Какие бытовые и производственные виды энергии существуют: Виды источников энергии и их влияние на окружающую среду

Энергетика — Что такое Энергетика?

Энергетика — это область хозяйственно-экономической деятельности, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование и распределение различных видов энергии.

Целью энергетики является обеспечение производства энергии путем преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую, энергию.

При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

• получение и концентрация энергетических ресурсов;
• передача ресурсов к энергетическим установкам;
• преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную;
• передача вторичной энергии потребителям.

Суммарное потребление первичной энергии в мире составляет (по состоянию на 1. 1.2017):

• нефть — 31,5%,
• уголь — 28%,
• природный горючий газ — 22%,
• биотопливо — 10%,
• АЭС — 5,5%,
• гидроэнергия — 2%,
• прочие источники энергии — 1%.

Топливно-энергетические ресурсы – важнейший фактор мировой политики и успешного развития мировой экономики.

Мировое потребление первичных энергоресурсов оценивается примерно в 10 млрд т нефтяного эквивалента в год.

Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданной энергетической системы (энергосистемы), которая представляет собой совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования всех видов энергии, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии, т. е. источников энергоресурсов, электростанций, котлов, турбин, генераторов, бойлеров, линий электропередачи, трансформаторов и потребителей электрической энергии.

Ключевыми показателями деятельности энергосистемы являются установленная мощность электростанций (сумма паспортных мощностей всех генераторов электростанции, которая может меняться в процессе реконструкции действующих генераторов или установки нового оборудования), выработка электроэнергии (как правило, их единичная электрическая мощность бывает от 500 до 1000 и более МВт) и потребление электроэнергии.

Энергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную энергетику.

Традиционная энергетика

Традиционная энергетика в начале 21 в. – основной поставщик электроэнергии в мире.

Ее получают на электростанциях (ТЭС, АЭС, ГЭС).

Нетрадиционная энергетика

А к нетрадиционной энергетике относятся возобновляемые источники энергии, включающие преобразование энергии солнечной радиации, внутренней теплоты Земли, энергии ветра, приливов; мини-ГЭС и микроГЭС; технологии получения биотоплива; магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), а также нетрадиционные технологии использования традиционных невозобновляемых источников энергии (топлив) – производство синтетического жидкого топлива, водоугольного топлива, технологии по переработке вторичных твердых бытовых отходов, новые энергетические установки или преобразователи (в т. ч. с прямым преобразованием) разных видов энергии в электрическую и тепловую, управляемый термоядерный синтез и др.

Последние новости

1.3. Энергия. Виды энергии и их особенности

Что представляет собой понятие «энергия», которое мы так часто используем? «Энергия» (греч. ενεργια – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. По большому счету понятие энергии, идея энергии искусственны и созданы специально для того, чтобы быть результатом наших размышлений об окружающем мире. В отличие от материи, о которой мы можем сказать, что она существует, энергия – это плод мысли человека, его «изобретение», построенное так, чтобы была возможность описать различные изменения в окружающем мире и в то же время говорить о постоянстве, сохранении чего-то, что было названо энергией. Для этой физической величины долгое время употреблялся термин «живая сила», введенный И. Ньютоном. Впервые в истории в понятие «живая сила» смысл «энергия», не произнося ещё этого слова, вкладывает Роберт Майер в статье «Замечания о силах неживой природы», опубликованной в 1842 году. Специальный термин «энергия» был введен в 1807 г. английским физиком Томасом Юнгом и обозначал величину, пропорциональную массе и квадрату скорости движущегося тела. В науку термин «энергия» в современном его смысле ввел Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1860 году.

