¿Quién puede darme un artículo introductorio a la ciencia de la energía?

Ciencia de la energía y desarrollo futuro

Resumen: Al comprender la estructura energética pasada y presente y la tecnología de utilización de la energía, se propone que la ciencia de la energía requiere una intersección e integración multidisciplinaria para hacer contribuciones. Además, el desarrollo de la ciencia energética es la fuente y precursor de la innovación energética de alta tecnología. Por lo tanto, el desarrollo de la ciencia energética y la tecnología de utilización de la energía no sólo ayuda al desarrollo científico futuro del país, sino que también apoya la solución del país a la crisis energética actual.

Palabras clave: estructura energética, tecnología de utilización de energía, nueva energía,

La energía es un cuerpo o proceso energético que contiene energía relativamente concentrada, que puede obtener cierta energía de forma indirecta o mediante conversión natural. recursos, denominados colectivamente energía. En la naturaleza, hay algunos recursos naturales que poseen alguna forma de energía. Pueden convertirse en la forma de energía que las personas necesitan bajo ciertas condiciones. Este recurso natural es obviamente energía.

La energía es la fuerza impulsora detrás de la producción humana de materiales materiales. Desde la aparición de los seres humanos en la Tierra en la antigüedad, con el continuo desarrollo de la vida social y económica, la situación de aplicación y la escala de la energía han seguido cambiando y creciendo. En la antigüedad, las principales fuentes de energía del ser humano procedían de la fuerza humana y animal, complementada con la leña. Desde el comienzo de la Revolución Industrial Occidental, los países capitalistas occidentales han satisfecho las necesidades de la industrialización. A finales del siglo XVIII, Watt inventó la máquina de vapor y un gran número de máquinas eléctricas a base de carbón sustituyeron gradualmente a los pequeños talleres de artesanía. El carbón se integró a la producción capitalista a gran escala, lo que ha provocado importantes cambios en la estructura energética mundial.

En 1895, Estados Unidos inició trabajos de extracción y desarrollo de petróleo. Este combustible líquido mostró mayor atractivo que el carbón. En 1876, el alemán Otto creó el motor de combustión interna, que luego formó una industria basada en la combustión interna. La tecnología de motores. La industria automotriz central ha impulsado el desarrollo de la industria de fabricación de maquinaria y ha creado una civilización material sin precedentes en la historia de la humanidad.

A partir de finales del siglo XIX se inició un cambio importante en la estructura energética liderado por la electricidad. A partir del descubrimiento de la inducción electromagnética por parte de Faraday, la gente se dio cuenta de que la electricidad y el magnetismo eran fenómenos electromagnéticos unificados. Se inventaron motores y generadores y diversos aparatos eléctricos, haciendo que la electricidad se utilizara ampliamente como fuente de energía secundaria. Según las estadísticas, alrededor de tres cuartas partes de la energía mundial se convierten actualmente en electricidad en centrales eléctricas para uso humano. Sin embargo, el uso de fuentes de energía convencionales (como el carbón, el petróleo y el gas natural) para generar electricidad tiene reservas limitadas y puede agotarse en un futuro previsible o no poder utilizarse debido a los altos costos de utilización. Ante la creciente demanda de energía para el desarrollo social y el desarrollo sostenible, debemos buscar nuevas fuentes de energía distintas a los combustibles fósiles para resolver los problemas energéticos que enfrenta la humanidad.

Varias clasificaciones de la energía

1. Clasificación según la fuente de energía:

a) Energía procedente de cuerpos celestes distintos de la Tierra, principalmente radiación solar.

Incluye: energía solar solidificada, como los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquisto bituminoso, etc., formados a partir de materia orgánica acumulada hace 100 millones de años), combustibles vegetales, etc.; convertida en energía, como energía eólica, energía hidráulica, energía de las olas, energía oceánica, radiación solar directa, como el uso de conversión fotoeléctrica, fotosíntesis, etc.

b) De la energía contenida en el interior de la tierra.

Incluyendo: energía geotérmica, como energía sísmica, energía térmica volcánica, agua caliente subterránea, vapor geotérmico, formaciones rocosas calientes, como elementos que contienen energía nuclear, uranio, torio, boro, deuterio; , etc.

c) Energía generada a partir de la interacción entre la Tierra y otros cuerpos celestes.

Incluyendo: energía de las mareas generada por la atracción mutua de la Tierra y la Luna. La energía de la Tierra proviene principalmente de la energía solar, la energía geotérmica, la energía nuclear atómica y la energía de las mareas, lo que representa el 99,9 del total de la energía terrestre.

2. Clasificación según la forma de existencia y generación de la energía.

a) Energía primaria: energía que existe en la naturaleza en su forma existente.

Energía renovable: energía que no disminuye a medida que se convierte o utiliza, incluida la energía eólica, la energía hidráulica, las corrientes oceánicas, la energía térmica oceánica, la energía de las mareas, los combustibles de pasto y la radiación solar directa, la energía sísmica, actividad volcánica, energía térmica subterránea, etc.

