Энергияны өндіру әдістері мен түрлері

Энергияны өндіру: жаңару, ядролық, қазба отын көздері, энергияны сақтау және тиімді пайдалану жолдары. Қоршаған ортаға пайдасы зор!

25 мин оқу

100%

Дереккөз: Energy development — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Энергияны өндіріске енгізу әдістері

Энергияны дамыту – табиғи ресурстардан энергия көздерін алуға бағытталған іс-әрекеттер саласы. Бұл іс-әрекеттерге жаңартылатын, ядролық және қазба отынынан алынатын энергия көздерін өндіру, сондай-ақ, әлде болмаса ысырап болар энергияны қалпына келтіру және қайта пайдалану кіреді. Энергияны сақтау және тиімді пайдалану шаралары энергияны дамытуға қажеттілікті азайтады және қоршаған орта мәселелерін жақсарту арқылы қоғамға пайда әкелуі мүмкін. Қоғамдар энергияны көлік, өндіріс, жарықтандыру, жылыту және кондиционерлеу, байланыс, өнеркәсіптік, коммерциялық және тұрмыстық мақсаттар үшін пайдаланады. Энергия ресурстары бастапқы ресурстар ретінде жіктелуі мүмкін, егер ресурсты негізгі түрінде пайдалануға болатын болса, немесе екіншілік ресурстар ретінде, егер энергия көзін қолдануға ыңғайлырақ болатын түрге түрлендіру қажет болса. Жаңартылмайтын ресурстар адамның пайдалануынан айтарлықтай азаяды, ал жаңартылатын ресурстар адам тарапынан шексіз пайдаланылуын қамтамасыз ететін үздіксіз процестер арқылы өндіріледі. Энергетика саласында мыңдаған адам жұмыс істейді. Дәстүрлі салаға мұнай өнеркәсібі, табиғи газ өнеркәсібі, электр энергетикасы өнеркәсібі және ядролық өнеркәсіп кіреді. Жаңа энергия салаларына баламалы және тұрақты өндіріс, тарату және баламалы отынды сатуды қамтитын жаңартылатын энергия саласы жатады.

Ресурстарды жіктеу

Энергия ресурстары соңғы қолдануға қосымша түрлендірусіз жарамды бастапқы ресурстар ретінде немесе пайдалы энергия түрін алу үшін бастапқы көзден маңызды түрлендіруді қажет ететін екінші реттік ресурстар ретінде жіктелуі мүмкін. Бастапқы энергия ресурстарының мысалдары: жел энергиясы, күн энергиясы, отындық ағаш, көмір, мұнай және табиғи газ сияқты қазба отындар, уран. Екінші реттік ресурстарға электр энергиясы, сутегі немесе басқа синтетикалық отындар жатады. Тағы бір маңызды жіктеу – энергия ресурсын жаңартуға қажетті уақытқа негізделген. "Жаңаруы мүмкін" ресурстар – адам қажеттіліктеріне маңызды уақыт ішінде өзінің мүмкіндіктерін қалпына келтіретін ресурстар. Мысал ретінде су электр станциясы немесе жел энергиясын келтіруге болады, мұнда энергияның бастапқы көзі болып табылатын табиғи құбылыстар үздірілмейді және адамның қажеттіліктерінен азайтылмайды. "Жаңаруы мүмкін емес" ресурстар – адам қолдануынан айтарлықтай азайып, адам өмірінде өзінің әлеуетін маңызды деңгейде қалпына келтірмейтін ресурстар. "Жаңаруы мүмкін емес" энергия көзінің мысалы – көмір, ол адамның қажеттілігін қанағаттандыру үшін жеткілікті мөлшерде табиғи түрде пайда болмайды.

Қазба отын

Қазба отын көздері (негізгі жаңартылмайтын қазба отын) көмір немесе көмірсутек отындарын жағады, олар өсімдіктер мен жануарлардың ыдырауынан қалған заттар болып табылады. Қазба отынның үш негізгі түрі бар: көмір, мұнай және табиғи газ. Тағы бір қазба отын – сұйытылған мұнай газы (СЖГ) негізінен табиғи газ өндірісінен алынады. Қазба отынды жағудан шығатын жылу тікелей үй-жайларды және өндіріс процестерін жылыту үшін немесе көліктерде, өнеркәсіптік процестерде немесе электр энергиясын өндіру үшін механикалық энергияға айналдыру үшін қолданылады. Бұл отындар көміртегі айналымының бөлігі болып табылады және отында сақталған күн энергиясын босатуға мүмкіндік береді. 18-шы және 19-шы ғасырларда қазба отынды пайдалану өнеркәсіптік революцияның бастауы болды. Қазіргі әлемдегі негізгі энергия көздерінің көп бөлігін қазба отын құрайды. 2005 жылы әлемнің энергия қажеттілігінің 81%-ы қазба отын есебінен қамтамасыз етілді. Қазба отынды пайдалану технологиясы мен инфрақұрылымы қазірдің өзінде бар. Мұнайдан алынған сұйық отын салмақ немесе көлем бірлігіне көп пайдалы энергия береді, бұл батареялар сияқты энергия тығыздығы төмен көздермен салыстырғанда артықшылықты құрайды. Қазіргі уақытта қазба отын энергияны орталықтандырылмаған түрде пайдалану үшін тиімді. Импортталатын қазба отынға тәуелділік тәуелді елдердің энергетикалық қауіпсіздігіне қауіп тудырады. Мұнайға тәуелділік әсіресе соғыстарға, радикалдарды қаржыландыруға, монополияға және әлеуметтік-саяси тұрақсыздыққа әкелді. Қазба отын – жаңартылмайтын ресурс, олардың өндірісі азайып, соңында толығымен таусылады. Қазба отынның пайда болу процестері жалғасып жатқанмен, отын табиғи жаңару жылдамдығынан әлдеқайда жылдам жұмсалады. Қоғам ең қолжетімді отын қорларын пайдаланғанда отынды өндірудің құны артады. Қазба отынды өндіру қоршаған ортаның нашарлауына әкеледі, мысалы, көмірді ашық карьермен өндіру және тау шаңырауларын жою. Отын тиімділігі – жылу тиімділігінің бір түрі, яғни отын құрамындағы химиялық потенциалдық энергияны кинетикалық энергияға немесе жұмысқа айналдыру процесінің тиімділігі. Отынның экономикалық тиімділігі – белгілі бір көлік құралының энергия тиімділігі, ол жұмсалған отын бірлігіне жүрілген қашықтық ретінде көрсетіледі. Жүк тасымалы үшін салмаққа шаққандағы тиімділік (салмақ бірлігіне тиімділік) және жолаушыларға шаққандағы тиімділік (көлік тиімділігі) көрсетілуі мүмкін. Көлік құралдарында, ғимараттарда және электр станцияларында қазба отынды тиімсіз жағу (жағу) қалалық жылу аралдарының пайда болуына ықпал етеді. Мұнайдың дәстүрлі өндірісі 2007 және 2010 жылдар аралығында ең жоғары деңгейге жеткені байқалды. 2010 жылы қазіргі өндіріс деңгейін 25 жыл бойы сақтау үшін жаңартылмайтын ресурстарға 8 триллион доллар инвестиция қажет болады деп есептелді. 2010 жылы үкіметтер қазба отынға жыл сайын шамамен 500 миллиард доллар субсидия берді. Қазба отын парниктік газдардың да көзі болып табылады, оның тұтылуын азайту болмаса, жаһандық жылынуға алып келуі мүмкін. Қазба отынды жағу атмосфераға ластаушы заттардың шығарылуына әкеледі. Қазба отындары негізінен көміртекті қосылыстардан тұрады. Жағу кезінде көмірқышқыл газы, азот оксидтері, күйе және басқа да ұсақ бөлшектер бөлінеді. Көмірқышқыл газы соңғы климат өзгерісіне басты себепкер. Қазба отынмен жұмыс істейтін электр станцияларынан шығатын басқа да шығарындыларға күкірт диоксиді, көміртек оксиді (CO), көмірсутектер, ұшпалы органикалық қосылыстар (ҰОҚ), сынап, мырыш, қорғасын, кадмий және уранның іздері сияқты басқа да ауыр металдар жатады. Типик көмір станциясы жылына миллиардтаған киловатт-сағат электр энергиясын өндіреді.

