Энергия көзі және оның болашағы

УДК:53;537;537.1;537.3;537.31

Қызметова Аяжан Байызаққызы,Нұрланова Ақерке жанатқызы

6B05301 -ғылыми физика мамандығы

Ғылыми жетекші:Шуюшбаева Нургуль Найзабековна

Ш. Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті, Көкшетау қ.

Энергия көзі және оның болашағы

Аңдатпа:Бұл тақырыптың өзектілігі болашақта экологиялық таза энергияны ұтымды өндіруге байланысты екенідігі қарастырылады . Болашақта электр энергиясын өндірудің басты міндеттерін қарастырамыз. Бұл энергия көздері жоғары тиімділікке ие емес және қоршаған ортаның флора, фауна және климатына елеулі әсер ететіндегі қозғалады. Сонымен қатар, табиғи энергияны электр энергиясына айналдырудың бұл әдістері планетамыздың ресурстарын айтарлықтай азайтатындығын қарастырамыз. Ағын суды электр энергиясын өндіру үшін пайдаланудың бірнеше әдістерін қарастырамыз.Гидроэнергетиканың артықшылықтары мен кемшіліктері талқыланады. «Болашақ энергия» жобасы туралы, Гидроэлектрстацияларының негізгі схемалары қарастырылады.Гидроэлектрстанциясынан энергияны қалай алуға болатынын қарастырамыз.

Кілт сөздер: болашақ, энергия, заряд, станция, су, гидроэнергетика

Электр энергиясының пайда болуымен адамзат табиғи энергияны максималды тиімділікпен электр энергиясына айналдыру жолдарын іздеді. Содан бері жылу және су электр станциялары пайда болды. Атом электр станцияларынан кейін. Қазіргі уақытта адамдар ядролық синтез арқылы энергия алудың жолдарын іздеуде.

Осы бүкіл саяхат барысында адамдар жел ағындарынан энергия алуды, батареяларды зарядтау үшін күн сәулесін пайдалануды және судың қозғалысын электр тогына айналдыруды үйренді. Дегенмен, біз әлі де болса көмір мен мұнайды жаһандық деңгейде жағуды жалғастырып, сол арқылы қоршаған ортаны ластаудамыз. Сондықтан дәстүрлі электр станцияларын баламалы қуат көздеріне ауыстыру қажет.

Болашақта электр энергиясын өндірудің басты міндеттері ғаламдық энергия сұранысын қанағаттандырумен қатар, экологиялық және экономикалық тұрақтылықты қамтамасыз етуге бағытталады. Бұл міндеттер келесі аспектілерді қамтиды:

1. Жаңғыртылатын энергия көздерін дамыту: Күн, жел, гидро және биомасса энергиясы сияқты жаңғыртылатын энергия көздері экологиялық таза әрі сарқылмайтын ресурстар. Болашақта жаңғыртылатын энергияны қолдануды кеңейту арқылы көміртегі шығарындыларын азайту негізгі міндеттердің бірі.

2. Энергияны сақтау технологияларын жетілдіру: Жаңғыртылатын энергия көздері тұрақсыз болуы мүмкін (мысалы, жел болмауы немесе күннің болмауы), сондықтан энергияны сақтау шешімдерін, соның ішінде батареяларды, сутегі сақтауды және басқа да технологияларды жетілдіру қажет.

3. Энергия тиімділігін арттыру: Электр энергиясын өндіру мен тұтыну жүйелерінде тиімділікті арттыру қажет. Бұл энергия шығынын азайту, жүйелерді оңтайландыру және жаңа технологияларды енгізу арқылы жүзеге асады.

4. Көміртегіден бейтарап технологияларға көшу: Электр энергиясын өндірудің дәстүрлі әдістері (көмір, мұнай және табиғи газды пайдалану) қоршаған ортаны ластайды. Болашақта көміртегіден бейтарап немесе көміртегіні азайту технологиялары маңызды рөл атқарады, соның ішінде көміртекті ұстап қалу және сақтау (CCS) технологиялары.

5. Смарт-жүйелерді енгізу: "Ақылды" энергия жүйелері энергия өндірісі мен тұтынуын тиімдірек басқарып, электр желілерін оңтайландырады. Смарт-гридтер тұтынушыларға энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді.

6. Экономикалық қолжетімділік: Энергия өндірісін арттырумен қатар, оны экономикалық қолжетімді ету маңызды. Әсіресе, дамушы елдерде электр энергиясына қолжетімділікті арттыру міндеті басты назарда болмақ.