Energía no renovable: energía que está disminuyendo gradualmente con el uso humano, incluidos los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquisto bituminoso, etc.), combustibles nucleares (uranio, torio, boro, deuterio, etc.) ).

b) Energía secundaria: energía que debe ser producida o generada por otras fuentes de energía, incluida la energía eléctrica, la energía del hidrógeno, la gasolina, el queroseno, el diésel, la pólvora, el alcohol, el metanol, etc. Son cómodos de usar, fáciles de aprovechar y son fuentes de energía de alta calidad.

3. Clasificación según la naturaleza de la energía misma

a) Energía energética: la energía se almacena en algún tipo de soporte y es utilizada por las personas. Incluyendo diversos combustibles minerales, combustibles nucleares, energía térmica subterránea, reservorios de alto nivel, energía del hidrógeno, etc.

b) Energía de proceso: la energía existe en el proceso de movimiento material y no se puede almacenar directamente en grandes cantidades. Si es necesario almacenarla, se debe convertir en energía en energía del cuerpo energético. Incluyendo energía eólica, energía hidráulica, corrientes oceánicas, energía sísmica, energía mareomotriz y energía eléctrica, etc. Los métodos de conversión son tales como agua corriente → depósito de alto nivel, energía eléctrica → batería.

Energía convencional con gran potencial

La energía convencional más básica: el carbón

El carbón es una antigua planta enterrada bajo tierra que ha sido sometida a complejas bioquímicas y físicas. Minerales formados gradualmente por cambios químicos.

El carbón se utiliza como combustible ya hace 800 años. El carbón ha sido ampliamente utilizado como combustible para la producción industrial, a partir de la Revolución Industrial a finales del siglo XVIII. Con la invención y el uso de las máquinas de vapor, el carbón se utilizó ampliamente como combustible para la producción industrial, aportando una productividad sin precedentes a la sociedad y promoviendo el desarrollo de la industria. Con esto se desarrollaron las industrias del carbón, el acero, la química, la minería y la metalurgia, entre otras. Además, el carbón tiene abundantes reservas en la Tierra, está ampliamente distribuido y, en general, es relativamente fácil de extraer, por lo que se utiliza ampliamente como combustible en diversas producciones industriales.

El carbón desempeña un papel importante en la industria moderna, ya sea la industria pesada o la industria ligera, ya sea la industria energética, la industria metalúrgica, la industria química, la industria de maquinaria, la industria textil ligera, la industria alimentaria y la industria del transporte; Todo tipo de sectores industriales consumen una cierta cantidad de carbón en cierta medida, por lo que algunas personas llaman al carbón el "verdadero alimento" de la industria. Las reservas probadas de carbón de mi país ocupan ahora el primer lugar en el mundo. A pesar de esto, el suministro insuficiente de carbón aún restringe el desarrollo de la economía nacional de mi país. Por lo tanto, aplicar tecnologías avanzadas y nuevas para procesar y transformar el carbón, mejorar la eficiencia de su utilización y reducir la contaminación ambiental causada por la combustión del carbón es una de las formas importantes de resolverlo. la escasez de energía y acelerar el desarrollo de la economía nacional.

Procesamiento y transformación del carbón

(1) Tecnología de preparación del carbón: la preparación del carbón se refiere a la eliminación o reducción de impurezas (incluidas cenizas, ganga, azufre, etc.) contenidas en el carbón crudo. , y dividir el carbón procesado en varias variedades y grados para satisfacer las necesidades de los diferentes usuarios.

(2) Tecnología de carbón limpio: La tecnología de carbón limpio es un término general para una serie de tecnologías recientemente desarrolladas de procesamiento de carbón, conversión de combustión y purificación de gases de combustión en canales de hollín. El objetivo es reducir la contaminación ambiental causada por la quema de carbón, mejorar la eficiencia de la utilización del carbón y reducir los costos.

(3) Briquetas de carbón y utilización: los productos de carbón con una determinada forma elaborados a partir de carbón pulverizado o carbón de baja calidad se denominan briquetas. La quema de briquetas puede mejorar la eficiencia térmica, ahorrar carbón y reducir la contaminación. La tasa de ahorro de energía de las briquetas es la más alta entre todas las tecnologías de carbón limpio, y los beneficios ambientales relativos también son muy altos.

(4) Nueva tecnología de combustible mixto carbón-líquido: El nuevo combustible mixto carbón-líquido es una nueva tecnología. Estos combustibles mixtos son una suspensión de carbón pulverizado en líquido, es decir, una mezcla de carbón-líquido. En la actualidad, se han probado exhaustivamente una variedad de mezclas. La mezcla líquida de carbón con mayor valor de aplicación industrial es la lechada de carbón y agua, que es un combustible poco contaminante.

