Вы бы купили дом без работающих розеток? Мы стали зависеть от электроэнергии во многих наших повседневных делах. Когда происходят перебои, мы чувствуем влияние этой зависимости, а затем чувствуем облегчение, 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 отраслевые исследователи постоянно находят способы более легкого и недорогого обеспечения электроэнергией. В результате инновации в электроэнергетике сделали отрасль более чистой и эффективной на протяжении всей ее истории и сделали электричество доступным для миллионов домов.
В этой статье мы собрали пять лучших из этих нововведений. Мы рассмотрим технологии, ориентированные на определенные энергетические ресурсы, и проверим основные компоненты, дающие вам доступ к этим ресурсам. Для начала давайте посмотрим на текущую инновацию давно используемого возобновляемого ресурса.
5: Ветряные турбины
На протяжении тысячелетий люди использовали силу ветра для выполнения задач. Например, торговцы когда-то полагались на ветер, чтобы плыть по миру. Кроме того, старые ветряные мельницы, которые когда-то использовались для помола злаков, являются культовой частью ландшафта Голландии. Поскольку наша жизнь сосредоточена вокруг электричества, современные ученые нашли инновационные способы преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.
Сегодня во всем мире ветряная турбина становится такой же знаковой, как голландская ветряная мельница. Ветряная турбина обычно состоит из большого трехлопастного пропеллера, называемого ротором, на вершине башни, достаточно высокой, чтобы ничто не блокировало ее от ветра. Турбина имееттрансмиссию, похожую на автомобильный двигатель, который включает в себя электрический генератор. Вырабатываемая электроэнергия добавляется в электрическую сеть, которая питает сотни домов и предприятий в географическом месте.
Одна небольшая ветряная турбина может обеспечить энергией один дом или малый бизнес. Эти меньшие версии имеют роторы диаметром от 8 до 25 футов (от 2,4 до 7,6 метра) и могут стоять 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 полета через западную часть Соединенных Штатов, где тысячи гигантских белых ветряных турбин простираются по склонам холмов, насколько хватает глаз.
Далее давайте рассмотрим еще одну инновацию, создающую электричество из кинетической энергии природы.
4: ГЭС
Плотины гидроэлектростанций - старейшее технологическое новшество в нашем обратном отсчете. В начале 1900-х годов 40 процентов электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, приходилось на плотины гидроэлектростанций. Сегодня на гидроэнергетику приходится почти четверть всей электроэнергии, потребляемой в мире. Кроме того, по данным Бюро мелиорации США, сами физические сооружения представляют собой чудеса человеческой инженерии и строительства, привлекающие фотографов и туристов.
Плотины гидроэлектростанций работают, удерживая огромное количество воды и пропуская ограниченное количество воды через плотину. Давление воды, создаваемое за счет ограничения этого потока, огромно, и гидроэлектростанции используют это давление для вращения турбин, прикрепленных к электрическим генераторам. Как и в случае с ветряными турбинами, электроэнергия, вырабатываемая плотиной гидроэлектростанции, добавляется в электрическую сеть, связанную с географическим положением плотины.
Плотина гидроэлектростанции поставляет в электрическую сеть от нескольких сотен киловатт до нескольких тысяч мегаватт электроэнергии в секунду. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США утверждает, что самые большие плотины в мире могут генерировать около 10 000 мегаватт, что достаточно для использования миллионами людей.
Несмотря на свой возраст, у гидроэнергетики светлое будущее, поскольку плотина гидроэлектростанции преображается в 21 веке. Исследователи находят способы повысить эффективность и воздействие гидроэнергетики на окружающую среду за счет улучшения существующих плотин и строительства новых плотин.