Энергияның тұрақты, экологиялық таза және қолжетімді көздерін дамыту – болашақта электр энергиясын өндірудің негізгі міндеті болмақ.

Энергияны тек көмірден, мұнайдан, атом электр станцияларынан, күннен, желден ғана емес, жаяу жүргіншілердің көмегімен де алуға болады. Тротуармен жүрген әрбір адам оның бетінде кинетикалық энергия жасайды. Осы механикалық энергияны электр энергиясына айналдырсақ, шағын электр станциясын аламыз. Тротуардың бос емес бөлігінде орнатылған жүздеген осы пьезогенераторлар инъекциялық құйылған аккумуляторлардың дестесін зарядтау үшін жеткілікті тұрақты ток шығара алады. Бұл энергияны көшелерді, аялдамаларды және маңдайшаларды жарықтандыруға пайдалануға болады. Бұл жобаны британдық «Pevegen systems LTD» компаниясы жүзеге асырды1.

Заманауи әлемде ірі қалаларда біріктірілген фотоэлектрлік элементтер кешенін жүзеге асыруға өте ыңғайлы үлкен, шыны кеңсе ғимараттарының көптігі бар. Негізінде, бұл екі көзілдіріктің арасында орналасқан тонировка түріндегі ең жұқа күн панелі. Органикалық фотоэлектрлік жасуша технологиясына негізделген мөлдір материалдың тиімділігі төмен, шамамен 8% құрайды. Бірақ әр қалада 10 миллионға жуық терезе бар екенін ескерсек, бұл кешен ғимараттағы күн жылуының түсуін азайта отырып, ғимараттың энергия тұтынуының 10% дейін қамтамасыз ете алады.

Ядролық синтездің энергиясы электр энергиясының сарқылмайтын көздерінің бірі болып табылады, бірақ әлі күнге дейін ғалымдар тұрақты басқарылатын ядролық реакцияны іске қосу үшін жағдай жасай алмады. Бұл толығымен басқарылатын сипаттамалары бар электромагниттік өріс пайда болған жағдайда ғана жасалуы мүмкін. Осы уақытқа дейін ғалымдар бар болғаны 100 микросекунд ішінде 1200 Tesla ең күшті магнит өрісін жасай алды. Басқа мәселелерде бұл үлкен жеңіс, өйткені эксперимент кезінде қондырғы өзін тұрақты ұстады және термоядролық синтез реакциясын бақылауға алу үшін қажетті сипаттамаларды көрсетті.

Ядролық қалдықтар әлем үшін үлкен қауіп қана емес, сонымен бірге энергетикалық әлеуеті де зор. Қалдықтардан радиоактивті газды жасанды алмазға айналдыруға болады, бұл өз кезегінде тұрақты ток батареясының элементтері ретінде пайдаланылуы мүмкін. Радиоактивті алмаздар заттардың жартылай ыдырау периоды болғанша электр тогын шығарады, бұл ғасырлар бойы белгілі. Бұл жағдайда адамзат техникалық қызмет көрсетусіз, экологиялық таза, ұзақ мерзімді энергия көзін алады. Бұл оның ішіндегі радиоактивті заттардың инкапсуляциясына байланысты болуы мүмкін. Мұндай аккумулятордың прототипі қазірдің өзінде жасалған және ол жартылай ыдырау мерзімі 100 жыл болатын никель 53 изотоптарында жұмыс істейді, яғни. 100 жылдан кейін батарея зарядының жартысын ғана жоғалтады. Ядролық қалдықтарды пайдаланудың тағы бір артықшылығы – пайдаланудан кейін радиоактивті болып, көмуді қажет ететін графит блоктарын, мысалы, сақтау мәселесі болмайды. Бір ғана ядролық реактор жұмыс істеген кезде 90 000 тоннаға жуық осындай блоктарды шығарады2.

Гидроэнергетика - бұл арналы су ағындары мен толқындардағы су массаларының ағындарында шоғырланған энергия. Көбінесе құлаған судың энергиясы қолданылады. Су деңгейінің айырмашылығын арттыру үшін, әсіресе өзендердің төменгі ағысында бөгеттер салынады. Технологиялық мақсатта кеңінен қолданылатын энергияның бірінші түрі.

Потенциалды су энергиясын электр энергиясына айналдыру су электр станциясында жүреді. Сонымен бірге су электр станциялары өндіретін электр энергиясының өзіндік құны басқа көздермен өндірілген энергияның өзіндік құнымен салыстырғанда ең төмен болып табылады. Әдетте, шағын су электр станцияларының өзін-өзі ақтау мерзімі 10 жылдан аспайды.