La sangre de la industria contemporánea: el petróleo y el gas natural

El petróleo, también conocido como petróleo crudo, es un líquido viscoso inflamable de color marrón oscuro que se extrae de las profundidades del subsuelo. Es una mezcla formada por organismos en océanos o lagos antiguos durante un largo período de evolución, y es un combustible fósil. El petróleo y sus productos se utilizan ampliamente en todos los aspectos de la producción y la vida y se les llama la sangre de la industria.

El petróleo es la principal fuente de energía en la composición del consumo de energía primaria en el mundo moderno. Según las estadísticas de 1990, en mi país ocupa el primer lugar en la composición del consumo de energía primaria, después del carbón; A finales de 1990, el gas natural ocupaba el tercer lugar, detrás del carbón y el petróleo, en la composición de energía primaria del mundo. Las reservas probadas de gas natural de mi país ocupan el noveno lugar en el mundo. En 1990, el gas natural ocupaba el cuarto lugar, detrás del carbón, el petróleo y la energía hidroeléctrica, en la composición del consumo de energía primaria en mi país.

El petróleo crudo se procesa en seis categorías de productos: gasolina, queroseno, diésel, aceite lubricante, aceite químico ligero y nafta. La gama de productos petrolíferos comienza con el gas licuado de petróleo, pasando por materias primas petroquímicas, combustibles y lubricantes, hasta llegar al betún. El petróleo crudo también libera grandes cantidades de gas de petróleo durante su procesamiento. Después del procesamiento del petróleo, se pueden obtener diversos combustibles líquidos con una alta tasa de utilización, económicos y razonables, incluidos principalmente combustible para motores de combustión interna, combustible para calderas y queroseno. Otros productos derivados del petróleo incluyen principalmente lubricantes, ceras, asfalto y productos petroquímicos como disolventes de petróleo, etileno, propileno y polietileno. El gas natural es un gas mixto cuyo componente principal es el metano. Como combustible, el gas natural es fácil de quemar, limpio y libre de cenizas, tiene un alto poder calorífico y no contamina el medio ambiente.

El gas natural, al igual que el petróleo, es una materia prima química orgánica básica muy importante. Muchas sustancias separadas del gas natural y recuperadas y separadas del vapor de las refinerías de petróleo son las materias primas químicas más básicas y pueden fabricarse y convertirse en una variedad de productos químicos, como fibras sintéticas, caucho sintético, plásticos sintéticos y fertilizantes.

El principal combustible para la generación de energía térmica es el carbón como comentábamos anteriormente, y en ocasiones también se utiliza petróleo como combustible. Además, la principal tarea de la construcción energética de mi país durante un largo período de tiempo seguirá siendo el desarrollo de la generación de energía térmica. Para mejorar la capacidad y los parámetros de los equipos de generación de energía térmica es necesario resolver una serie de problemas. Especialmente a medida que el entorno ecológico en el que vivimos se está deteriorando, cómo reducir o incluso eliminar la contaminación ambiental causada por la generación de energía térmica es un problema urgente que debe resolverse, por lo que la adopción de métodos de combustión poco contaminantes es una tendencia de desarrollo inevitable.

La fuente de energía convencional más limpia: la energía hídrica

La principal forma de utilizar la energía hídrica es generar electricidad. La energía hidroeléctrica es el uso de la energía del agua contenida en los ríos para generar electricidad. El método más común es construir presas en los ríos para concentrar los recursos de energía del agua esparcidos en las secciones del río y luego usar tuberías de desvío de agua para desviar la energía del agua concentrada. para hacer girar el grupo electrógeno hidroeléctrico ubicado en el edificio de la fábrica. Durante el funcionamiento de la unidad, la energía del agua se convierte en energía eléctrica. Debido a que se utiliza energía hidráulica, no hay pérdida en el flujo de agua en sí y aún puede ser utilizada por los departamentos de uso del agua aguas abajo. Las características de los recursos hídricos de mi país son que la cantidad total de recursos hídricos es grande, pero la tasa de desarrollo y utilización es baja y la distribución de los recursos hídricos es desigual. Hay más recursos hídricos en el oeste y menos en el este. Están relativamente concentrados en la región suroeste, mientras que los recursos hídricos en la región este están económicamente desarrollados y tienen muy poca demanda de energía y no se corresponden con el desarrollo económico.

La energía hidroeléctrica tiene las siguientes características:

(1) Como recurso, el agua puede reponerse mediante precipitación en el ciclo natural del agua, lo que convierte a los recursos energéticos del agua en una fuente de energía renovable que no estar agotado, por lo que El costo de generar electricidad es muy bajo.

(2) La generación de energía hidroeléctrica y otros proyectos de conservación de agua se pueden combinar entre sí. Para utilizar el agua para generar electricidad, a menudo se construyen embalses, que pueden utilizarse para diversas tareas, como control de inundaciones, suministro de agua y desarrollo del transporte marítimo.