Энергия проявляется в различных формах движения материи, заполняющей все мировое пространство. Свойством, присущим всем видам энергии и объединяющим их, является способность каждого вида энергии переходить при определенных условиях в любой другой ее вид в строго определенном количественном соотношении. Само название этого свойства – «закон сохранения и превращения энергии» – было введено в научное обращение Ф. Энгельсом, что позволило все виды энергии измерять в одних единицах. В качестве такой единицы принят джоуль (1 Дж =1 H · м =1 кг · м 2 /с 2). В то же время для измерения количества теплоты используют «старую» единицу – 1 кал (калория), для измерения механической энергии – величину 1 кГм = 9,8 Дж, электрической энергии – 1 кВт · ч = 3,6 МДж, при этом 1 Дж = 1 Вт · с.

Почти все виды энергии, рассматриваемые в технической термодинамике, за исключением тепловой, представляют собой энергию направленного движения. Так, механическая энергия проявляется в непосредственно наблюдаемом движении тел, имеющем определенное направление в пространстве (движение газа по трубе, полет снаряда, вращение вала и т. п.). Электрическая энергия проявляется в скрытом движении электронов по проводнику (электрический ток). Тепловая энергия выражается в молекулярном и внутримолекулярном хаотическом движении, представляя собой энергию хаотического движения атомов и молекул вещества. Тепловая энергия газов проявляется в колебательном, вращательном и поступательном движении молекул, которые постоянно меняют свою скорость по величине и направлению. При этом каждая молекула может беспорядочно перемещаться по всему объему газа. В твердых телах тепловая энергия проявляется в колебаниях молекул и атомов относительно положений, определяемых кристаллической структурой вещества, в жидкостях – в колебании и перемещении молекул или их комплексов. Следовательно, коренным отличием тепловой энергии от других видов энергии является то, что она представляет собой энергию не направленного, а хаотического движения. В результате этого превращение тепловой энергии в любой вид энергии направленного движения имеет свои особенности, изучение которых и является одной из главных задач технической термодинамики.

Каждое тело в любом его состоянии может обладать одновременно различными видами энергии, в том числе тепловой, механической, электрической, химической, внутриядерной, а также потенциальной энергией различных физических полей (гравитационного, магнитного, электрического). Сумма всех видов энергии, которыми обладает тело, представляет собой полную его энергию.

Тепловая, химическая и внутриядерная энергии входят в состав внутренней энергии тела. Все прочие виды энергии, связанные с перемещением тела, а также потенциальная энергия внешних физических полей относятся к его внешней энергии. Например, внешней энергией летящего снаряда в зоне действия сил земного притяжения будет сумма его кинетической Е к и потенциальной энергии гравитационного поля E п. г.. Если газ или жидкость движутся непрерывным потоком в трубе, то в их внешнюю энергию дополнительно входит энергия проталкивания, иногда называемая энергией давления Е пр.

Внешняя энергия, следовательно, представляет собой сумму

Е в н = Е к + Σ Е п i +Е п р, где Е п i – потенциальная энергия i -го поля (магнитного, электростатического и т. д.).

Внутренняя энергия тела U может быть представлена как бы состоящей из двух частей: внутренней тепловой энергии U Т и U 0 – внутренней нулевой энергии тела, условно охлажденного до абсолютного нуля температуры:

U=U 0 +U Т .

Внутренней тепловой энергией является та часть полной внутренней энергии тела, которая связана с тепловым хаотическим движением молекул и атомов и может быть выражена через температуру тела и другие его параметры. Поскольку температура реального тела только частично отражает его внутреннюю тепловую энергию, изменение последней может иметь место и при постоянной температуре тела. Примерами этого являются процессы испарения, плавления, сублимации, в которых происходит фазовое превращение и меняется степень хаотичности молекулярного движения.

Таким образом, полная энергия тела в общем случае может быть представлена в виде суммы внутренней нулевой U 0, внутренней тепловой U Т, внешней кинетической Е к энергий, совокупных внешних потенциальных Σ Е п i энергий и энергии проталкивания Е п р :Е=U 0 +U Т +Е к + Σ Е п i +Е п р.