Наногенераторы: использование внутренней силы
В то время как движение ветра и воды может питать многие дома, наногенераторы используют движение вашего тела для производства электроэнергии в меньших масштабах. Наногенераторы - это крошечные устройства с пьезоэлектрическим материалом, то есть материал создает электрический ток, просто сгибая или растягивая его. Эта сила может исходить от тонких движений, таких как сердцебиение или расширение и сжатие легких. В конце концов, наногенераторы можно будет использовать для питания кардиостимуляторов, что избавит от необходимости повторных операций при выходе из строя батарей. В ближайшем будущем поищите наногенераторы, доступные в одежде, которые позволят вам питать 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, называемая фотогальваническими (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 технологий гидроэнергетики и ветра, которые мы рассмотрели, солнечные элементы универсальны по размеру и портативности. Большие солнечные панели с сотнями ячеек могут быть построены на заводе, а затем проданы, чтобы растянуться на земле или установить на крыше. Эти большие панели используются для питания домов и предприятий и должны заменяться примерно через 30 лет. Небольшие солнечные панели с несколькими ячейками 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 пользоваться электричеством ночью или в пасмурные дни. В большинстве случаев солнечные панели являются дополнительным источником энергии для здания, которое уже подключено к электрической сети. Некоторые люди, тем не менее, предпочитают полностью отключаться от сети и использовать перезаряжаемые батареи для хранения электричества, вырабатываемого солнечными батареями, когда солнце не светит..
До сих пор мы рассматривали инновации, максимально использующие 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 распада атома на части с высвобождением энергии, удерживающей атом вместе. В 1950-х годах ядерное деление радиоактивного изотопа урана-235 сделало энергию более дешевой и более эффективной в производстве. Ядерный реактор - это конструкция, которая производит этот процесс деления из урана-235. Атомные электростанции включают в себя один или несколько реакторов, а также большие и сложные механизмы охлаждения и локализации.
Ядерный реактор сам по себе является ключевой инновацией здесь. Реактор управляет процессом деления из очень небольшого количества урана-235 и направляет энергию на нагревательные стержни, которые, в свою очередь, нагревают воду для производства пара. Пар приводит в движение турбину и вращает электрический генератор, подобно тому, как работают ветряные и водяные турбины. Так что, по сути, атомная станция - это просто паровая установка, работающая от своего атома.
Используя ядерную энергию, мир использует меньше других ресурсов, таких как уголь и нефть, для нагрева воды и производства пара. Несмотря на это преимущество, скептиков все еще беспокоят опасения. Опасения включают безопасность людей, которые живут и работают на атомных станциях и вокруг них, а также потенциальные опасности захоронения ядерных отходов. Кроме того, несколько печально известных аварий на ядерных реакторах по всему миру подпортили репутацию этого источника энергии.
Ни одно из этих великих новшеств в области электроэнергетики не было бы широко доступно без главного нововведения в нашем списке. Давайте проверим это сейчас.
1: Электрические сети
Возглавляет наш список нововведений сама сетка. Когда люди говорят «сеть», они имеют в виду сеть источников электроэнергии, охватывающую определенную географическую область. Некоторые сети присоединены к другим сетям для совместного использования ресурсов в случае чрезвычайной ситуации. Большинство людей, которые используют источник электроэнергии, подключаются к существующей сети через линии электропередач.
Сеть представляет собой массивную электрическую инфраструктуру, состоящую из линий электропередач, электростанций, подстанций и трансформаторов. Сети в Соединенных Штатах контролируются как государственными, так и частными организациями. Государственные органы - это государственные и федеральные бюрократии, которые обеспечивают соблюдение законов, регулирующих отрасль. Частные лица - это коммунальные предприятия, которые предоставляют доступ к сети и измеряют мощность, потребляемую каждым домом или предприятием. Эти контролирующие силы определяют цену, которую пользователь должен платить за каждый киловатт-час электроэнергии в этой сети.
Сетевые технологии продолжают развиваться, даже когда люди ищут другие источники энергии для их заполнения. Например, технология интеллектуальных сетей находится в стадии разработки для повышения эффективности контроля и учета электроэнергии для каждого потребителя. Кроме того, сетевое хранилище на станциях и трансформаторах также может сохранять энергию в резерве, чтобы помочь предотвратить отключения электроэнергии во время некоторых обычных сбоев в работе сети.