(3) La turbina hidráulica instalada en la central hidroeléctrica es fácil y flexible de abrir, y es adecuada como aparato eléctrico variable en el sistema de energía, lo que favorece la calidad del suministro de energía.

(4) Una vez terminada la central hidroeléctrica, podrá proporcionar continuamente electricidad barata.

(5) La energía hidroeléctrica no contamina el medio ambiente y es una fuente de energía limpia reconocida.

Nueva energía prometedora

La principal fuente de energía en el siglo XXI: la energía solar

El sol es una bola de gas caliente que contiene una energía extremadamente enorme. A excepción de la energía geotérmica y la energía nuclear, toda la energía de la tierra proviene de la energía solar. Por tanto, se puede decir que la energía solar es la "madre de la energía" para la humanidad. Sin energía solar no habría nada humano. En 1945, los laboratorios Bell Telephone de Estados Unidos produjeron la primera célula solar de silicio práctica del mundo, lo que marcó el comienzo de una nueva era en la utilización de la energía solar para los humanos modernos.

Hay tres formas principales en que las personas utilizan la energía solar. Una es convertir directamente la energía solar en energía eléctrica, es decir, la conversión fotoeléctrica. Las células solares pertenecen a este método de conversión; el segundo es convertir la energía solar directamente en energía térmica, es decir, conversión fototérmica, como los calentadores de agua solares; el tercero es convertir la energía solar directamente en energía química, es decir, conversión fotoquímica; como motores solares, etc.

De hecho, los seres humanos han utilizado conscientemente la energía solar desde hace mucho tiempo. Desde la aparición de las células solares, se ha abierto un amplio camino para la utilización de la energía solar. Los satélites artificiales y las naves espaciales utilizan energía solar ligera. Células con larga vida útil y resistencia a golpes y vibraciones. En la actualidad, países de todo el mundo están investigando vigorosamente nuevas células solares para mejorar la tasa de conversión fotoeléctrica y profundizar aún más el desarrollo y la utilización de la energía solar.

Central solar Lo que la gente suele llamar central solar se refiere a central solar térmica. Esta central eléctrica primero convierte la luz solar en energía térmica y luego convierte la energía térmica en energía eléctrica mediante dispositivos mecánicos.

El proceso de conversión de energía de una central solar consiste en utilizar un colector (concentrador) y un absorbente de calor (caldera) para reunir la energía de la radiación solar dispersa en energía térmica concentrada, que luego pasa a través de un intercambiador de calor. y un generador de turbina convierte la energía térmica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.

Las centrales solares dependen de tubos de calor solares para recolectar energía térmica. Los tubos de calor solares también se llaman tubos colectores de vacío. Son similares en estructura a las bolsas de agua caliente que usamos habitualmente, pero las bolsas de agua caliente solo pueden hacerlo. Se puede utilizar para preservar el calor, mientras que los tubos de calor solares pueden absorber ingeniosamente la energía térmica del sol. Incluso si la luz del sol es muy débil, puede alcanzar una temperatura más alta, que es más fuerte que los colectores solares comunes. El tubo de calor puede proporcionar una gran cantidad de agua caliente industrial en un día y puede suministrar continuamente la energía térmica necesaria a su propietario durante todo el año.

Demonios y ángeles - Energía nuclear

Desde que la Unión Soviética construyó la primera central nuclear del mundo en 1954, la humanidad sólo ha utilizado la energía nuclear con fines pacíficos durante menos de medio siglo; sin embargo, la energía nuclear El desarrollo es extremadamente rápido.

La razón por la que la energía nuclear se está desarrollando tan rápidamente es principalmente porque tiene ventajas obvias: en primer lugar, su energía es muy enorme y está muy concentrada. En segundo lugar, tiene transporte conveniente y una fuerte adaptabilidad regional. En tercer lugar, las reservas son abundantes e inagotables.

A juzgar por la situación actual, la tecnología de generación de energía nuclear en varios países del mundo está bastante madura y se han puesto en uso una gran cantidad de unidades generadoras con una capacidad unitaria única de un millón de kilovatios. lo que ha llevado al rápido desarrollo de las centrales nucleares.

En la última década, se ha desarrollado con éxito un reactor nuclear que puede utilizar completamente el combustible de uranio. Se trata del reactor nuclear de reproducción rápida conocido como "la caldera de la central nuclear del mañana". Este tipo de reactor nuclear puede generar combustible nuclear, es decir, cada vez se quema más combustible nuclear en esta "caldera". Si los reactores nucleares reproductores de neutrones rápidos se pueden utilizar en grandes cantidades, no sólo la tasa de utilización efectiva de los recursos de uranio aumentará docenas de veces, sino que los propios recursos de uranio también se ampliarán cientos de veces.

Además, en los últimos años se han logrado ciertos resultados en investigaciones y experimentos sobre fusión láser, baterías nucleares, centrales nucleares espaciales y centrales nucleares submarinas, que han impulsado una mayor mejora de la energía nuclear. tecnología de generación.

