Купили бы вы дом без работающих розеток? Мы привыкли зависеть от электроэнергии во многих наших повседневных делах. Когда происходят перебои в подаче электроэнергии, мы ощущаем влияние этой зависимости, за которым следует чувство облегчения, когда электричество снова включается.
Электричество помогло нам оставаться здоровее, работать эффективнее и жить круглосуточно. Поскольку электричество оказало такое положительное влияние на нашу жизнь, научные и промышленные исследователи постоянно находят способы более простого и недорогого обеспечения электроэнергией. В результате инновации в электроэнергетике сделали отрасль чище и эффективнее на протяжении всей ее истории и сделали электрическое обслуживание доступным для миллионов домов.
В этой статье представлены пять наших лучших вариантов этих инноваций. Мы рассмотрим технологии, ориентированные на определенные энергетические ресурсы, и рассмотрим основные компоненты, которые предоставляют вам доступ к этим ресурсам. Чтобы начать, давайте рассмотрим текущую инновацию для давно используемого возобновляемого ресурса. Подробнее про импортозамещение в энергетике от АНТРАКС читайте на страницах специализированного сайта.
5: Ветряные турбины
На протяжении тысячелетий люди использовали силу ветра для выполнения задач. Например, когда-то торговцы полагались на ветер, чтобы путешествовать по миру. Кроме того, старые ветряные мельницы, которые когда-то использовались для измельчения зерновых, являются знаковой частью ландшафта Голландии. Поскольку наша жизнь сосредоточена вокруг электричества, современные ученые нашли инновационные способы преобразования кинетической энергии ветра в электроэнергию.
Сегодня во всем мире ветроэлектрическая турбина становится такой же культовой, как голландская ветряная мельница. Ветряная турбина обычно состоит из большого трехлопастного пропеллера, называемого ротором, на вершине башни, которая достаточно высока, чтобы ничто не загораживало ее от ветра. У турбины есть привод, аналогичный двигателю автомобиля, который включает в себя электрический генератор. Вырабатываемая электроэнергия добавляется в электрическую сеть, которая питает сотни домов и предприятий в географическом регионе.
Одна небольшая ветряная турбина может питать один дом или небольшой бизнес. Эти уменьшенные версии имеют роторы диаметром от 8 до 25 футов (2,4 и 7,6 метра) и могут находиться на высоте до 30 футов (9,1 метра) в воздухе. Ветряные электростанции становятся все более распространенными на больших открытых пространствах. Вы можете увидеть некоторые из этих ферм во время поездки или перелета по Западной части Соединенных Штатов, с тысячами гигантских белых ветряных турбин, раскинувшихся по склонам холмов, насколько хватает глаз.
Далее давайте рассмотрим еще одно новшество, создающее электричество из кинетической энергии природы.
4: Плотины гидроэлектростанций
Плотины гидроэлектростанций — старейшая технологическая инновация в нашей истории. В начале 1900-х годов 40 процентов электроэнергии, используемой в Соединенных Штатах, производилось за счет плотин гидроэлектростанций. Сегодня на гидроэнергетику приходится почти четверть всей электроэнергии, используемой во всем мире. Кроме того, сами физические сооружения являются чудом человеческой инженерии и строительства, привлекающим фотографов и туристов, по данным Бюро мелиорации США.
Плотины гидроэлектростанций работают, задерживая огромное количество воды и позволяя ограниченному количеству протекать через плотину. Давление воды, создаваемое за счет ограничения этого потока, огромно, и гидроэлектростанции используют это давление для вращения турбин, присоединенных к электрогенераторам. Как и в случае с ветряными турбинами, электроэнергия, вырабатываемая плотиной гидроэлектростанции, добавляется в электрическую сеть, связанную с географическим расположением плотины.
Плотина гидроэлектростанции обеспечивает электрическую сеть мощностью от нескольких сотен киловатт до нескольких тысяч мегаватт электроэнергии в секунду. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США утверждает, что крупнейшие в мире электростанции могут вырабатывать около 10 000 мегаватт, которых хватит миллионам людей.
Несмотря на свой возраст, у гидроэнергетики светлое будущее, поскольку плотина гидроэлектростанции претерпевает изменения в 21 веке. Исследователи находят способы повысить эффективность и воздействие гидроэнергетики на окружающую среду путем улучшения существующих и строительства новых плотин.