Каждая из этих составляющих полной энергии может при определенных условиях превращаться одна в другую. Например, в химических реакциях имеет место взаимное превращение U 0 вU Т. Если реакция экзотермическая, то часть нулевой энергии превращается в тепловую. Нулевая энергия полученных веществ оказывается меньшей, чем исходных, – происходит «выделение тепла». В эндотермических реакциях отмечается обратное явление: нулевая энергия увеличивается за счет уменьшения тепловой энергии – происходит «поглощение тепла».

В процессах, не связанных с изменением химического состава вещества, нулевая энергия не изменяется и остается постоянной. В этих условиях изменяется только внутренняя тепловая энергия. Это позволяет в различных расчетных уравнениях учитывать изменение лишь внутренней тепловой энергии, которую в дальнейшем будем называть просто внутренней энергией U. Если однородное тело массой m имеет внутреннюю энергию U,то внутренняя энергия 1 кг этого тела u=U/m.

Величину и называют удельной внутренней энергией и измеряют в Дж/кг.

Внешняя кинетическая энергия (Дж) представляет собой энергию поступательного движения тела как целого и выражается формулой

E к =mw 2 /2, где m – масса тела, кг; w – скорость движения, м/с.

Внешняя потенциальная энергия как энергия направленного действия статических полей может быть выражена через возможные работы каждого поля от заданного положения до каких-то нулевых. Так, потенциальная энергия гравитационного поля выражается как произведение силы тяжести mg этого тела на его высоту H над каким-либо нулем отсчета:

E = mgH.

Здесь высота H представляет собой соответствующую координату.

Энергия проталкивания Е п р представляет собой дополнительную энергию вещества, возникающую в системе за счет воздействия на него других частей системы, стремящихся вытолкнуть это вещество из занимаемого сосуда. Так, при течении газа (или пара) по трубе или какому-либо каналу в условиях сплошного потока каждый килограмм этого газа, кроме внутренней и внешних кинетической и потенциальных энергий, обладает еще дополнительной, переносимой на себе энергией проталкивания:

E пр . =p υ,

где p – удельное давление; υ – удельный объем (объем 1 кг массы вещества).

Для газов, паров и жидкостей, находящихся в потоке, величина p υ (или pV для m кг вещества) определяет неотъемлемую часть их

энергии. Поэтому для веществ, находящихся в сплошном потоке, определяющим параметром будет уже не внутренняя энергия U, а сумма U+pV=I, называемая энтальпией. Для 1 кг вещества i =u+ p υ, где i – в Дж/кг.

Такой же энергией i обладает и 1 кг газа, находящийся в цилиндре, при вытеснении его поршнем.

Полная энергия рассматриваемой системы, состоящей из 1 кг газа и действующего на него поршня, будет равна сумме внутренней энергии и газа и энергии p υ его выталкивания, т. е. равна его энтальпии. На этом основании энтальпию часто называют энергией расширенной системы.

Что такое энергия? Руководство по пониманию энергии

Энергия окружает нас повсюду. Он отвечает за то, чтобы все происходило, независимо от того, хотите ли вы использовать какой-либо бытовой прибор, прогуляться по парку, проехать на машине по городу или сделать что-либо, связанное с движением или деятельностью. Но что такое энергия? Хотя мы постоянно окружены ею, природа этой неуловимой, но вездесущей силы часто неправильно понимается или вообще не рассматривается.

Что такое энергия?

Проще говоря, энергия — это способность выполнять работу. Работа в этом контексте — это когда на объект действует сила, вызывающая смещение объекта. Есть три основных компонента работы: сила, перемещение и причина. E энергия – это количественная работа, которую необходимо совершить объекту для создания этих компонентов.  

Энергия также является сохраняемой величиной с конечным количеством во Вселенной, хотя ее запас практически безграничен. Ее можно измерять и хранить различными способами, но она не является материальной субстанцией, хотя и может быть преобразована непосредственно в материю.