La energía oceánica con perspectivas atractivas

La energía oceánica es energía renovable generada durante el movimiento del agua del mar, que incluye principalmente energía de diferencia de temperatura, energía de las mareas, energía de las olas, energía de las mareas y energía de las corrientes oceánicas. , La diferencia de sal puede esperar. La energía de las mareas y la energía de las corrientes provienen de la gravedad de la luna, el sol y otros planetas, y otra energía oceánica proviene de la radiación solar. Las reservas totales de energía oceánica en el mundo son aproximadamente cientos o incluso miles de veces el consumo anual global de energía. Este tipo de energía oceánica es una nueva fuente de energía inagotable. En un futuro próximo, la energía oceánica desempeñará un papel enorme e importante en beneficio de la humanidad.

¿Has oído hablar de la generación de energía maremotriz? El mar también respira. Las mareas oceánicas son el ascenso y descenso vertical periódico y rítmico del agua del mar causado por la atracción de la luna y el sol hacia el agua del mar en la Tierra y la rotación de la Tierra.

Las mareas del océano contienen enormes cantidades de energía. Durante la marea creciente, el agua de mar que sube tiene una gran energía cinética. A medida que aumenta el nivel del agua de mar, una gran cantidad de la energía cinética del agua de mar se convierte en energía potencial, el agua de mar se precipita nuevamente y el nivel del agua. disminuye gradualmente. Una gran cantidad de energía potencial se convierte en energía cinética.

La gran cantidad de energía cinética y energía potencial contenida en la subida y bajada del agua del mar se llama energía de las mareas.

La generación de energía mareomotriz tiene las siguientes ventajas:

(1) Los embalses para la generación de energía mareomotriz se construyen utilizando estuarios o bahías, no ocupan terreno cultivado y no requieren tanta energía. como centrales hidroeléctricas fluviales o centrales térmicas. Sumergir u ocupar grandes extensiones de terreno.

(2) Las centrales mareomotrices no se ven afectadas por inundaciones y estiaje como las centrales hidroeléctricas fluviales, ni contaminan el medio ambiente como las centrales térmicas. Son centrales eléctricas limpias que no se ven afectadas por las condiciones climáticas.

(3) Los diques de las centrales mareomotrices son bajos, fáciles de construir y requieren menos inversión.

Diferencia de salinidad del agua de mar Generación de energía El agua de mar tiene un sabor amargo y salado debido a la gran cantidad de sales minerales disueltas. Sin embargo, esta agua salobre es muy útil y puede utilizarse para generar electricidad, lo que la convierte en un poderoso recurso marino.

En la intersección de agua dulce y agua salada en la desembocadura de un gran río, el agua dulce y el agua salada se esparcirán y mezclarán espontáneamente hasta que sus concentraciones de sal sean iguales. También se liberará una cantidad considerable de energía durante el proceso de mezcla. Es decir, cuando se mezclan agua de mar y agua dulce, el agua de mar con una alta concentración de sal se difunde hacia agua dulce con mayor presión osmótica, y el agua dulce también se difunde hacia agua de mar, pero con una presión osmótica pequeña. La energía generada por esta diferencia de presión osmótica se llama energía diferencial de concentración de sal en el agua de mar o energía diferencial de sal en el agua de mar.

Como su nombre indica, las corrientes oceánicas son ríos que se encuentran en el océano. Una parte del agua de mar en el vasto océano a menudo fluye en una dirección determinada, corriendo silenciosamente en el océano durante todo el año. Las corrientes oceánicas, al igual que los ríos terrestres, también tienen una determinada longitud, anchura, profundidad y caudal. La diferencia en la fuerza del viento y la densidad del agua de mar es la principal razón para la generación de corrientes oceánicas. Las corrientes causadas por vientos direccionales que soplan continuamente sobre la superficie del mar se llaman corrientes de viento y las corrientes causadas por diferencias en la densidad del agua de mar se llaman corrientes de densidad. En definitiva, la energía de ambas corrientes oceánicas proviene de la energía radiante del sol. El uso de las corrientes oceánicas para generar electricidad es muy superior al de los ríos terrestres. No está amenazado por inundaciones ni afectado por estaciones secas. Fluye con un volumen de agua casi constante y un caudal determinado durante todo el año, y puede convertirse en una energía confiable. fuente para la humanidad. La generación de energía con corrientes oceánicas se basa en el impacto de las corrientes oceánicas para hacer girar la turbina y luego la convierte a alta velocidad para impulsar el generador y generar electricidad.