Fossil fuel (primary non renewable fossil) sources burn coal or hydrocarbon fuels, which are the remains of the decomposition of plants and animals. There are three main types of fossil fuels: coal, petroleum, and natural gas. Another fossil fuel, liquefied petroleum gas (LPG), is principally derived from the production of natural gas. Heat from burning fossil fuel is used either directly for space heating and process heating, or converted to mechanical energy for vehicles, industrial processes, or electrical power generation. These fossil fuels are part of the carbon cycle and allow solar energy stored in the fuel to be released. The use of fossil fuels in the 18th and 19th century set the stage for the Industrial Revolution. Fossil fuels make up the bulk of the world's current primary energy sources. In 2005, 81% of the world's energy needs was met from fossil sources. The technology and infrastructure for the use of fossil fuels already exist. Liquid fuels derived from petroleum deliver much usable energy per unit of weight or volume, which is advantageous when compared with lower energy density sources such as batteries. Fossil fuels are currently economical for decentralized energy use. Energy dependence on imported fossil fuels creates energy security risks for dependent countries. Oil dependence in particular has led to war, funding of radicals, monopolization, and socio political instability. Fossil fuels are non renewable resources, which will eventually decline in production and become exhausted. While the processes that created fossil fuels are ongoing, fuels are consumed far more quickly than the natural rate of replenishment. Extracting fuels becomes increasingly costly as society consumes the most accessible fuel deposits. Extraction of fossil fuels results in environmental degradation, such as the strip mining and mountaintop removal for coal. Fuel efficiency is a form of thermal efficiency, meaning the efficiency of a process that converts chemical potential energy contained in a carrier fuel into kinetic energy or work. The fuel economy is the energy efficiency of a particular vehicle, is given as a ratio of distance travelled per unit of fuel consumed. Weight specific efficiency (efficiency per unit weight) may be stated for freight, and passenger specific efficiency (vehicle efficiency) per passenger. The inefficient atmospheric combustion (burning) of fossil fuels in vehicles, buildings, and power plants contributes to urban heat islands. Conventional production of oil peaked, conservatively, between 2007 and 2010. In 2010, it was estimated that an investment of $8 trillion in non renewable resources would be required to maintain current levels of production for 25 years. In 2010, governments subsidized fossil fuels by an estimated $500 billion a year. Fossil fuels are also a source of greenhouse gas emissions, leading to concerns about global warming if consumption is not reduced. The combustion of fossil fuels leads to the release of pollution into the atmosphere. The fossil fuels are mainly carbon compounds. During combustion, carbon dioxide is released, and also nitrogen oxides, soot and other fine particulates. The carbon dioxide is the main contributor to recent climate change. Other emissions from fossil fuel power station include sulphur dioxide, carbon monoxide (CO), hydrocarbons, volatile organic compounds (VOC), mercury, arsenic, lead, cadmium, and other heavy metals including traces of uranium. A typical coal plant generates billions of kilowatt hours of electrical power per year.

Бөліну

Ядролық энергия – пайдалы жылу мен электр энергиясын өндіру үшін ядролық бөлінуді пайдалану. Уранның бөлінуі экономикалық тұрғыдан маңызды ядролық энергияның басым бөлігін құрайды. Радиоизотоптық термоэлектрлік генераторлар энергия өндірісінің өте шағын бөлігін құрайды, көбінесе терең ғарыш аппараттары сияқты арнайы қолданыстарда қолданылады. 2012 жылы теңіз реакторларын есептемегенде, ядролық электр станциялары әлемдік энергияның шамамен 5,7%-ын және әлемдік электр энергиясының 13%-ын өндірді. 2013 жылы МАГАТЭ 31 елде 437 жұмыс істеп тұрған ядролық реактор бар екенін хабарлады, бірақ барлық реакторлар электр энергиясын өндірмейді. Сонымен қатар, 180 реактормен жабдықталған шамамен 140 әскери кеме пайдалануда. 2013 жылдан бастап, Күн сияқты табиғи термоядролық қуат көздерін есептемегенде, тұрақты термоядролық реакциялардан таза энергия алу халықаралық физика және инженериялық зерттеулердің маңызды бағыты болып табылады. Бірінші әрекеттен кейін 60 жылдан астам уақыт өткен соң, коммерциялық термоядролық энергия өндірісі 2050 жылға дейін күмәнді болып қана қоймайды. Ядролық энергия мәселесі бойынша пікірталас жалғасуда. Дүниежүзілік ядролық қауымдастығы, МАГАТЭ және Ядролық энергияны қолдайтын экологиялық белсенділер ядролық энергияның қауіпсіз, тұрақты энергия көзі екенін және көміртегі шығарылымдарын азайтатынын мәлімдейді. Оппоненттер ядролық энергияның адамдар мен қоршаған ортаға көптеген қауіп-қатер тудыратынын айтады. Ядролық электр станцияларындағы апаттарға Чернобыль апаты (1986), Фукусима Дайичи ядролық апаты (2011) және Үш Майл аралындағы апат (1979) жатады. Өндірілген энергия бірлігіне шаққандағы қаза болғандар саны бойынша талдау көрсеткендей, ядролық энергия басқа негізгі энергия көздерімен салыстырғанда, энергия өндірісінің бірлігіне шаққанда аз өлім-жітімге әкеп соқты. Көмір, мұнай, табиғи газ және су электр энергиясын өндіру ауаның ластануы және энергетикалық апаттар салдарынан энергия бірлігіне шаққандағы өлім-жітімнің артуына себеп болды. Дегенмен, ядролық апаттардың экономикалық салдары жоғары, ал реактордың балқыуына ондаған жылдар қажет болуы мүмкін. Зардап шеккен халықты эвакуациялау және тұрмысын жоғалтудың адамдық құны да маңызды. Ядролық энергияның тудыратын жасырын қатерлі ісіктерді (мысалы, қатерлі ісіктерді) басқа энергия көздерімен салыстырғанда, энергия бірлігіне шаққандағы дереу өлім-жітім көрсеткіштерін қарастыру ((GWeyr). Бұл зерттеуде "ауыр апат" санатындағы, яғни 5-тен астам адамның қаза болуына әкелген оқиғаларға қазба отындарына байланысты қатерлі ісіктер мен басқа да жанама өлім-жітімдер кірмейді. 2012 жылы МАГАТЭ мәліметтері бойынша, әлемде 15 елде 68 азаматтық ядролық реактор құрылысы жүріп жатыр. АҚШ-тағы ядролық өнеркәсіп өкілдері 2020 жылға дейін бес жаңа реактор пайдалануға беріледі деп күтеді, барлығы қолданыстағы станцияларда. 2013 жылы төрт ескірген, бәсекеге қабілетсіз реакторлар толығымен жабылды. Уранды өндірудегі соңғы тәжірибелер теңіз суынан уранды селективті түрде сіңіретін затпен қапталған полимерлі арқандарды қолданады. Бұл процестің арқасында теңіз суында еріген уранның көп көлемін энергия өндіру үшін пайдалануға болады. Геологиялық процестер уранды теңізге осы процестен алынатын уранмен салыстырмалы мөлшерде жеткізіп тұратындықтан, теңіз ураны белгілі бір мағынада тұрақты ресурсқа айналады. Ядролық энергия – электр энергиясын өндірудің төмен көміртекті әдісі, оның толық өмірлік циклы бойынша шығарылатын эмиссиялардың қарқындылығын талдау көрсеткендей, ол энергия бірлігіне шаққандағы парниктік газдар (ПГГ) эмиссиялары бойынша жаңаруға жарамды көздерге ұқсас. 1970 жылдардан бері ядролық отын 64 гигатонна көмірқышқыл газының эквивалентін (GtCO2 eq) ығыстырып, мұнай, көмір немесе табиғи газды жағудан туындаған эмиссиялардың алдын алды.