 Хотя мы часто слышим или читаем о потреблении энергии , на самом деле она никогда не расходуется. Он фактически передается между состояниями и от одной формы или объекта к другому, всегда выполняя работу над объектами в процессе.

Почему важна энергия?

Энергия необходима для всей жизни и всех процессов, происходящих во всей вселенной. На Земле солнце является конечным источником всей энергии, доступной и используемой людьми, животными, растениями и микроорганизмами. Эта энергия может поступать напрямую, например, в форме фотосинтеза, или косвенно, например, в виде ископаемого топлива, которое давно улавливает энергию солнца, высвобождаемую при сгорании.

Почему энергия так важна в нашей жизни?

Энергия так важна в нашей повседневной жизни, потому что это основная потребность человека . Мы используем энергию не только для обогрева созданных человеком структур, но и для их охлаждения. Энергия необходима для того, чтобы встать с постели, пройтись по улице или даже пошевелить пальцем. Это также необходимо в изобилии для всех типов современных удобств, от лампочек до бытовой техники и транспортных средств.

Зачем нам энергия?

Нам нужна энергия по бесчисленным причинам. В первую очередь нужно просто остаться в живых. Энергия содержится во всем, что мы едим, потребляем или используем.

Энергия питает и регулирует естественные внутренние функции организма. Он восстанавливает клетки и ткани тела, используется для наращивания мышц и необходим для поддержания гомеостаза — и чем суровее окружающая среда, тем больше энергии требуется для его поддержания.

Немного углубившись в человеческое тело, энергия необходима для производства ферментов, сокращения и движения мышц и проведения электрических импульсов между клетками. В обществе энергия необходима для всего: от вождения автомобиля до просмотра телевизора и освещения домов и предприятий искусственным светом.

Энергия нужна практически для всего в жизни. Даже когда мы не обращаем на это внимания, энергия присутствует, регулируя функции организма в состоянии покоя или приводя в действие ваши бытовые приборы, даже если они выключены.

Откуда берется наша энергия?

источник

Энергия окружает нас повсюду. В конечном счете, почти вся энергия исходит от солнца , где реакции ядерного синтеза создают огромное количество энергии, когда атомы сливаются в ядре и высвобождаются к Земле. Но энергия, которую мы используем в повседневной жизни, поступает из множества источников, которые захватили и сохранили эту первоначальную энергию.

Где можно найти энергию?

Мы можем найти доступную энергию по всему миру. Когда мы едим пищу, мы потребляем форму запасенной химической энергии. Если мы едим растения, мы потребляем первичный источник энергии, поскольку эти организмы используют фотосинтез для захвата солнечной энергии, которая затем сохраняется в их клетках. Если мы едим мясо, мы потребляем вторичные источники энергии, обычно от животных, которые съели первичных производителей.

Для общественных и промышленных целей энергия может храниться в ископаемом топливе, в атомных связях ядерных частиц или питаться за счет земных процессов, таких как энергия ветра, гидроэнергетика или геотермальная энергия . Они также считаются первичными источниками энергии, потому что мы извлекаем энергию непосредственно из них.

Откуда поступает большая часть нашей электроэнергии?

Что касается энергоснабжения для повседневной жизни, то большая его часть поступает из ископаемого топлива, ядерной энергии и возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и биомасса. Электричество или электрическая энергия вырабатывается с использованием этих форм, в основном в крупномасштабной генерации, но также и в мелкомасштабном и автономном производстве. Электричество относится к отдельной категории, поскольку является энергоносителем, а не первичным источником.

Ископаемые виды топлива, используемые для производства электроэнергии, включают уголь, нефть и природный газ. Ядерная энергия уникальна, поскольку это невозобновляемая форма производства электроэнергии, которая не производит выбросов углекислого газа. Атомные электростанции используют деление или акт расщепления атомов для высвобождения большого количества энергии, которая затем используется для кипячения воды. Полученный пар вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Возобновляемая энергия использует формы энергии, которые гораздо более доступны, чем ископаемое топливо, часто получая энергию от процессов, которые диктует солнце (и в случае солнечной энергии, получая энергию непосредственно от солнца). Энергия ветра, гидроэнергетика и геотермальная энергия используют процессы Земли для вращения турбин для выработки электроэнергии.