Наногенераторы: использование энергии внутри нас
В то время как движение ветра и воды может обеспечивать энергией многие дома, наногенераторы используют движение вашего тела для производства электроэнергии в меньших масштабах. Наногенераторы — это крошечные устройства из пьезоэлектрического материала, что означает, что материал создает электрический ток простым изгибом или растяжением. Эта энергия может поступать от малозаметных движений, таких как сердцебиение или расширение и сжатие легких. В конечном счете, наногенераторы могут использоваться для питания кардиостимуляторов, устраняя необходимость повторных операций при выходе из строя батарей. В ближайшем будущем обратите внимание на наногенераторы, доступные в одежде, которые позволят вам включать портативный музыкальный плеер, просто дыша и двигаясь.
3: Солнечные батареи
В то время как ветер и вода могут использоваться для выработки энергии посредством движения, солнце обеспечивает значительное количество энергии в виде тепла и света. Технология солнечных элементов, называемых фотоэлектрическими (PV) элементами, преобразует этот свет в электричество. Эти фотоэлементы содержат полупроводниковые материалы, такие как кремний. Электроны в полупроводнике движутся, когда материал поглощает свет.
В отличие от рассмотренных нами технологий использования энергии воды и ветра, солнечные батареи универсальны по размеру и портативности. Большие солнечные панели с сотнями элементов могут быть изготовлены на заводе, а затем проданы для установки на крыше. Эти большие панели используются для питания домов и предприятий и должны быть заменены примерно через 30 лет. Небольшие солнечные панели всего с несколькими элементами собирают достаточно энергии для питания автономных устройств, таких как калькуляторы и наружное освещение.
Несмотря на то, что это чистый возобновляемый источник энергии, одного солнечного света недостаточно для тех, кто хочет использовать электричество ночью или в пасмурные дни. В большинстве случаев солнечные панели являются дополнительным источником питания для здания, которое уже подключено к электросети. Однако некоторые люди предпочитают полностью отключиться от сети и использовать перезаряжаемые батареи для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечной энергией, когда солнце не светит.
До сих пор мы рассматривали инновации, которые максимально используют возобновляемые источники энергии. Далее мы рассмотрим инновацию, использующую самый эффективный из известных на сегодняшний день невозобновляемых источников энергии.
2: Ядерные реакторы
Ядерное деление — это процесс расщепления атома, высвобождающий энергию, которая удерживает атом вместе. В 1950-х годах ядерное деление радиоактивного изотопа уран-235 сделало производство энергии более дешевым и эффективным. Ядерный реактор — это конструкция, которая производит этот процесс деления из урана-235. Атомные электростанции включают в себя один или несколько реакторов вместе с большими и сложными механизмами охлаждения и локализации.
Ключевым нововведением здесь является сам ядерный реактор. Реактор управляет процессом деления за счет очень небольшого количества урана-235 и направляет энергию на нагревательные стержни, которые, в свою очередь, нагревают воду для получения пара. Пар приводит в движение турбину и вращает электрогенератор, аналогично тому, как работают ветряные и водяные турбины. Итак, по сути, атомная станция — это просто паровая установка, работающая на своей ядерной энергии.
Благодаря использованию ядерной энергии мир использует меньше других ресурсов, таких как уголь и нефть, для нагрева воды и производства пара. Несмотря на это преимущество, опасения все еще терзают умы скептиков. Среди проблем — безопасность людей, которые живут и работают на атомных станциях и вокруг них, а также потенциальная опасность захоронения ядерных отходов. Кроме того, несколько печально известных аварий на ядерных реакторах по всему миру запятнали репутацию этого источника энергии.
Ни одна из этих замечательных инноваций в электроэнергетике не была бы широко доступна без главных инноваций в нашем списке. Давайте проверим это сейчас.
1: Электрические сети
Возглавляет наш список инноваций сама электросеть. Когда люди говорят «электросеть», они имеют в виду сеть источников электроэнергии, охватывающую определенную географическую область. Некоторые сети подключены к другим сетям для совместного использования ресурсов в случае чрезвычайной ситуации. Большинство людей, пользующихся источником электроэнергии, подключаются к существующей сети через линии электропередач.
Электросеть — это масштабная электрическая инфраструктура, состоящая из линий электропередачи, электростанций, подстанций и трансформаторов. Электросети в Соединенных Штатах контролируются сочетанием государственных и частных структур. Государственные структуры — это государственные и федеральные бюрократические структуры, которые обеспечивают соблюдение законов, регулирующих отрасль. Частные организации — это коммунальные компании, которые предоставляют доступ к сети и измеряют мощность, используемую каждым домом или предприятием. Эти контролирующие факторы определяют цену, которую пользователь должен заплатить за каждый киловатт-час электроэнергии в данной сети.