились, но два из них были списаны. Одной из причин перерыва в строительстве новых зданий в США на сегодняшний день является чрезвычайно успешная эволюция стратегий технического обслуживания. За последние 15 лет улучшение эксплуатационных характеристик привело к увеличению использования атомных электростанций в США, при этом увеличившаяся мощность эквивалентна строительству 19 новых станций мощностью 1000 МВт.

В 2016 году в стране был введен в эксплуатацию первый новый ядерный реактор за 20 лет.Несмотря на это, количество действующих реакторов в последние годы сократилось с пикового значения в 104 в 2012 году. Досрочное закрытие было вызвано сочетанием факторов, включая дешевый природный газ, либерализацию рынка, чрезмерное субсидирование возобновляемых источников и политические агитация.

Южная Америка

Аргентина имеет три реактора общей полезной мощностью 1,6 ГВт. В 2020 году страна вырабатывала 7,5% электроэнергии на атомной электростанции.

Бразилия имеет два реактора общей полезной мощностью 1.9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 2,1% электроэнергии страны.

Западная и Центральная Европа

В Бельгии семь действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 5,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 39,1% электроэнергии страны.

Финляндия имеет четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 2,8 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 33,9% электроэнергии страны. Пятый реактор — EPR мощностью 1720 МВт (эл.) — находится в стадии строительства, и есть планы построить российский блок ВВЭР-1200 на новой площадке (Ханхикиви).

Франция имеет 56 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 61,4 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 70,6% электроэнергии страны.

Энергетическая политика 2015 года была направлена ​​на сокращение доли страны в ядерной генерации до 50% к 2025 году. Эта цель теперь перенесена на 2035 год. Министр энергетики страны заявил, что цель нереальна и что она приведет к увеличению выбросов углерода в стране. выбросы диоксида, ставят под угрозу надежность поставок и создают опасность для рабочих мест.

Один реактор в настоящее время строится во Франции — EPR мощностью 1750 МВт во Фламанвилле.

В Германии продолжают работать шесть ядерных энергетических реакторов общей полезной мощностью 8,1 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 11,3% электроэнергии страны.

Германия прекращает производство ядерной энергии примерно к 2022 году в рамках своей политики Energiewende . Energiewende , широко известный как наиболее амбициозная национальная политика по смягчению последствий изменения климата, еще не обеспечила значительного сокращения выбросов углекислого газа (CO 2 ).В 2011 году, через год после введения этой политики, в результате сжигания топлива в Германии было выброшено 731 млн тонн CO 2 ; в 2018 году страна выбросила 677 млн ​​т CO 2 и была седьмым по величине источником выбросов CO 2 в мире. 2 Правительство Германии рассчитывает не достичь своей цели по сокращению выбросов на 40% по сравнению с уровнями 1990 года с большим отрывом.

В Нидерландах имеется один действующий ядерный реактор полезной мощностью 0,5 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 3.9% электроэнергии страны.

Испания имеет семь действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 7,1 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 22,2% электроэнергии страны.

В Швеции имеется шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 6,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 29,8% электроэнергии страны.

Страна закрывает несколько старых реакторов, но вложила значительные средства в продление срока эксплуатации и повышение номинальной мощности.

В Швейцарии четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 3.0 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 32,9% электроэнергии страны.

В Соединенном Королевстве имеется 15 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 8,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 14,5% электроэнергии страны.

В середине 2006 г. в правительственном документе Великобритании по вопросам энергетики была одобрена замена стареющего парка ядерных реакторов в стране новыми ядерными реакторами. Начато строительство первого завода нового поколения.

Центральная и Восточная Европа, Россия

В Армении есть один ядерный энергетический реактор полезной мощностью 0.4 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 34,5% электроэнергии страны.

Беларусь имеет один действующий ядерный энергетический реактор, подключенный к сети в ноябре 2020 года, и второй реактор в стадии строительства. Почти вся остальная электроэнергия в стране производится из природного газа.

В Болгарии есть два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 2,0 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 40,8% электроэнергии страны.

Чешская Республика имеет шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 3.9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 37,3% электроэнергии страны.

Венгрия имеет четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 48,0% электроэнергии страны.

В Румынии есть два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,3 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 19,9% электроэнергии страны.

В России действует 38 ядерных реакторов общей полезной мощностью 28,6 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 20.6% электроэнергии страны.

Постановлением правительства от 2016 года было предусмотрено строительство к 2030 году 11 атомных энергетических реакторов в дополнение к уже строящимся. В начале 2020 года в России строились четыре реактора общей мощностью 4,8 ГВт.

Сила российской атомной отрасли отражается в ее доминировании на экспортных рынках новых реакторов. Национальная ядерная промышленность страны в настоящее время участвует в проектах новых реакторов в Беларуси, Китае, Венгрии, Индии, Иране и Турции, а также в различной степени в качестве инвестора в Алжире, Бангладеш, Боливии, Индонезии, Иордании, Казахстане, Нигерии, Южной Африке, Таджикистан и Узбекистан среди других.

В Словакии четыре действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,8 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 53,1% электроэнергии страны. Еще два блока находятся в стадии строительства.

В Словении имеется один действующий ядерный реактор полезной мощностью 0,7 ГВт. В 2020 году Словения вырабатывала 37,8% электроэнергии на атомных станциях.

Украина имеет 15 действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 13,1 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 51,2% электроэнергии страны.

Турция начала строительство своей первой атомной электростанции в апреле 2018 года, начало эксплуатации ожидается в 2023 году.