Какие существуют типы источников энергии?

источник

Существует множество различных типов источников энергии, но все они относятся к одной из двух основных категорий энергии: потенциальной энергии и кинетической энергии. Это основные типы, которые в целом отвечают за все процессы во Вселенной, от планетарных орбит до роста травы из почвы.

Потенциальная энергия — это форма энергии, которая хранится в объектах. Эти объекты обладают потенциалом для высвобождения этой энергии. Это связано с их положением, создающим потенциальную энергию относительно любых факторов, действующих на объекты.

В потенциальной энергии есть два основных типа: упругая потенциальная энергия и гравитационная потенциальная энергия. Первый лучше всего демонстрируется в таком объекте, как рогатка, которая накапливает энергию, создаваемую оттягиванием резиновой ленты, в то время как последний можно найти во всем, что подвешено над землей или на склоне.

Хотя гравитационная и упругая потенциальная энергия различны, в обеих формах полученная энергия получается из потенциальной энергии, которая была запасена в объектах до того, как они были выбиты из равновесия. Разница в том, были ли они выбиты из этого упругим отскоком или гравитацией.

Кинетическая энергия это энергия движения . Он создается только после высвобождения потенциальной энергии, как правило, под действием сил гравитации или упругости.

Когда высвобождается больше потенциальной энергии, выполняется больше работы, и рассматриваемый объект начинает ускоряться, что увеличивает кинетическую энергию. Наиболее важными факторами кинетической энергии являются скорость и масса объекта, несущего энергию.

Какой тип энергии представляет собой пища?

Химическая энергия хранится в пище, которую мы преобразуем в пригодную для использования энергию для движения наших мышц, выполнения клеточных функций и питания естественных систем организма. В то время как химическая энергия в пище обычно измеряется в калориях, официальная форма измерения энергии пищи — в джоулях (Дж), и ее можно найти на большинстве этикеток упаковки рядом с количеством калорий. Джоуль является одной и той же единицей измерения для всех видов энергии, а не только для химической.

Что такое природные источники энергии?

В некотором смысле все является естественным источником энергии. Когда мы думаем об энергии из ископаемого топлива или электричестве, производимом людьми, вся эта энергия поступает из природных источников — мы только что разработали способы использования энергии, которая хранилась внутри этих ресурсов в течение очень долгого времени.

Солнце де-факто является естественным источником энергии, поскольку вся энергия на Земле исходит от звезды в центре нашей Солнечной системы. Однако природная энергия может также относиться к возобновляемой или экологически чистой энергии, и в этом случае солнечная энергия, ветер, гидроэнергия, геотермальная энергия и биомасса могут считаться более «естественными», чем ископаемое топливо или даже ядерная энергия.

Где хранится энергия?

Энергия хранится во многих различных областях и различными способами. Где это хранится, зависит от типа рассматриваемой энергии или объекта.

Где хранится энергия в молекуле?

Энергия хранится в химических связях молекулы. Эти связи представляют собой силы, которые удерживают атомы вместе, образуя молекулы. Некоторые связи прочнее других, поскольку существуют разные типы. К ним относятся ковалентные, полярные ковалентные и ионные связи. Атомы с относительно похожей электромагнитной силой разделяют электроны, соединяясь через ковалентные связи. Именно здесь большая часть полезной энергии исходит из молекул.

Как называется накопленная энергия?