La energía de la diferencia de temperatura del agua de mar, el vasto océano, es un enorme "banco de almacenamiento térmico", que puede absorber una gran cantidad de energía solar radiada y también es un enorme "regulador de temperatura" que regula la superficie del océano; y la temperatura del agua profunda. La temperatura del agua de mar disminuye al aumentar la profundidad del océano. Esto se debe a que la radiación solar no puede penetrar el agua de mar por debajo de los 400 metros y la diferencia de temperatura entre el agua de mar en la superficie del océano y el agua de mar a una profundidad de 500 metros puede alcanzar más de 20°C. La diferencia de temperatura entre las capas superior e inferior de agua del océano contiene una cierta cantidad de energía, que se llama energía de diferencia de temperatura del agua de mar. La utilización de la energía de la diferencia de temperatura del agua de mar para generar electricidad se denomina generación de energía por diferencia de temperatura del agua de mar. Hoy en día, el nuevo dispositivo de generación de energía por diferencia de temperatura del agua de mar introduce agua de mar en una piscina de calentamiento solar, calienta el agua de mar a 45-60 ℃, a veces hasta 90 ℃, y luego introduce el agua tibia en una caldera que mantiene un vacío para evaporarse hasta producir electricidad. El uso de la diferencia de temperatura del agua de mar para generar electricidad también puede producir agua dulce como subproducto, por lo que también tiene la función de desalinización del agua de mar y puede usarse para resolver las necesidades de agua industrial y agua potable.

Energía biológica - energía del biogás

El biogás es un gas inflamable. Desde que este gas se descubrió por primera vez en pantanos y estanques, la gente lo llama "biogás". Lo que habitualmente llamamos biogás se produce artificialmente, por lo que es una fuente de energía secundaria. Como fuente de energía, el biogás no se ha utilizado ampliamente hasta ahora, por lo que también forma parte de las nuevas energías modernas. El principal componente del biogás es el gas metano (CH4). Generalmente, el biogás contiene entre un 60 y un 70% de metano, entre un 30 y un 35% de dióxido de carbono y una pequeña cantidad de hidrógeno, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, vapor de agua y una pequeña cantidad de hidrocarburos avanzados.

El poder calorífico del gas metano es alto, por lo que el poder calorífico del biogás también lo es, por lo que el biogás es un combustible gaseoso artificial de alta calidad. El metano es un gas incoloro, inodoro y no tóxico a temperatura ambiente y es más ligero que el aire. Dado que el metano tiene muy baja solubilidad en agua, puede almacenarse en recipientes sellados al agua. Las materias primas para producir biogás son abundantes y proceden de una amplia gama de fuentes.

El estiércol humano y animal, los restos animales y vegetales, los residuos orgánicos y líquidos residuales industriales y agrícolas, etc., pueden producir biogás mediante la fermentación de microorganismos anaeróbicos en determinadas condiciones de temperatura, humedad, acidez y anoxia. El biogás es una nueva fuente de energía que puede regenerarse continuamente, producirse y consumirse localmente, ser limpia, higiénica y fácil de usar. En la actualidad, puede reemplazar la gasolina y el diésel que escasean, encender motores de combustión interna para generar electricidad, impulsar maquinaria y herramientas agrícolas para procesar productos agrícolas y secundarios, y también puede usarse para cocinar y alumbrar.

A partir de la situación actual, el uso de biogás tiene las siguientes ventajas:

(1) El biogás no sólo puede resolver los problemas energéticos rurales, sino también aumentar los recursos de fertilizantes orgánicos, mejorar la calidad y aumentar la eficiencia de los fertilizantes, aumentando así el rendimiento de los cultivos y mejorando el suelo.

(2) El uso de biogás puede ahorrar una gran cantidad de paja, heno y otras materias orgánicas, que pueden utilizarse para producir pienso para el ganado y servir como materia prima para las industrias de fabricación de papel y artesanía.

(3) El establecimiento de biogás puede reducir el fenómeno de talar árboles y palear césped, proteger la vegetación y permitir que el sistema de producción agrícola se desarrolle gradualmente en un círculo virtuoso.

(4) El establecimiento de biogás ayudará a purificar el medio ambiente y reducir la aparición de enfermedades. Esto se debe a que durante el proceso de fermentación del digestor de biogás,

La energía "vieja" en la nueva era: la energía eólica

En la naturaleza, el viento es una enorme fuente de energía, que hasta ahora supera la de los minerales. La cantidad total de energía proporcionada por la energía es una fuente de energía inagotable que aún no ha sido ampliamente desarrollada y utilizada. La energía eólica es la energía generada por el flujo de aire, y la energía del movimiento atmosférico proviene de la radiación solar. Debido a que diferentes partes de la superficie terrestre disipan calor a diferentes velocidades después de recibir la radiación solar, y el contenido de vapor de agua en el aire es diferente, esto causa diferencias en la presión del aire en todas partes. Como resultado, el aire de las áreas de alta presión fluye hacia las bajas. -zonas de presión, formándose así viento. Por tanto, la energía eólica es un tipo de energía limpia que se regenera constantemente y no tiene contaminación.

Actualmente, los países de todo el mundo utilizan la energía eólica principalmente en dos formas: la energía eólica como energía y la generación de energía, siendo la generación de energía eólica la forma principal. Usar la energía eólica como energía significa usar ruedas de viento para impulsar directamente varios sistemas mecánicos, como impulsar bombas de agua para levantar agua. Las ventajas de este tipo de aerogeneradores son la baja inversión, la alta eficiencia, la economía y la durabilidad.

De acuerdo con la distribución de los recursos de energía eólica en mi país y las condiciones técnicas actuales, el foco del desarrollo y utilización de la energía eólica en un futuro próximo estará en Mongolia Interior, el noreste, el noroeste, Tíbet y la costa sureste, así como islas, montañas, salidas de viento y otros lugares con ricos recursos de energía eólica. En zonas donde la velocidad media anual del viento supera los 6 metros/segundo, especialmente en zonas pastorales, islas y zonas montañosas remotas donde es difícil llegar a las redes eléctricas, el desarrollo y utilización de los recursos de energía eólica tiene una importancia aún mayor.

La fuente de energía ideal en el siglo XXI: la energía del hidrógeno

Entre las muchas nuevas fuentes de energía, la energía del hidrógeno se convertirá en la fuente de energía más ideal en el siglo XXI. Esto se debe a que al quemar el mismo peso de carbón, gasolina e hidrógeno, el hidrógeno produce la mayor cantidad de energía y su producto de combustión es agua, sin cenizas ni gases residuales, y no contaminará el medio ambiente. El hidrógeno se almacena principalmente en agua. El producto después de la combustión es agua, que puede producir hidrógeno continuamente y nunca agotarse. El hidrógeno tiene muchos usos y es muy adaptable. No solo se puede utilizar como combustible, sino que el hidruro metálico tiene la función de convertir energía química, energía térmica y energía mecánica entre sí. Por ejemplo, los metales que almacenan hidrógeno tienen la capacidad de absorber hidrógeno y liberar calor y absorber calor y liberar hidrógeno. El calor se puede almacenar y utilizar como calefacción y aire acondicionado.

El hidrógeno puede convertirse fácilmente en líquido bajo cierta presión y temperatura, lo que facilita su transporte en camión cisterna, remolque de carretera o barco. El hidrógeno líquido puede utilizarse como combustible para automóviles y aviones, así como para cohetes y misiles. Tanto la nave espacial "Apolo" de los Estados Unidos que voló a la Luna como el vehículo de lanzamiento Gran Marcha de mi país que lanzó satélites artificiales utilizaron hidrógeno líquido como combustible.

Además, el uso de pilas de combustible de hidrógeno-hidrógeno también puede convertir directamente la energía del hidrógeno en energía eléctrica, lo que hace que el uso de la energía del hidrógeno sea más conveniente. En la actualidad, este tipo de pilas de combustible se han utilizado en naves espaciales y submarinos con buenos resultados. Por supuesto, debido al alto costo, es difícil que se utilice ampliamente por el momento.

En la década de 1970, la gente usaba el material semiconductor titanato de estroncio como fotoelectrodo y el metal platino como electrodo oscuro, los conectaban y luego los sumergían en agua, a través de la luz solar, el platino se liberaba. el electrodo y se libera oxígeno sobre el electrodo de titanato de estroncio. Esto es lo que normalmente llamamos fotoelectrólisis del agua para producir hidrógeno. Los científicos también han descubierto que algunos microorganismos también pueden producir hidrógeno bajo la influencia de la luz solar. Se utilizan microorganismos que liberan hidrógeno durante la fotosíntesis. La hidrogenasa induce a los electrones a combinar iones de hidrógeno en el agua para generar gas hidrógeno.

Los principales problemas existentes en esta disciplina

1. Hay muchos trabajos de desarrollo de proyectos específicos de ingeniería utilizando simplemente la experiencia tradicional, y la base científica para la investigación y aplicación de la tecnología es insuficiente.

2. En términos de desarrollo de nuevas tecnologías, hay pocos conceptos innovadores y pocos conceptos independientes, a menudo siguen un concepto propuesto por extranjeros y literatura publicada, y carecen de opiniones independientes propias y de análisis y juicio correctos. su caballo, a menudo uno tiene que desmontar después de que otros ya lo hayan hecho. Debemos hacer análisis científicos y expresar nuestras propias opiniones independientes basadas en la situación real de nuestro país. Para ello se requiere una base técnica y científica profunda.

3. Los proyectos energéticos son de gran escala, requieren grandes inversiones, tienen ciclos largos y no tienen muchos conceptos nuevos. Necesitan tener una dirección clara, persistencia a largo plazo, resumen oportuno y ajuste. para el desarrollo.

Perspectivas de direcciones clave de desarrollo

Según la situación de mi país, las direcciones clave de desarrollo deberían ser las siguientes tecnologías:

Tecnologías clave en la industria del petróleo y el gas

Nuevas tecnologías para la exploración y perforación geofísica de petróleo y gas, tecnología de desarrollo de petróleo y gas en alta mar, nuevas tecnologías para mejorar la recuperación de petróleo y la aplicación de la recuperación de petróleo terciario y otros métodos para mejorar la recuperación de petróleo en campos petroleros en las últimas etapas del desarrollo de la inyección de agua.

Tecnologías clave para una utilización eficiente y limpia del carbón

La clave para el desarrollo y utilización del carbón en mi país es resolver los dos problemas de baja eficiencia de producción, inseguridad y graves problemas ambientales. contaminación, y se deben desarrollar gradualmente dos tecnologías principales: la primera es la tecnología de minería segura y eficiente; la segunda es la tecnología de carbón limpio para una utilización eficiente y limpia: tecnología de extracción de carbón segura y eficiente, tecnología de desarrollo de metano en yacimientos de carbón; tecnología de tratamiento; tecnología de combustión limpia de carbón; tecnología de gasificación de carbón.

Tecnologías clave en la industria energética

Tecnología de generación de energía con parámetros de vapor supercrítico y ultrasupercrítico, tecnología de generación de energía de ciclo combinado gas-vapor, tecnología de generación de energía limpia con carbón, cogeneración y multi- tecnología de generación de energía, tecnología avanzada de generación de energía con reactores de agua a presión, tecnología de generación de energía con celdas de combustible, interconexión de redes eléctricas regionales nacionales y tecnología flexible de transmisión y distribución de energía de CA.

Tecnología de ahorro de energía

Sistemas de aprovechamiento de calor residual a temperatura media y baja y nuevas tecnologías para el aprovechamiento de energía a temperatura media y baja, tecnología de bomba de calor, conservación de energía en edificios, nuevo almacenamiento de energía a baja temperatura (incluidos sistemas de almacenamiento de hielo y reducción de picos de energía), electrodomésticos que ahorran energía, transporte que ahorra energía y nuevos procesos de ahorro de energía para industrias de alto consumo de energía.

Cuestiones científicas en la liberación y utilización de la energía nuclear

Procesamiento y reutilización de residuos nucleares, mejora de la seguridad, exploración de nuevos tipos de reactores rápidos y reactores refrigerados por gas de alta temperatura; Calor controlado Tecnologías clave para reactores de fusión nuclear.

Cuestiones científicas en el desarrollo y utilización de energías renovables y energía del hidrógeno

Nueva tecnología de generación de energía fotovoltaica con bajo precio, alta eficiencia y larga vida útil; nueva biotecnología química para la conversión de energía a biomasa; Tecnología de utilización fototérmica (generación de energía, refrigeración, etc.); tecnología de preparación, almacenamiento, transporte y utilización a gran escala de energía de hidrógeno.

Tecnología energética y ambiental

Control de elementos nocivos y tecnología de conversión direccional libre de contaminación en la conversión y utilización de energía; tecnología libre de contaminación y utilización de recursos de residuos urbanos; sistemas ambientales para el reciclaje de CO2; ingeniería ecológica alimentada por carbón, producción de hidrógeno a base de carbón y sistema de utilización de energía del hidrógeno.

Tecnología de energía rural

Tecnología de biogás; gasificación de biomasa, combustible líquido, tecnología de generación de energía;

Medidas y Sugerencias

1. Legislación energética y de protección del medio ambiente, políticas de precios y políticas preferenciales.

2. Brindar un fuerte apoyo a la ciencia y tecnología energética (no a proyectos productivos específicos), apoyados conjuntamente por el Estado y la industria. Apoyo especial del departamento de ciencia y educación.

3. Se debe prestar atención y planificar el trabajo de investigación y desarrollo en direcciones más prometedoras, como sistemas de generación de energía de conceptos avanzados, energía solar y energía nuclear.

4. Cultivar jóvenes talentos en ciencias de la energía con bases sólidas, amplios conocimientos y gran capacidad de resolución de problemas.

5. Aumentar la inversión en investigación y desarrollo de ciencia y tecnología energética: la proporción del gasto en I+D en energía de mi país en el gasto nacional total en I+D es un orden de magnitud menor que el valor correspondiente en los países desarrollados del mundo. Rampa energética; D La baja inversión ha llevado a la investigación y el desarrollo científico y tecnológico independientes de mi país

Referencias:

"Introducción a las ciencias ambientales y energéticas" Autor: Liu Zhenyan Editor: Science Press 1.ª edición

"Introducción a las ciencias energéticas" Autor: Huang Suyi Editor: China Electric Power Press

"Informe sobre la estrategia de desarrollo de la disciplina en ciencias energéticas de mi país 2011-2020" (cuarto borrador) Academia de Ciencias de China

"Investigación sobre la estrategia de desarrollo de las ciencias energéticas" Wu Chengkang y Xu Jianzhong, académico de la Academia de Ciencias de China