Nuclear power is the use of nuclear fission to generate useful heat and electricity. Fission of uranium produces nearly all economically significant nuclear power. Radioisotope thermoelectric generators form a very small component of energy generation, mostly in specialized applications such as deep space vehicles. Nuclear power plants, excluding naval reactors, provided about 5.7% of the world's energy and 13% of the world's electricity in 2012. In 2013, the IAEA report that there are 437 operational nuclear power reactors, in 31 countries, although not every reactor is producing electricity. In addition, there are approximately 140 naval vessels using nuclear propulsion in operation, powered by some 180 reactors. As of 2013, attaining a net energy gain from sustained nuclear fusion reactions, excluding natural fusion power sources such as the Sun, remains an ongoing area of international physics and engineering research. More than 60 years after the first attempts, commercial fusion power production remains unlikely before 2050. There is an ongoing debate about nuclear power. Proponents, such as the World Nuclear Association, the IAEA and Environmentalists for Nuclear Energy contend that nuclear power is a safe, sustainable energy source that reduces carbon emissions. Opponents contend that nuclear power poses many threats to people and the environment. Nuclear power plant accidents include the Chernobyl disaster (1986), Fukushima Daiichi nuclear disaster (2011), and the Three Mile Island accident (1979). In terms of lives lost per unit of energy generated, analysis has determined that nuclear power has caused less fatalities per unit of energy generated than the other major sources of energy generation. Energy production from coal, petroleum, natural gas and hydropower has caused a greater number of fatalities per unit of energy generated due to air pollution and energy accident effects. However, the economic costs of nuclear power accidents is high, and meltdowns can take decades to clean up. The human costs of evacuations of affected populations and lost livelihoods is also significant. Comparing Nuclear's latent cancer deaths, such as cancer with other energy sources immediate deaths per unit of energy generated(GWeyr). This study does not include fossil fuel related cancer and other indirect deaths created by the use of fossil fuel consumption in its "severe accident" classification, which would be an accident with more than 5 fatalities. As of 2012, according to the IAEA, worldwide there were 68 civil nuclear power reactors under construction in 15 countries, In the United States, two new Generation III reactors are under construction at Vogtle. U. S. nuclear industry officials expect five new reactors to enter service by 2020, all at existing plants. In 2013, four aging, uncompetitive, reactors were permanently closed. Recent experiments in extraction of uranium use polymer ropes that are coated with a substance that selectively absorbs uranium from seawater. This process could make the considerable volume of uranium dissolved in seawater exploitable for energy production. Since ongoing geologic processes carry uranium to the sea in amounts comparable to the amount that would be extracted by this process, in a sense the sea borne uranium becomes a sustainable resource. Nuclear power is a low carbon power generation method of producing electricity, with an analysis of the literature on its total life cycle emission intensity finding that it is similar to renewable sources in a comparison of greenhouse gas (GHG) emissions per unit of energy generated. Since the 1970s, nuclear fuel has displaced about 64 gigatonnes of carbon dioxide equivalent (GtCO2 eq) greenhouse gases, that would have otherwise resulted from the burning of oil, coal or natural gas in fossil fuel power stations.

Ядролық энергияны кезең-кезеңмен шығару және кері қайтару

Жапониядағы 2011 жылғы Фукусима Дайичи ядролық апаты, 1960 жылдарғы реактор конструкциясында болған, көптеген елдерде ядролық қауіпсіздік және ядролық энергия саясатын қайта қарастыруға себеп болды. Фукусимадан кейін, 2011 жылы Халықаралық Энергия Агенттігі 2035 жылға дейін салынатын қосымша ядролық энергия қуатын екі есеге азайтты.

Жарылыс экономикасы

[[Файл:Энергия көздеріне әлемдік мемлекеттік қолдау (Ipsos 2011).png|thumb|Фукусимадан кейін ядролық бөлінуге әлемдік жұртшылықтың қолдауының төмендігі (Ipsos зерттеуі, 2011 ж.). Арзан газ қолжетімді және оның болашақ жабдылуы салыстырмалы түрде сенімді болған жағдайда, бұл ядролық жобалар үшін де үлкен мәселе тудырады. Көптеген елдерде бұрынғыда құрылыс шығындары, пайдалану нәтижелері, отын бағасы және басқа факторлармен байланысты тәуекелдерді жеткізушілер емес, тұтынушылар көтерген. Көптеген елдер қазір электр нарығын либерализациялады, онда осы тәуекелдер және капиталдық шығындар қайтарылғанға дейін арзан бәсекелестер пайда болу қаупі қондырғыларды жеткізушілер мен операторларға жүктеледі, тұтынушыларға емес, бұл жаңа атом электр станцияларының экономикалық тиімділігін бағалауда маңызды айырмашылыққа әкеледі.

Шығындар

Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған және салынып жатқан жаңа атом электр станцияларының құны, участақтағы пайдаланылған ядролық отынды басқаруға қойылатын талаптардың күшеюі және жобалық негіздегі қауіп-қатерлердің артуына байланысты өсуі мүмкін. Құрылысы жүріп жатқан EPR сияқты жаңа үлгідегі станциялар кешігуде және бюджеттен асып түсуде. Бүкіл әлемде салынып жатқан жеті Оңтүстік Кореяның APR 1400 реакторының екеуі Оңтүстік Кореядағы Хануль атом электр стансасында, ал төртеуі 2016 жылғы мәлімет бойынша әлемдегі ең ірі атом электр стансасы құрылысы болып табылатын Біріккен Араб Эмираттарындағы жоспарланған Барака атом электр стансасында салынуда. Бірінші реактор, Барака-1 құрылысының 85% аяқталды және 2017 жылы электр желісіне қосылу жоспарланған. Құрылыстағы төрт EPR реакторының екеуі (Финляндияда және Францияда) සැලකිය යුතු дәрежеде кешігуде және бюджеттен айтарлықтай асып түсті.

Жаңартылатын көздер

Күн сәулесінің фотоэлектрлік энергиясы арқылы жаңартылатын энергияның қуаты тұрақты түрде өсіп келеді. Жаңартылатын энергия, әдетте, адам өмірінің барысында табиғи түрде қайта толығатын ресурстардан алынатын энергия ретінде анықталады, мысалы, күн сәулесі, жел, жаңбыр, толқындар, су тасқыны және геотермалдық жылу. Жаңартылатын энергия дәстүрлі отындарды төрт негізгі сала бойынша алмастырады: электр энергиясын өндіру, ыстық су/жайлау жылыту, мотор отындары және ауылдық (желіден тыс) энергия қызметтері. Биомассаны да пайдалануды ескерсек, жаһандық энергия тұтынудың шамамен 19%-ын жаңартылатын ресурстар құрайды. Жел энергиясын өндіру маңызды жаңартылатын энергия көзіне айналуда, 2021 жылы жаһандық жел қуатын 12%-ға арттырды. Барлық елдерде осылай болмаса да, үлгі ретінде алынған елдердің 58%-ы жаңартылатын энергияны тұтынудың экономикалық өсуге оң әсер ететінін көрсетті. Ұлттық деңгейде әлемнің кем дегенде 30 елінде энергияның 20%-дан астамы жаңартылатын көздерден өндіріледі. Жаңартылатын энергияның ұлттық нарықтары алдағы он жылдықтарда және одан кейін де қарқынды өсуді жалғастырады деп күтілуде. [76]