   

Вся накопленная энергия является формой потенциальной энергии. Способ хранения энергии определяет, как вы ее классифицируете. Если она хранится в объекте, который будет выпущен из-за гравитации, притягивающей его к земле, то это гравитационная потенциальная энергия. Если энергия накапливается из-за силы, которая не может передать энергию объекту, например, при натягивании лука или рогатки, то это упругая потенциальная энергия. Важно отметить, что любая накопленная энергия всегда находится в форме потенциальной энергии.

Можно ли создать энергию?

Возможно, вы слышали фразу «энергия не может быть создана или уничтожена», известную также как первый закон термодинамики. Но вы, возможно, также слышали о создании энергии на электростанциях или о трате энергии, оставляя свет включенным. Хотя это может показаться противоречивым, на самом деле это всего лишь вопрос сложной формулировки. На самом деле, когда мы говорим о создании или использовании энергии в повседневной жизни, мы на самом деле говорим о преобразовании энергии.

Закон сохранения энергии гласит, что и энергия, и материя — одно и то же в разных состояниях — не могут быть созданы или уничтожены. Когда энергия «создается» ядерным делением или другими формами промышленной энергии, на самом деле она просто высвобождается из того места, где она хранилась, в любых эксплуатируемых ресурсах. А когда энергия «используется», она не уничтожается, а просто переводится в другое состояние, часто в виде тепловой или кинетической энергии.

Какие существуют формы энергии?

Существует несколько различных форм энергии, каждая из которых является подкатегорией потенциальной или кинетической энергии. Эти формы включают химическую энергию, электрическую энергию, лучистую энергию, тепловую энергию и механическую энергию.

Является ли свет формой энергии?

Да, свет — это форма энергии. Свет распространяется как в виде частиц, известных как фотоны, так и в виде электромагнитных волн, известных как электромагнитное излучение. Длина или длина волны света определяет свойства света, в том числе его видимость и вредность для клеток человека.

Различные длины волн также могут многое рассказать нам об энергии, связанной со светом. Например, микроволны имеют очень короткие длины волн и известны во всем мире своей способностью быстро нагревать пищу благодаря своей электромагнитной энергии. Радиоволны также напрямую зависят от их длины волны, так как именно так кодируются радиостанции и радиосигналы. В зависимости от длины передаваемых волн приемники могут настраиваться и превращать входящие волны в звуки и изображения.

Рентгеновские лучи — еще один известный пример того, как электромагнитное излучение творит чудеса с людьми: они способны проходить сквозь плоть, но не кости, что позволяет нам отображать изображение скелетной системы, как если бы мы могли видеть сквозь кожу.

Почему мы должны экономить энергоресурсы?

Хотя энергию нельзя создать или уничтожить, тем не менее важно сохранять ее, разумно используя доступную энергию в окружающей среде. Наши решения о том, как мы используем энергию, сложным образом влияют на природные системы планеты. Крайне важно, чтобы мы тщательно выбирали наши источники энергии и помнили о количестве энергии, которую мы используем.

Энергоэффективность также является важным фактором экономии энергоресурсов. Энергосберегающие приборы , транспортные средства и здания имеют большое значение для принятия правильных решений в области энергопотребления, а также для обеспечения того, чтобы электроэнергия поступала из надежного и эффективного источника.

Предоставлено вам taranergy.com

Все изображения лицензированы из Adobe Stock.
Рекомендуемое изображение

4. Источники энергии

Также доступна версия на испанском языке
»

Учение об источниках энергии опирается на 7 ключевых понятий:

4.1 Люди переносят и преобразуют энергию из окружающей среды в формы, полезные для человеческой деятельности. Основными источниками энергии в окружающей среде являются такие виды топлива, как уголь, нефть, природный газ, уран и биомасса. Все виды топлива из первичных источников, за исключением биомассы, являются невозобновляемыми. Первичные источники также включают возобновляемые источники, такие как солнечный свет, ветер, движущаяся вода и геотермальная энергия.