Су электр станциясын пайдалану кезінде су электр станциялары қоршаған ортаға әр түрлі әсер етеді:

1. Су қоймаларын құру аумақты су басуға әкеледі;

2. Ағыс жылдамдығының төмендеуіне және судың тереңдікте қозғалысының төмендеуіне байланысты су қоймасын құруға дейінгі өзеннің тіршілік жағдайына қатысты судың физика-химиялық сипаттамалары айтарлықтай өзгереді.

Геотермалдық энергия. Геотермалдық энергия – бұл геотермалдық станцияларда жер қойнауындағы энергиядан электр энергиясын өндіруге негізделген энергия саласы.

Жер асты жылы суларына қол жеткізу ұңғымаларды терең бұрғылау арқылы мүмкін болады. Планетаның көптеген жанартаулық аймақтары, соның ішінде Камчатка, Курил, Жапон және Филиппин аралдары, Кордильера мен Анд тауларының кең аумақтары өте қызған судың перспективалық көздеріне ие.

Геотермальды энергияның басты артықшылығы оның іс жүзінде сарқылмайтындығы және қоршаған орта жағдайларынан, тәулік және жыл уақытынан толық тәуелсіздігі болып табылады. Су немесе су мен будың қоспасы олардың температурасына байланысты ыстық сумен жабдықтау және жылыту үшін, электр энергиясын өндіру үшін немесе барлық осы мақсаттар үшін бір мезгілде қолданылуы мүмкін.

Жер асты термиялық суларын пайдалану кезінде туындайтын негізгі мәселе жер асты сулы горизонтқа суды (әдетте қалдықтарды) жеткізудің ( айдаудың) жаңартылатын циклінің қажеттілігі болып табылады. Термалды сулардың құрамында әртүрлі улы металдардың (мысалы, бор, қорғасын, мырыш, кадмий, мышьяк) және химиялық қосылыстардың (аммиак, фенолдар) тұздары көп мөлшерде болады, бұл осы сулардың жер бетінде орналасқан табиғи су жүйелеріне ағуын болдырмайды.

Ағын суды электр энергиясын өндіру үшін пайдаланудың үш әдісі бар.

Өзен бойымен жүгіру (Тікелей өзен бойында):

Бұл өзен суынан электр қуатын алудың ең оңай жолы. Бұл әдісте өзеннің табиғи ағыны турбина қалақтарын айналдыру үшін тікелей пайдаланылады. Бұл әдіс басқа екі әдіске қарағанда көптеген артықшылықтарды ұсынады. Негізгі артықшылығы - оның қарапайымдылығы, бұл бүкіл жүйенің құнын төмендетеді. Ол жерде бөгет жасаудың қажеті жоқ, айналадағы аймақтарға әсерді азайтады. Бірақ бұл әдіс тек үздіксіз және жыл бойы ағып тұратын өзендерге ғана пайдалы.

Суды сақтау әдісі:

Бұл әдісте өзеннен келетін су бөгетте сақталады. Содан кейін бұл жинақталған су биіктікте бөгеттен босатылады, ол турбина қалақтарына түсіп, генераторларды басқару үшін олардың айналуына әкеледі. Бұл әдісті пайдалану сонымен қатар су ағынын бақылауды қамтамасыз етеді және үздіксіз электр энергиясын өндіруге болады. Дүние жүзіндегі ең үлкен бөгет Үш шатқал бөгеті Қытайда орналасқан. Оның электр қуатын өндіру қуаты 22 500 МВт құрайды.

Бұл әдістің кемшілігі бөгеттің құны өте жоғары. Бұл әдіс су ағынын да, электр қуатын өндіруді де бақылау қажет болған жағдайда пайдалы.

Су айдау әдісі:

Бұл жоғарыда сипатталған әдіспен бірдей, бірақ сорғы жүйесін қосу арқылы. Сорғы жүйесі суды бөгетке немесе кез келген басқа су қоймасына қайтарады. Тұтынушының электр энергиясын тұтынуы аз болған кезде сорғы пайда болады. Сорғы жүйесі энергияны басқа жаңартылатын энергия көздерінен (мысалы, күн немесе жел) немесе электр энергиясы артық болған кезде желіден ала алады. Мұның артықшылығы - электр энергиясына сұраныс жоғары болған кезде бұл қосымша суды көбірек электр энергиясын өндіру үшін босатуға болады3.

Гидроэлектрстанциялардың негізгі схемалары:

1. Арналық схема:Өзеннің табиғи ағысын қолданады, су қоймасы жоқ. Бұл ГЭС-тер жыл бойы электр энергиясын өндіруге мүмкіндік беретін тұрақты су ағыны бар өзендерде жұмыс істейді.