Басқа энергия көздерінен айырмашылығы, жаңартылатын энергия көздері географиялық жағдайлармен шектелмейді. Сонымен қатар, жаңартылатын энергияны енгізу экономикалық пайда әкеледі және климаттың өзгеруімен күресуге көмектеседі. Ауылдық жерлерді электрмен қамтамасыз ету көптеген жерлерде зерттелді, нәтижесінде коммерциялық шығындарға, құрылғыларды пайдалануға және энергияны қажет ететін жалпы шараларға оң әсері байқалды. Кем дегенде 38 елде жаңартылатын энергияның өсуіне электр энергиясын пайдаланудың жоғары деңгейі ықпал етті. Күн және жел сияқты жаңартылатын көздерді дамытуға халықаралық қолдау көрсету жалғасуда. Көптеген жаңартылатын энергия жобалары ірі масштабты болғанымен, жаңартылатын технологиялар ауылдық және шалқар аймақтарға, сондай-ақ дамытушы елдерге де қолайлы, себебі энергия адам дамуы үшін өте маңызды. Адамзаттың дамуы тұрақты түрде жалғасуын қамтамасыз ету үшін әлем елдерінің үкіметтері өз елдері мен экономикаларына жаңартылатын көздерді енгізудің мүмкіндіктерін зерттеуді бастады. Мысалы, Ұлыбританияның Энергетика және климаттық өзгерістер департаментінің 2050 Pathways жобасы энергиямен жабдықтау технологиялары арасындағы жер пайдалану бәсекелестігі туралы халықты білім беру үшін карта жасау әдісін жасады. Бұл құрал пайдаланушыларға айналасындағы жерлердің және елдің энергия өндіру мүмкіндіктері мен шектеулерін түсінуге көмектеседі.

Биоотын

Биоотын – геологиялық тұрғыдан жаңадан пайда болған көміртектік бекітуден алынған энергияны қамтитын отын. Бұл отын тірі организмдерден өндіріледі. Осы көміртектік бекітудің мысалдары өсімдіктер мен микротоқыраларда кездеседі. Бұл отын биомассаны өңдеу арқылы жасалады (биомасса – жақында тіршілік еткен организмдер, көбінесе өсімдіктер немесе өсімдік тектес материалдар). Бұл биомассаны энергияға толы заттарға үш түрлі жолмен айналдыруға болады: жылулық өңдеу, химиялық өңдеу және биохимиялық өңдеу. Биомассаны өңдеу нәтижесінде отын қатты, сұйық немесе газ күйінде шығуы мүмкін. Бұл жаңа биомасса биоотын өндіру үшін қолданылады. Биоотынның танымалдылығының артуына мұнай бағасының өсуі және энергия қауіпсіздігіне қажеттілік себеп. Биоэтанол – көбінесе жүгері немесе қант қамысы сияқты қант немесе крахмал дақылдарынан алынатын көмірсулардың ашыту арқылы жасалатын спирті. Сондай-ақ, ағаш және шөп сияқты тағамдық емес көздерден алынатын целлюлозалы биомасса да этанол өндірісі үшін шикізат ретінде әзірленуде. Этанолды көлік құралдарында таза күйінде отын ретінде пайдалануға болады, бірақ көбінесе октанды арттыру және көлік құралдарының шығарындыларын жақсарту үшін бензинге қоспа ретінде қолданылады. Биоэтанол АҚШ және Бразилияда кеңінен қолданылады. Қазіргі зауыттардың конструкциясы өсімдік шикізатының лигнин бөлігін ферментация арқылы отын компоненттеріне айналдыру мүмкіндігін қарастырмайды. Биодизель – өсімдік майлары мен жануар майларынан жасалады. Биодизельді көлік құралдарында таза күйінде отын ретінде пайдалануға болады, бірақ көбінесе дизельдік көліктердегі бөлшектердің, көміртек монооксидінің және көмірсутектердің мөлшерін азайту үшін дизельге қоспа ретінде қолданылады. Биодизель майлар немесе майлардан трансэстерификация арқылы өндіріледі және Еуропадағы ең көп таралған биоотын болып табылады. Жаңаруға жарамды отынды декарбоксилдеу арқылы өндіру бойынша зерттеулер жүргізілуде.

2010 жылы әлемдік биоотын өндірісі 105 миллиард литрге (28 миллиард АҚШ галлоны) жетті, бұл 2009 жылдан 17%-ға артық, ал биоотын әлемдік автомобиль көлігі үшін қажетті отынның 2,7%-ын құрады, оның көп бөлігі этанол мен биодизельден тұрады. 2010 жылы әлемдік этанол отыны өндірісі 86 миллиард литрге (23 миллиард АҚШ галлоны) жетті, АҚШ және Бразилия әлемдегі ең ірі өндірушілер болып табылады және олардың үлесі әлемдік өндірістің 90%-ын құрайды. Әлемдегі ең ірі биодизель өндіруші – Еуропалық Одақ, ол 2010 жылы барлық биодизель өндірісінің 53%-ын құрады.

Теңіздік

Теңіздің жаңартылатын энергиясы (ТЖЭ) немесе теңіз қуаты (кейде мұхит энергиясы, мұхит қуаты немесе теңіз және гидрокинетикалық энергия деп те аталады) – мұхит толқындарының, ағымдарының және таяпсырманың механикалық энергиясы, тұздылық градиенттерінің өзгеруі және мұхит температурасының айырмашылығынан туындайтын энергияны білдіреді. ТЖЭ мұхиттардың циклдік сипатының арқасында сенімді және жаңартылатын энергия көзіне айналу әлеуетіне ие. Әлемдік мұхиттардағы судың қозғалысы кинетикалық энергияның, яғни қозғалыстағы энергияның мол қорын құрайды. Бұл энергияны үйлерді, көлікті және өнеркәсіпті қуаттандыру үшін электр энергиясын өндіруге пайдалануға болады. Теңіз энергиясы термині толқын қуатын, яғни беттік толқындардан алынатын қуатты, және таяпсырма қуатын, яғни қозғалатын судың үлкен массаларының кинетикалық энергиясынан алынатын қуатты қамтиды. Теңіздегі жел қуаты теңіз энергиясының бір түрі емес, себебі жел қуаты желден алынады, тіпті жел турбиналары суға орналастырылған болса да. Мұхиттарда энергияның мол мөлшері бар және олар көптеген, тіпті ең шоғырланған халықтарға жақын орналасқан. Мұхит энергиясы бүкіл әлемде жаңа жаңартылатын энергияның маңызды көзін қамтамасыз етуге қабілетті. Теңіз энергиясы технологиясы дамудың бастапқы кезеңінде. Дамыту үшін ТЖЭ-ге энергияны тиімді сақтау, тасымалдау және жинақтау қажет, осылайша оны қажетті жерде қолдануға болады. Соңғы жыл ішінде әлем елдері ТЖЭ-ні коммерцияландыру үшін нарықтық стратегияларды енгізе бастады. Канада мен Қытай инвестициялар мен жоба дамытушыларға тұрақты табыс әкелетін, ТЖЭ үшін нарықтық бағадан жоғары бағалы «азық-түлік тарифтері» (FiT) сияқты ынталандыру шараларын ұсынды. Басқа қаржылық стратегияларға субсидиялар, гранттар және мемлекеттік-жеке серіктестіктер (МЖС) арқылы қаржы алу кіреді. Қытай 2019 жылы 100 мұхит жобасын мақұлдады. Португалия мен Испания Париж келісімінің мақсаттарына жету үшін маңызды болып табылатын көміртегінің шығарылымын азайтуды үдетудегі ТЖЭ әлеуетін мойындайды. Екі ел де жеке инвестицияларды тарту, шығындарды азайту және ТЖЭ өсуін үдету үшін күн энергиясы және теңіздегі жел аукциондарына басымдық береді. Ирландия ТЖЭ-ні өзінің көміртегі ізінің азаюына үлкен үлес қосатын маңызды компонент деп санайды. Теңіздегі жаңартылатын энергияны дамыту жоспары (ТЖЭДЖ) елдің маңызды теңіз энергиясы әлеуетін зерттеуге және дамытуға қолдау көрсетеді. Сонымен қатар, Ирландия жаңартылатын электр энергиясын қолдау схемасын (ЖЭҚК) енгізді, ол қоғамдық қауымдастықтарға қаржылық қолдау көрсетуге, технологиялық әртүрлілікті арттыруға және энергия қауіпсіздігін қамтамасыз етуге бағытталған аукциондарды қамтиды. Дегенмен, зерттеулер артып келе жатқандықтан, теңіз сүтқоректілеріне, олардың мекендеу орындарына қауіп төндіретін және мұхит ағындарының өзгеруіне қатысты алаңдаушылықтар туындады. ТЖЭ жағалаудағы қауымдастықтар үшін жаңартылатын энергия көзі болуы мүмкін, олардың табиғи отыннан өтуіне көмектеседі, бірақ зерттеушілер оның қоршаған ортаға тигізетін әсерін жақсырақ түсінуге шақырады. Мұхит энергиясы аймақтары көбінесе балық аулау және теңіз трафигінен оқшауланғандықтан, бұл аймақтар кейбір теңіз түрлері үшін адамдар мен хищниктерден қоршаған ортаны қамтамасыз етуі мүмкін. ТЖЭ құрылғылары көптеген балықтар, раковиналар, моллюскалар және балыққұстар үшін қолайлы орын болуы мүмкін, сондай-ақ теңіз құстары мен теңіз сүтқоректілеріне тікелей әсер етуі мүмкін, себебі олар сол түрлермен қоректенеді. Сонымен қатар, мұндай аймақтар жақын жердегі биоәртүрлілікті арттыра отырып, «жасанды риф эффектін» тудыруы мүмкін. Технологиядан туындайтын шудың ластануы шектеулі, сонымен қатар орнату аумағында тұратын балықтар мен сүтқоректілердің қайта оралуына себепші болады. ТЖЭ туралы соңғы ғылыми есепте авторлар балықтардың, сүтқоректілердің немесе теңіз құстарының соқтығысу, шудың ластануы немесе электромагниттік өрістен зақымдануы туралы ешқандай дәлел жоқ екенін мәлімдейді. Оның қоршаған ортаға тигізетін әсерінің белгісіздігі бүгінгі күні мұхитта деректер жиналатын ТЖЭ құрылғыларының аз санынан туындайды.

Marine Renewable Energy (MRE) or marine power (also sometimes referred to as ocean energy, ocean power, or marine and hydrokinetic energy) refers to the energy carried by the mechanical energy of ocean waves, currents, and tides, shifts in salinity gradients, and ocean temperature differences. MRE has the potential to become a reliable and renewable energy source because of the cyclical nature of the oceans. The movement of water in the world's oceans creates a vast store of kinetic energy or energy in motion. This energy can be harnessed to generate electricity to power homes, transport, and industries. The term marine energy encompasses both wave power, i. e. power from surface waves, and tidal power, i. e. obtained from the kinetic energy of large bodies of moving water. Offshore wind power is not a form of marine energy, as wind power is derived from the wind, even if the wind turbines are placed over water. The oceans have a tremendous amount of energy and are close to many if not most concentrated populations. Ocean energy has the potential to provide a substantial amount of new renewable energy around the world. Marine energy technology is in its first stage of development. To be developed, MRE needs efficient methods of storing, transporting, and capturing ocean power, so it can be used where needed. Over the past year, countries around the world have started implementing market strategies for MRE to commercialize. Canada and China introduced incentives, such as feed in tariffs (FiTs), which are above market prices for MRE that allow investors and project developers a stable income. Other financial strategies consist of subsidies, grants, and funding from public private partnerships (PPPs). China alone approved 100 ocean projects in 2019. Portugal and Spain recognize the potential of MRE in accelerating decarbonization, which is fundamental to meeting the goals of the Paris Agreement. Both countries are focusing on solar and offshore wind auctions to attract private investment, ensure cost effectiveness, and accelerate MRE growth. Ireland sees MRE as a key component to reduce its carbon footprint. The Offshore Renewable Energy Development Plan (OREDP) supports the exploration and development of the country's significant offshore energy potential. Additionally, Ireland has implemented the Renewable Electricity Support Scheme (RESS) which includes auctions designed to provide financial support for communities, increase technology diversity, and guarantee energy security. However, while research is increasing, there have been concerns associated with threats to marine mammals, habitats, and potential changes to ocean currents. MRE can be a renewable energy source for coastal communities helping their transition from fossil fuel, but researchers are calling for a better understanding of its environmental impacts. Because ocean energy areas are often isolated from both fishing and sea traffic, these zones may provide shelter from humans and predators for some marine species. MRE devices can be an ideal home for many fish, crayfish, mollusks, and barnacles; and may also indirectly affect seabirds, and marine mammals because they feed on those species. Similarly, such areas may create an "artificial reef effect" by boosting biodiversity nearby. Noise pollution generated from the technology is limited, also causing fish and mammals living in the area of the installation to return. In the most recent State of Science Report about MRE, the authors claim that there is no evidence for fish, mammals, or seabirds to be injured by either collision, noise pollution, or the electromagnetic field. The uncertainty of its environmental impact comes from the low quantity of MRE devices in the ocean today where data is collected.

100% жаңартылатын энергия

Жаһандық жылыну және басқа да экологиялық және экономикалық мәселелер электр энергиясын, көлікті немесе тіпті бүкіл әлемде бастапқы энергиямен жабдықтау үшін 100% жаңартылатын энергияны пайдалануға ынталанды. Жаңартылатын энергияны пайдалану барлық күткеннен де жылдам өсті. Климаттың өзгеруі жөніндегі үкіметаралық топтың мәлімдемесіне сәйкес, жаһандық энергия сұранысының көп бөлігін қанағаттандыру үшін жаңартылатын энергия технологияларының жиынтығын интеграциялауға ешқандай маңызды технологиялық шектеулер жоқ. Әлемдегі кем дегенде 30 елде ұлттық деңгейде энергияның 20% астамы жаңартылатын көздерден алынуда. Стивен В. Пакала мен Роберт Х. Соколоу өмір сапасын сақтай отырып, катастрофалық климаттық өзгерістерден аулақ болуға мүмкіндік беретін «тұрақтандыру клиндері» сериясын жасады, ал «жаңартылатын энергия көздері» олардың «клиндерінің» ең көп санынан тұрады. Марк З. Джейкобсон 2030 жылға дейін жел, күн және су энергиясын пайдаланып барлық жаңа энергияны өндірудің мүмкін екенін, ал 2050 жылға дейін қолданыстағы энергиямен жабдықтау жүйесін алмастыруға болатынын айтады. Жаңартылатын энергия жоспарын іске асырудағы кедергілер «негізінен әлеуметтік және саяси сипатта, технологиялық немесе экономикалық емес». Джейкобсонның пікірінше, жел, күн және су жүйелерімен қамтамасыз етілген энергия құны бүгінгі энергия құнымен салыстырылатын болуы керек. Сол сияқты, АҚШ-тағы тәуелсіз Ұлттық зерттеу кеңесі «жеткілікті ішкі жаңартылатын ресурстар болашақта электр энергиясын өндіруде жаңартылатын электр энергиясының маңызды рөл атқаруына мүмкіндік береді, сондай-ақ климаттың өзгеруі, энергия қауіпсіздігі және энергия бағасының өсуі сияқты мәселелерді шешуге көмектеседі» деп атап өтті. Жаңартылатын энергия тартымды нұсқа, себебі АҚШ-тағы жаңартылатын ресурстар, жиынтығында, қазіргі немесе күтілетін ішкі сұраныстан әлдеқайда көп электр энергиясын қамтамасыз ете алады. «100% жаңартылатын энергия» тәсіліне Вацлав Смил мен Джеймс Э. Хансен сын таныстырады. Смил мен Хансен күн және жел энергиясының өндірісінің тұрақсыздығына алаңдайды, бірақ Амори Ловинс электр желісі осы мәселені шеше алады, өйткені ол үнемі жұмыс істемейтін көмір және ядролық электр стансаларын жұмыс істейтін стансалармен қолдайды. Google «Жаңартылатын энергия көмірден арзан» жобасына 30 миллион доллар жұмсады, мақсаты жаңартылатын энергияны дамыту және катастрофалық климаттық өзгерістерді болдырмау болды. Алайда, жоба жаңартылатын энергияның қарқынды дамуының ең жақсы сценарийі 2050 жылға қарай шығарылымды табиғи отынның күтілетін деңгейінен 55% ғана төмендетуге мүмкіндік беретіні анықталғаннан кейін тоқтатылды.

The incentive to use 100% renewable energy, for electricity, transport, or even total primary energy supply globally, has been motivated by global warming and other ecological as well as economic concerns. Renewable energy use has grown much faster than anyone anticipated. The Intergovernmental Panel on Climate Change has said that there are few fundamental technological limits to integrating a portfolio of renewable energy technologies to meet most of total global energy demand. At the national level, at least 30 nations around the world already have renewable energy contributing more than 20% of energy supply. Also, Stephen W. Pacala and Robert H. Socolow have developed a series of "stabilization wedges" that can allow us to maintain our quality of life while avoiding catastrophic climate change, and "renewable energy sources," in aggregate, constitute the largest number of their "wedges." Mark Z. Jacobson says producing all new energy with wind power, solar power, and hydropower by 2030 is feasible and existing energy supply arrangements could be replaced by 2050. Barriers to implementing the renewable energy plan are seen to be "primarily social and political, not technological or economic". Jacobson says that energy costs with a wind, solar, water system should be similar to today's energy costs. Similarly, in the United States, the independent National Research Council has noted that "sufficient domestic renewable resources exist to allow renewable electricity to play a significant role in future electricity generation and thus help confront issues related to climate change, energy security, and the escalation of energy costs Renewable energy is an attractive option because renewable resources available in the United States, taken collectively, can supply significantly larger amounts of electricity than the total current or projected domestic demand." Critics of the "100% renewable energy" approach include Vaclav Smil and James E. Hansen. Smil and Hansen are concerned about the variable output of solar and wind power, but Amory Lovins argues that the electricity grid can cope, just as it routinely backs up nonworking coal fired and nuclear plants with working ones. Google spent $30 million on their "Renewable Energy Cheaper than Coal" project to develop renewable energy and stave off catastrophic climate change. The project was cancelled after concluding that a best case scenario for rapid advances in renewable energy could only result in emissions 55 percent below the fossil fuel projections for 2050.

Теңіз және құбыр жолдары

Көмір, мұнай және олардың туындылары кеме, теміржол немесе автомобиль жолдары арқылы жеткізіледі. Мұнай мен табиғи газ құбыр арқылы, ал көмір – суспензиялық құбыр арқылы жеткізілуі мүмкін. Бензин және сұйық газ сияқты отындар әуе көлігімен де жеткізілуі мүмкін. Табиғи газ құбырларының дұрыс жұмыс істеуі үшін белгілі бір ең төменгі қысымды сақтауы қажет. Этанолды тасымалдау және сақтаудың жоғары құны көбінесе тыйым салады.

Қуатты сымсыз беру

Сымсыз қуат беру – электр энергиясын қуат көзінен электр жүктемесіне, қуат көзін қосатын сымдарсыз жіберу процесі. Қазіргі қолда бар технологиялардың қуаты төмен және қысқа қашықтықта ғана қолданылады. Айналадағы күн энергиясын жинағыштары Жерге қуатты сымсыз жіберуді қажет етеді. Ұсынылған әдіс микротолқынды радио толқындарының үлкен шоғын жасап, оны Жердегі жинағыш антеннаға бағыттауды көздейді. Мұндай схеманың қауіпсіздігі мен пайдалылығын қамтамасыз ету үшін көптеген техникалық қиындықтар бар.

Сақтау

Ffestiniog электр станциясы Уэльсте, Ұлыбританияда орналасқан. Желілік энергияны сақтау үшін насостық жинақтағыш гидроэлектр станциясы (PSH) пайдаланылады. Энергияны сақтау энергияны кейінірек пайдалы жұмыс істеу үшін жинақтайтын құрылғылар немесе физикалық орталар арқылы жүзеге асырылады. Энергияны сақтайтын құрылғы кейде аккумулятор деп аталады. Энергияның барлық түрлері потенциалдық энергия (мысалы, химиялық, гравитациялық, электр энергиясы, температура айырмашылығы, жасырын жылу және т.б.) немесе кинетикалық энергия (мысалы, импульс) болып бөлінеді. Кейбір технологиялар энергияны қысқа мерзімге ғана сақтайды, ал басқалары, мысалы, сутек немесе метанды газға айналдыру, немесе терең артезиан құдықтарында немесе тау жыныстарында маусымдар арасында жылуды немесе суықты сақтау сияқты ұзақ мерзімді сақтауға мүмкіндік береді. Бұралатын сағат потенциалдық энергияны (бұл жағдайда механикалық, серіппедегі кернеуді), батарея ұялы телефонды жұмыс істету үшін оңай түрлендірілетін химиялық энергияны, ал гидроэлектрлік бөгет энергияны резервуарда гравитациялық потенциалдық энергия ретінде сақтайды. Мұз сақтау резервуарлары түнде мұзды (латентті жылу түріндегі жылу энергиясын) салқындатуға қажеттің ең жоғары сұранысын қанағаттандыру үшін жинақтайды. Көмір және бензин сияқты қазба отындар күн сәулесінен алынған ежелгі энергияны сақтайды, бұл энергияны организмдер күн сәулесі арқылы сіңіріп, кейіннен өлген, жерге көмілген және уақыт өте келе осы отынға айналған. Тіпті тағам да (оның өзі қазба отындар сияқты өндіріледі) химиялық түрінде сақталған энергияның бір түрі болып табылады.

Тұрақтылық

thumb|upright=1.8|1989-1999 жылдар аралығындағы энергия тұтыну

Экологиялық қозғалыс энергияны пайдалану мен дамытудың тұрақтылығын қанағаттандыруға баса назар аударды. Жаңартылатын энергия өндірісі тұрақты; қолда бар қорлар көрінетін болашақта – миллиондаған немесе миллиардтаған жылдар бойы таусылмайды. "Тұрақтылық" дегеніміз – қоршаған ортаның қалдықтарды, әсіресе ауаның ластануын сіңіру қабілеті. Жел, күн және су энергиясы сияқты тікелей қалдықтарды өндірмейтін көздер осы тұрғыдан қарастырылады. Әлемдегі энергияға деген сұраныс өсуде, сондықтан түрлі энергия көздерін пайдалану қажеттілігі де артуда. Энергияны сақтау – энергияны дамытуға қарама-қарсы немесе толықтыратын процесс. Ол энергияны тиімді пайдалану арқылы оған деген сұранысты азайтады.

Қаттылық

Кейбір сарапшылар "энергия тәуелсіздігі" идеясы – шындыққа сай келмейтін және түсініксіз ұғым деп санайды. "Энергиялық төзімділік" деген балама ұсыныс экономикалық, қауіпсіздік және энергия саласындағы нақты жағдайларға сәйкес келетін мақсат. Энергияның төзімділігі туралы түсінік 1982 жылы жарық көрген "Нақтықсыз Күш: Ұлттық қауіпсіздік үшін энергия стратегиясы" кітабында егжей-тегжейлі сипатталған. Авторлар тек ішкі энергия көздеріне көшудің өзі қауіпсіздікке кепілдік бермейтінін, себебі нақты әлсіздік – елдің өзара байланысты және осал энергетикалық инфрақұрылымында жатыр деп мәлімдейді. Газ құбырлары және электр желісі сияқты маңызды элементтер көбінесе орталықтандырылған және оңай бұзылуға жағдайлы. Олардың қорытындысы бойынша, ұлттық қауіпсіздік пен қоршаған орта үшін "төзімді энергиямен қамтамасыз ету" қажет. Олар энергия тиімділігіне және таратылған жаңартылатын энергия көздеріне баса назар аударуды ұсынады. 2008 жылы Intel корпорациясының бұрынғы төрағасы және бас директоры Эндрю Гроув энергияның төзімділігіне ден қойды, толық тәуелсіздіктің энергияның жаһандық нарығын ескере отырып, мүмкін емес екенін айтты. Ол энергияны төзімділік деп энергиямен қамтамасыз етудегі үзілістерге бейімделу қабілеті деп сипаттайды. Ол АҚШ-тың электр энергиясын кеңінен пайдалануын ұсынады. Электр энергиясын алуан түрлі көздерден өндіруге болады. Энергия көздерінің әртүрлілігі кез келген бір көздің жеткізілімін тоқтатудың салдарына аз ұшырайды. Ол электрлендірудің тағы бір ерекшелігі – электр энергиясының "берік" болуы екенін айтады, яғни АҚШ-та өндірілген электр энергиясы ел ішінде қалады, өйткені оны теңіз арқылы тасымалдау мүмкін емес. Гроувтың пікірінше, электрлендіруді және энергияның төзімділігін арттырудың маңызды аспектісі – АҚШ-тың автокөліктік паркін бензинмен жұмыс істейтіннен электрмен жұмыс істейтінге ауыстыру болып табылады. Бұл өз кезегінде электр желісін жаңғыртуды және кеңейтуді талап етеді. The Reform Institute сияқты ұйымдар атап өткендей, дамып келе жатқан "ақылды желі" технологиялары желіге бірден көп көліктерді қосып, батареяларын зарядтау мүмкіндігін жеңілдетеді.

Some observers contend that idea of "energy independence" is an unrealistic and opaque concept. The alternative offer of "energy resilience" is a goal aligned with economic, security, and energy realities. The notion of resilience in energy was detailed in the 1982 book Brittle Power: Energy Strategy for National Security. The authors argued that simply switching to domestic energy would not be secure inherently because the true weakness is the often interdependent and vulnerable energy infrastructure of a country. Key aspects such as gas lines and the electrical power grid are often centralized and easily susceptible to disruption. They conclude that a "resilient energy supply" is necessary for both national security and the environment. They recommend a focus on energy efficiency and renewable energy that is decentralized. In 2008, former Intel Corporation Chairman and CEO Andrew Grove looked to energy resilience, arguing that complete independence is unfeasible given the global market for energy. He describes energy resilience as the ability to adjust to interruptions in the supply of energy. To that end, he suggests the U. S. make greater use of electricity. Electricity can be produced from a variety of sources. A diverse energy supply will be less affected by the disruption in supply of any one source. He reasons that another feature of electrification is that electricity is "sticky" – meaning the electricity produced in the U. S. is to stay there because it cannot be transported overseas. According to Grove, a key aspect of advancing electrification and energy resilience will be converting the U. S. automotive fleet from gasoline powered to electric powered. This, in turn, will require the modernization and expansion of the electrical power grid. As organizations such as The Reform Institute have pointed out, advancements associated with the developing smart grid would facilitate the ability of the grid to absorb vehicles en masse connecting to it to charge their batteries.

Энергетикалық технологиялар

Энергетикалық технология – энергияны тиімді, қауіпсіз, экологиялық таза және экономикалық тұрғыдан пайдалы өндіру, түрлендіру, тасымалдау, сақтау және қолданумен айналысатын, адамдарға, табиғатқа және қоршаған ортаға зиянды әсерлерді болдырмай, жоғары тиімділікке қол жеткізуге бағытталған пәнаралық инженерлік ғылым. Энергия адамдар үшін аса қажеттілік, және ол шектеулі ресурс болғандықтан, саяси қақтығыстар мен соғыстардың түпкі себебі болып табылады. Энергия ресурстарын жинау және пайдалану жергілікті экожүйелерге зиян келтіріп, жаһандық салдарларға әкелуі мүмкін. Энергия – жұмыс атқару қабілеті. Біз тағамнан энергия аламыз. Энергия түрлі формаларда болуы мүмкін, мысалы, кинетикалық, потенциалдық, механикалық, жылулық, жарық және т.б. Энергия жеке адамдар мен бүкіл қоғам үшін жарықтандыру, жылыту, тамақ дайындау, қозғалыс, өнеркәсіп, көлік және тағы басқалары үшін қажет. Негізінен, энергия көзіне байланысты екі түрі бар: 1. Жаңаруға жарамды энергия көздері 2. Жаңаруға жарамсыз энергия көздері.

Электр техникасы

Электр энергетикасы электр энергиясын өндіру және пайдаланумен айналысады, бұл генераторлар, электр қозғалтқыштары және трансформаторлар сияқты машиналарды зерттеуді қамтиды. Инфрақұрылымға қосалқы станциялар мен трансформаторлық станциялар, электр желілері және электр кабельдері кіреді. Жүктемені басқару және желілерде қуатты басқару жалпы энергия тиімділігіне маңызды әсер етеді. Электрмен жылыту да кеңінен қолданылады және зерттеледі.

Термодинамика

Термодинамика энергияны түрлендірудің негізгі заңдарын зерттейді және теориялық физика негізінде құрылған.

Жылу және химиялық энергия

Жылу және химиялық энергия химия және экологиялық зерттеулермен тығыз байланысты. Жағу процесі түрлі жану майларын, химиялық қозғалтқыштарды, пештерді, күйдіргіштерді және олардың энергия тиімділігін, қоршаған ортаға зияндылығын, жұмыс істеу қауіпсіздігін қамтиды. Газ тазарту технологиясы әртүрлі механикалық, жылулық және химиялық тазалау әдістері арқылы ауаның ластануын азайтуға бағытталған. Газ шығарындыларын бақылау технологиясы – процестік және химиялық инженерияның бір саласы. Қазандық технологиясы қолданбалы механика және материалдар инженериясынан алынған бу қазандықтары мен турбиналарды (сонымен қатар ядролық энергия өндірінде де қолданылады, төменде қараңыз) жобалау, құрылыс және пайдаланумен айналысады. Энергияны түрлендіру ішкі жану қозғалтқыштары, турбиналар, сорғылар, желдеткіштер және т.б. арқылы көлік, механикалық энергия және қуат өндіру үшін қолданылады. Жоғары жылулық және механикалық жүктемелер жұмыс істеу қауіпсіздігіне қатысты мәселелерді тудырады, олар қолданбалы инженерия ғылымының көптеген салаларында қарастырылады.

Ядролық энергия

Ядролық технология ядролық реакторлардан ядролық энергия өндірумен, ядролық отынды өңдеумен және радиоактивті қалдықтарды кәдеге келтірумен айналысады, бұл қолданбалы ядролық физика, ядролық химия және сәулелену ғылымы негізінде жүзеге асырылады. Ядролық энергияны өндіру көптеген елдерде ондаған жылдар бойы саяси тұрғыдан даулы мәселе болып келді, бірақ ядролық бөліну арқылы алынатын электр энергиясы бүкіл әлем үшін маңызды. Күні келе синтездік технологиялар көптеген бөліну реакторларын алмастырады деген үміт зор, алайда бұл әлі де ядролық физиканың зерттеу саласы болып табылады.

Жаңартылатын энергия

Жаңартылатын энергияның көптеген тармақтары бар.

Жел қуаты

Жел турбиналары жел энергиясын электр энергиясына айналдырады, айналатын роторды генераторға қосу арқылы. Жел турбиналары атмосфералық ағындардан энергия алады және механикалық және электр инженериясынан алынған біліммен қатар аэродинамикалық принциптерді пайдалана отырып жобаланады. Жел аэродинамикалық ротор қанаты арқылы өтеді, бұл қанаттың екі жағында жоғары және төмен қысым аймақтарын жасайды. Ауа қысымының айырмашылығынан көтерілу және қарсылық күштері пайда болады. Көтерілу күші қарсылық күшінен басым болғандықтан, генераторға қосылған ротор айналады. Энергия аэродинамикалық күштің генератордың айналуына өтуі нәтижесінде пайда болады. Ең тиімді жаңартылатын энергия көздерінің бірі ретінде танылған жел энергиясы әлемде маңыздырақ болып келеді және кеңінен қолданылуда. Жел энергиясын өндіру үшін су қолданылмайды, сондықтан ол суы аз аймақтар үшін энергияның жақсы көзі болып табылады. Жел энергиясын ағымдағы болжамдарға сәйкес климат өзгерген жағдайда да өндіруге болады, өйткені ол тек желге тәуелді.

Геотермиялық

Жердің терең қабаттарында қызған тау жыныстарының балқыған күйіндегі магма қабаты бар. Магмадан шығатын жоғары температура жақын жердегі жер асты суларын қыздырады. Мұндай жылудан пайдалану үшін әртүрлі технологиялар жасалған, мысалы, түрлі электр станциялары (құрғақ, күшті булы немесе екілік), жылу сорғылары немесе ұңғымалар. Бұл жылуды пайдалану процестеріне әртүрлі нысандағы инфрақұрылым кіреді, оның ішінде ыстық сумен немесе одан пайда болатын бумен айналатын турбина болады. Айналатын турбина генераторға қосылып, энергия өндіреді. Жақындағы жаңалық – 10 фут тереңдіктегі топырақтың тұрақты температурасын пайдаланып, құрылыстарға жылу беруге немесе алуға арналған жабық циклды жүйелерді қолдану.

Су энергиясы

Су энергиясы өзендер, мұхит толқындары және толқулардан механикалық энергия алады. Азаматтық инженерия бөгеттер, туннельдер, су жолдары мен жағалау ресурстарын гидрология және геология арқылы зерттеуге және салуға қолданылады. Ағын сумен қозғалатын төмен жылдамдықты су турбинасы электр генераторын қуаттандырып, электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді.

Биоэнергия

Биоэнергия биологиялық өндірісте, ауыл шаруашылығында және орман шаруашылығында өсірілетін биомассаны жинау, өңдеу және пайдаланумен айналысады, одан электр станциялары жағармай алады. Осы технологиялар арқылы жанар жағармай элементтері үшін этанол, метанол (екеуі де даулы) немесе сутегі өндірілуі мүмкін және оны электр энергиясын өндіру үшін қолдануға болады.

Қолайландырушы технологиялар

Жылу сорғылары және жылу энергиясын сақтау – жаңартылатын энергия көздерін пайдалануға мүмкіндік беретін технологиялар классы болып табылады. Бұл көздер температураның тым төмен болуы немесе энергия қолжетімділігі мен қажеттілігі арасындағы уақыт айырмасы салдарынан әдетте қолжетімсіз болады. Жылу сорғылары қолжетімді жаңартылатын жылу энергиясының температурасын арттырумен қатар, электр қуатын (немесе кейбір жағдайларда механикалық немесе жылу қуатын) төмен сапалы көзден (мысалы, теңіз суы, көл суы, жер, ауа немесе процестен шыққан қалдық жылу) қосымша энергия алу үшін пайдаланады. Жылуды сақтау технологиялары жылуды немесе суықты бірнеше сағаттан бастап, бір түнге дейін немесе маусымдық кезеңге дейін сақтауға мүмкіндік береді. Олар сезімдік энергияны (ортаның температурасын өзгерту арқылы) немесе жасырын энергияны (ортаның фазалық өзгерістері арқылы, мысалы, су мен суық немесе мұзға айналу арқылы) сақтауды қамтиды. Қысқа мерзімді жылу сақтау жүйелері жылу тарату немесе электр энергиясын тарату желілерінде жүктеменің шыңдарын тегістеу үшін қолданылады. Пайдалануға болатын жаңартылатын немесе баламалы энергия көздеріне табиғи энергия (мысалы, күн жылу коллекторлары арқылы жиналған немесе қыстың суығын жинауға арналған құрғақ салқындату мұнаралары), қалдық энергия (мысалы, ЖЖС жабдықтарынан, өнеркәсіптік процестерден немесе электр станцияларынан) немесе артық энергия (мысалы, су электр станцияларынан маусымдық немесе жел электр станцияларынан үзіліспен жиналатын энергия) жатады. Дрейк Лэндинг күн энергиясы қоғамдастығы (Альберта, Канада) осыған дәлел. Жерге терең бұрғылау арқылы жылу энергиясын сақтау арқылы, қоғамдық жыл бойы қажетті жылудың 97% -ын гараж шатырларына орнатылған күн коллекторларынан алады, оның көп бөлігі жазда жиналады. Сезімдік энергияны сақтаудың түрлеріне оқшауланған резервуарлар, қиыршық тастан тау жынысына дейінгі субстраттардағы бұрғылау кластерлері, терең артезиандық сулары немесе үстіне оқшауланған жай қапталған шұңқырлар жатады. Кейбір сақтау түрлері қарсы маусымдар арасында жылуды немесе суықты сақтауға қабілетті (әсіресе өте үлкен болса), ал кейбір сақтау жүйелеріне жылу сорғысын қосу қажет. Жасырын жылу әдетте мұз резервуарларында немесе фазалық өзгерістер материалдарында (ФӨМ) сақталады.

Heat pumps and Thermal energy storage are classes of technologies that can enable the utilization of renewable energy sources that would otherwise be inaccessible due to a temperature that is too low for utilization or a time lag between when the energy is available and when it is needed. While enhancing the temperature of available renewable thermal energy, heat pumps have the additional property of leveraging electrical power (or in some cases mechanical or thermal power) by using it to extract additional energy from a low quality source (such as seawater, lake water, the ground, the air, or waste heat from a process). Thermal storage technologies allow heat or cold to be stored for periods of time ranging from hours or overnight to interseasonal, and can involve storage of sensible energy (i. e. by changing the temperature of a medium) or latent energy (i. e. through phase changes of a medium, such between water and slush or ice). Short term thermal storages can be used for peak shaving in district heating or electrical distribution systems. Kinds of renewable or alternative energy sources that can be enabled include natural energy (e. g. collected via solar thermal collectors, or dry cooling towers used to collect winter's cold), waste energy (e. g. from HVAC equipment, industrial processes or power plants), or surplus energy (e. g. as seasonally from hydropower projects or intermittently from wind farms). The Drake Landing Solar Community (Alberta, Canada) is illustrative. borehole thermal energy storage allows the community to get 97% of its year round heat from solar collectors on the garage roofs, which most of the heat collected in summer. Types of storages for sensible energy include insulated tanks, borehole clusters in substrates ranging from gravel to bedrock, deep aquifers, or shallow lined pits that are insulated on top. Some types of storage are capable of storing heat or cold between opposing seasons (particularly if very large), and some storage applications require inclusion of a heat pump. Latent heat is typically stored in ice tanks or what are called phase change materials (PCMs).