Азия

Бангладеш начала строительство первого из двух запланированных российских реакторов ВВЭР-1200 в 2017 году. Строительство второго началось в 2018 году. Он планирует ввести в эксплуатацию первый блок к 2023 году. В настоящее время страна вырабатывает практически всю электроэнергию из ископаемого топлива. .

Китай имеет 51 действующий ядерный реактор общей полезной мощностью 49.6 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 4,9% электроэнергии страны.

Страна продолжает доминировать на рынке строительства новых ядерных объектов. В начале 2021 года 16 из 54 строящихся в мире реакторов находились в Китае. В 2018 году Китай стал первой страной, которая ввела в эксплуатацию два новых образца — AP1000 и EPR. Китай начинает экспортный маркетинг реактора Hualong One, в основном собственной конструкции.

Сильный импульс для развития новой ядерной энергетики в Китае исходит из необходимости улучшить качество городского воздуха и сократить выбросы парниковых газов.Заявленная правительством долгосрочная цель, изложенная в Плане действий Стратегии развития энергетики на 2014-2020 гг.

Индия имеет 23 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 6,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 3,3% электроэнергии страны.

Правительство Индии намерено наращивать свои ядерные мощности в рамках своей масштабной программы развития инфраструктуры.В 2010 году правительство поставило амбициозную цель — к 2024 году вывести в эксплуатацию ядерную мощность 14,6 ГВт (эл.). В начале 2020 года в Индии строились семь реакторов общей мощностью 5,3 ГВт.

Япония имеет 33 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 31,7 ГВт. По состоянию на июнь 2021 года после аварии на Фукусиме в 2011 году 10 реакторов были снова введены в эксплуатацию, а еще 15 находятся в процессе утверждения перезапуска. В прошлом 30% электроэнергии в стране производилось на атомных станциях; в 2020 году их было всего 5.1%.

Южная Корея имеет 24 действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 23,2 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 29,6% электроэнергии страны.

В Южной Корее четыре новых реактора строятся внутри страны, а также четыре в Объединенных Арабских Эмиратах. Он планирует еще два, после чего энергетическая политика остается неопределенной. Он также участвует в интенсивных исследованиях будущих конструкций реакторов.

Пакистан имеет шесть действующих ядерных реакторов общей полезной мощностью 2.3 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 7,1% электроэнергии страны. В Пакистане строится один китайский блок Hualong One.

Африка

Южная Африка имеет два действующих ядерных реактора общей полезной мощностью 1,9 ГВт (эл.) И является единственной африканской страной, которая в настоящее время производит электроэнергию на атомных станциях. В 2020 году атомная энергия произвела 5,9% электроэнергии страны. Южная Африка по-прежнему привержена планам по наращиванию мощностей, но финансовые ограничения значительны.

Ближний Восток

Иран имеет один действующий ядерный реактор полезной мощностью 0,9 ГВт. В 2020 году атомная энергия произвела 1,7% электроэнергии страны. Строится второй энергоблок ВВЭР-1000 российской разработки.

В Объединенных Арабских Эмиратах есть два действующих ядерных реактора мощностью 2,7 ГВт. Еще два блока находятся в стадии строительства на том же заводе (Бараках).

Страны с развивающейся ядерной энергетикой

Как указано выше, Бангладеш, Беларусь, Турция и Объединенные Арабские Эмираты строят свои первые атомные электростанции.Ряд других стран переходят к использованию ядерной энергии для производства электроэнергии. Для получения дополнительной информации см. Страницу о странах с развивающейся ядерной энергетикой.

Повышение производительности существующих реакторов

Характеристики ядерных реакторов со временем значительно улучшились. За последние 40 лет доля реакторов с высокими коэффициентами мощности значительно увеличилась. Например, 62% реакторов достигли коэффициента мощности выше 80% в 2018 году по сравнению с 28% в 1978 году, тогда как только 7% реакторов имели коэффициент мощности ниже 50% в 2018 году по сравнению с 20% в 1978 году.

Рисунок 5: Долгосрочные тенденции коэффициентов мощности (источник: Всемирная ядерная ассоциация, МАГАТЭ PRIS)

Следует также отметить отсутствие значимой возрастной тенденции в среднем коэффициенте мощности реакторов за последние пять лет.

Рисунок 6: Средний коэффициент мощности в 2016-2020 гг. По возрасту реакторов (источник: Всемирная ядерная ассоциация, МАГАТЭ PRIS)

Реакторы ядерные прочие

Помимо коммерческих атомных электростанций, в более чем 50 странах работают около 220 исследовательских реакторов, и еще больше находится в стадии строительства.Многие из этих реакторов используются не только для исследований и обучения, но и для производства медицинских и промышленных изотопов.

Использование реакторов для морских силовых установок в основном ограничивается основными военно-морскими силами, где они играли важную роль в течение пяти десятилетий, обеспечивая энергией подводные лодки и большие надводные корабли. Свыше 160 кораблей, в основном подводных лодок, приводятся в движение примерно 200 ядерными реакторами, и накоплен более чем 13 000 реакторно-летний опыт работы с морскими реакторами. Россия и США сняли с вооружения многие из своих атомных подводных лодок со времен холодной войны.

Россия также управляет флотом крупных атомных ледоколов, и еще несколько строятся. Он также подключил плавучую атомную электростанцию ​​с двумя реакторами мощностью 32 МВт к сети в отдаленном арктическом районе Певек. Реакторы адаптированы от ледоколов.

Для получения дополнительной информации см. Страницу «Многообразие использования ядерных технологий».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *