Технология. 9 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман
§ 38. Тенденции развития электроэнергетики и электротехники
В последние годы широкое развитие в мире получили альтернативные (отличающиеся от электростанций, работающих на невозобновляемых природных ресурсах) источники электрической энергии, в первую очередь солнечные электростанции и ветроэлектростанции. Эти электростанции используют практически неисчерпаемую энергию Солнца и не создают парниковых газов.
Солнечная электростанция использует для выработки электроэнергии солнечную радиацию. Различают термодинамические и фотоэлектрические солнечные электростанции (рис. 5.40).
В термодинамических электростанциях солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую энергию, например, по паротурбинному циклу (солнечная радиация — паровой котёл — турбина — электрогенератор). Термодинамические гелиостанции обычно конструктивно выполняются в виде башни, на которой размещается парогенератор, а вокруг — система зеркальных элементов (гелиостатов), отражающих и концентрирующих солнечные лучи на нём. Из парогенератора (котла) пар поступает к турбине, которая вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток.
Фотоэлектрические станции непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Фотоэлектрические гелиостанции состоят из фотоэлементов, собранных в батареи, которые производятся в виде плоских панелей, защищенных прозрачным покрытием. Именно такие солнечные батареи используются для электроснабжения космических станций.
Поскольку солнце светит не всегда, гелиостанциям необходим аккумулятор, который будет накапливать солнечную энергию, чтобы расходовать её в пасмурные дни. Правда, на сегодняшний день использование солнечной энергии в промышленных масштабах в большинстве случаев оказывается менее эффективным в сравнении с традиционными видами ресурсов.
Ветроэлектростанция — это несколько ветрогенераторов (рис. 5.41), собранных в одном или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из ста и более ветрогенераторов. Ветряные электростанции строят в местах с высокой и средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше. Поскольку скорость ветра с высотой возрастает, ветряные электростанции возводят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30 — 60 м.
Что касается энергии ветра, в развитых странах (прежде всего под влиянием экологических движений) её применение в электроэнергетике значительно увеличилось.
Нельзя не упомянуть также геотермальную энергию, использование которой может иметь серьёзное значение для некоторых государств или отдельных регионов (Исландии, Новой Зеландии, в России — для Камчатки, Ставропольского и Краснодарского краёв, Калининградской области).
Важную роль в борьбе с парниковым эффектом играет использование биотоплива для получения тепловой и электрической энергии. Биотопливо получают из биологического сырья, в частности из растений и древесины, которые во время своего роста поглощают из атмосферы парниковый газ — двуокись углерода, а после сгорания биотоплива поглощенная ранее двуокись углерода возвращается в атмосферу, но общее количество двуокиси углерода не увеличивается, и парниковый эффект не усиливается.
В целях сохранения климата на планете разработаны планы по снижению выбросов парниковых газов на 20% от нынешнего уровня к 2020 г. и полному переходу к использованию только альтернативной энергетики в 2050 г. К этому времени учёные и инженеры планируют создать термоядерные реакторы, которые должны решить вопрос обеспечения человечества электроэнергией. Ведутся работы по созданию сверхпроводящих линий передачи электроэнергии, которые могут работать при обычной температуре. Сопротивление этих линий близко к нулю, и, соответственно, близки к нулю потери мощности при передаче электрической энергии.
Важным направлением развития современной электроэнергетики является разработка и внедрение энергосберегающих технологий. Принято решение сократить потери электрической энергии в нашей стране на 40%. Для решения этой проблемы в системах освещения отказываются от использования ламп накаливания и переходят к использованию энергосберегающих и светодиодных ламп.
Наряду с разработкой новых технологий ветроэнергетики и солнечной энергетики стоит задача создания более эффективных, в том числе органических, солнечных батарей с КПД более 30%.
В настоящее время невозможно представить себе ни одну область человеческой деятельности без использования компьютерных и радиоэлектронных технологий и устройств. Электронная вычислительная техника, в том числе персональные компьютеры, радио и телевизионное вещание, мобильная сотовая телефонная связь являются наглядными примерами внедрения продуктов радиоэлектроники в повседневную жизнь. Неуклонно возрастает сложность радиоэлектронных устройств, уменьшаются размеры элементов этих устройств благодаря развитию, в частности, нанотехнологий.
Радио и телевидение переходят на цифровые форматы вещания, причём следует отмстить, что спутниковое телевидение создавалось сразу в цифровом виде. Осваиваются новые диапазоны частот. Так, например, ведутся интенсивные работы по созданию техники связи в микроволновом диапазоне.
Традиционная проводная телефония переходит на оптоволоконные линии связи и активно осваивает цифровые технологии. Современный домашний телефонный аппарат с беспроводной трубкой разительно отличается от первых телефонных аппаратов не только внешним видом, но и значительно возросшим набором функциональных возможностей. Стремительное развитие мобильной телефонной связи привело к превращению простой телефонной трубки в современное многофункциональное устройство — смартфон. В телефоне появился мобильный Интернет, причём с каждым новым форматом связи возрастает скорость передачи данных. Получают широкое распространение беспроводные Wi-Fi-сети доступа к Интернету.
Если заменить все провода, которые имеются в микропроцессоре, импульсами германиевых лазеров, можно будет увеличить скорость передачи информации в 100 раз. Это особенно важно для связи между ядрами процессора и его памятью. Так же как оптоволоконные линии улучшили эффективность телефонной связи, использование лазеров в микропроцессорах может поднять обработку данных на небывалые высоты.
Сочетание традиционной кремниевой электроники с оптическими компонентами, известное как кремниевая фотоника, может сделать компьютеры более экологичными. И всё потому, что лазеры потребляют меньше энергии, чем провода, и излучают меньше тепла в окружающее пространство.
Современная медицина, банковское дело, производство товаров и услуг, транспорт, связь, электронные библиотеки, система «умный дом», робототехника и нанотехнологии испытывают постоянную потребность в новейших радиоэлектронных изделиях.
Дальнейшее развитие космонавтики, астрофизики, радиоастрономии немыслимо без использования радиоэлектронных и компьютерных технологий. На их основе теперь работают космические станции и орбитальные телескопы с возможностью проводить исследования ближнего и дальнего космоса в различных диапазонах волн.
При этом явно прослеживается тенденция к дальнейшему уменьшению массы и габаритов всех видов электронной техники и устройств. Конечно, радиоэлектроника находит применение не только в гражданской области. Невозможно представить себе современные аэрокосмические вооружённые силы, армию, авиацию и морской флот без электронных систем различного назначения. И потребность в радиоэлектронных устройствах только возрастает.
Поэтому необходимо активно создавать и развивать современную научно-техническую и производственно-технологическую базу для разработки и производства перспективных радиоэлектронных изделий.
Вопросы и задания:
1. Назовите альтернативные источники электроэнергии.
2. Что такое биотопливо? Почему последнее время ему уделяют всё больше внимания?
3. Как вы осуществляете энергосбережение в своём доме (квартире)?
4. Какие современные технологии помогают решать проблемы энергосбережения?
Задание 1
Найдите в Интернете информацию о том, что такое «зелёные здания». Расскажите, как это связано с проблемами энергосбережения.
Задание 2
Используя Интернет и другие источники информации, подготовьте презентацию по теме «Современные технологии меняют мир».
Идеи творческих проектов
Идея 1. Ночник со светодиодной подсветкой.
Идея 2. Сигнализация на основе старого мобильного телефона.