2. Су қоймалы схема:Су қоймасы арқылы жұмыс істейді, мұнда тасқын су артық мөлшерде жиналып, біртіндеп босатылады, бұл электр энергиясын тұрақты өндіруге мүмкіндік береді.

3. Су жинақтаушы схема:Су жоғарғы және төменгі су қоймалары арасында айдалады. Сұраныс көп кезде су турбиналарға түседі, ал сұраныс аз уақытта артық энергияны пайдаланып, су қайтадан жоғарғы қоймаға айдалады.

4. Деривациялық схема:Су жасанды арна немесе құбыр арқылы бұрылып, үлкен құламалы биіктікті қамтамасыз етеді. Бұл схема көбіне таулы аймақтарда, судың аз ағысы мен үлкен еңістік кезінде қолданылады. «Болашақ энергиясы» жобасының атауында оның идеясында секілді энергияны жақын болашақта пайдалану кезіндегі ең озық тәсілдерді қабылдау, енгізу және қолдануды білдіретін абстрактілі ұғым қалыптасқан, бұл тұрақты дамудың айнымас шарты болып табылады4.

«Болашақ энергиясы» сондай-ақ өзінің алдына жұртшылық назарын адамзаттың ажырамас мұрасы болып табылатын қуат қорларын жауапты және тиімді пайдалану қажеттілігіне қарату мақсатын қояды 5.

Адамзат энергия өндірудің баламалы әдісіне қарай даму векторын нақты белгіледі. Бірақ даму уақыт пен үлкен инвестицияларды қажет етеді.

Гидроэлектроэнергия қозғалыстағы судың арқасында өндірілетін энергия түрі. Гидроэлектростанциялар әдетте өзендер немесе су қоймаларының жанында орналасады. Судағы энергияның мөлшері ағын көлеміне және биіктікке (напор) байланысты: ағын көлемі мен биіктігі неғұрлым көп болса, гидроэлектростанциядан алынатын электроэнергия да соғұрлым көп болады. Су құбырлар немесе шлюздер арқылы ағып, турбинаның лопастарын айналдырады, бұл генераторды іске қосып, электроэнергия өндіріп шығарады.Гидроэлектроэнергия қозғалыстағы судан өндіріледі. Гидроэлектростанциялар әдетте өзендер немесе су қоймаларының жанында орналасады. 6.

Судың ағын көлемі мен биіктігі (напор) неғұрлым көп болса, соғұрлым көп электроэнергия алуға болады. Су құбырлар арқылы ағып, турбинаны айналдырып, генераторды іске қосады.

Су ресурстары — қоғам тіршілігін қамтамасыз ету үшін қолданылатын жер үсті және жер асты сулары. Олар табиғаттағы судың айналымына байланысты қайта жаңғыртылатын ресурс болып табылады. Гидроэнергетикалық ресурстар электр энергиясын өндіруге арналған, мұнда мұхит пен теңіз деңгейінің өзгерісі, теңіз толқындары, өзен сулары және мұхиттың жылуы пайдаланылады. Су ресурстары экологиялық таза энергия көздерін дамытуға ықпал етеді.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

1. Аль-Бермани, Али Гашним. Гидроэлектроэнергия / Али Гашним Аль-Бермани. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 5 (85). — С. 115-118. — URL: https://moluch.ru/archive/85/16006/ (дата обращения: 23.09.2024).

2. Стаггинс, Г., Шарабарофф, A., и Семиколенова, Я. (2012). «Обобщение опыта успешной реализации программ по энергоэффективности», Всемирный банк, 2012 год

3. Воронков О.К. Основание Саяно-Шушенской ГЭС: строение, свойства, состояние // Гидротехническое строительство. – 2010. – №10. – С. 8–13.

4. «Гидроэлектроэнергетика» всех форм обучения / КГТУ им. И. Раззакова, Бишкек, 2021 – 64 стр.Табл. 5. Ил. 24. Библиогр.: 7 назв.

5. https://balkhashlib.kz/kk/expo_2017_3

6. https://www.eia.gov/energyexplained/hydropower/

7. Қайта жаңартылатын энергия көздері және энергияны үнемдеу: Оқу

құралы (жоғары оқу орындарының «Электр энергетикасы» мамандығыстуденттеріне арналған)/И.Т. Алдибеков. – Алматы: АЭжБУ, 2017. – 99 б.:ил. – 56, әдеб. көрсеткіші – 17 атау.