Есть еще 6 основных понятий. Увидеть их всех…

Скрыть

4.2 Использование энергии человеком ограничено. Промышленность, транспорт, городское развитие, сельское хозяйство и большинство других видов человеческой деятельности тесно связаны с количеством и видом доступной энергии. Наличие энергетических ресурсов ограничено распределением природных ресурсов, наличием доступных технологий, социально-экономической политикой и социально-экономическим статусом.

4.3 Ископаемое и биотопливо представляют собой органические вещества, содержащие энергию, захваченную солнечным светом. Энергия в ископаемом топливе, таком как нефть, природный газ и уголь, поступает из энергии, которую производители, такие как растения, водоросли и цианобактерии, давным-давно захватили из солнечного света. Энергия в биотопливе, таком как продукты питания, древесина и этанол, поступает из энергии, которую производители совсем недавно получили от солнечного света. Энергия, запасенная в этих видах топлива, высвобождается во время химических реакций, таких как горение и дыхание, которые также выделяют углекислый газ в атмосферу.

4.4 Люди переносят энергию с места на место. Топливо часто не используется у источника, а транспортируется, иногда на большие расстояния. Топливо транспортируется в основном по трубопроводам, грузовиками, кораблями и поездами. Электрическая энергия может быть получена из различных энергетических ресурсов и может быть преобразована практически в любую другую форму энергии. Электрические цепи используются для распределения энергии в отдаленные места. Электричество является не первичным источником энергии, а энергоносителем.

4.5 Люди производят электричество несколькими способами. Когда магнит перемещается или магнитное поле изменяется относительно катушки с проволокой, электроны индуцируются в проволоке. Большая часть производства электроэнергии человеком происходит таким образом. Электроны также можно заставить течь за счет прямого взаимодействия с легкими частицами; это основа, на которой работает солнечный элемент. Другие способы получения электричества включают электрохимические, пьезоэлектрические и термоэлектрические.

4.6 Люди намеренно накапливают энергию для последующего использования различными способами. Примеры включают батареи, резервуары для воды, сжатый воздух, водород и тепловые аккумуляторы. Хранение энергии сопряжено со многими технологическими, экологическими и социальными проблемами.

4.7 Различные источники энергии и различные способы преобразования, транспортировки и хранения энергии имеют свои преимущества и недостатки. Данная энергетическая система, от источника до потребителя, будет иметь присущий уровень энергоэффективности, денежных затрат и риска для окружающей среды. Каждая система также будет иметь последствия для национальной безопасности, доступа и справедливости.

Тема источников энергии может быть одной из определяющих в жизни наших студентов.

По мере того, как нефтяные ресурсы становятся все более опасными, разведка раздвигает границы технологических возможностей, таких как бурение в глубоких прибрежных водах.

Происходит энергетический переход. Знаменательное Парижское соглашение по климату 2016 года дало четкий сигнал о том, что во всем мире необходимо двигаться в направлении низкоуглеродной энергетики. Несмотря на то, что США намереваются выйти из Парижского соглашения, переход на экологически чистую энергию не ослабевает, и его возглавляют другие страны мира, а также штаты, города и корпорации США.

Истоки нашего энергоснабжения — захватывающая и привлекательная тема для студентов, которая является отличным способом узнать о различных способах получения энергии, а также о влиянии и социальных последствиях различных видов энергии. Эти концепции вращаются вокруг энергии, которая используется в человеческих целях, включая возобновляемые и невозобновляемые источники энергии, хранение энергии, производство электроэнергии и транспортировку энергии с места на место.

Важной отправной точкой для этой темы является концепция возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Многие студенты уже знакомы с идеей о том, что ископаемое топливо регенерируется гораздо медленнее, чем мы его используем, поэтому оно невозобновляемо. Возобновляемая энергия существует во многих формах: гидроэлектроэнергия, солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия и биотопливо. Каждый из них предлагает множество связанных тем и нюансов. Например, солнечная энергия может генерироваться на одной крыше или на больших солнечных фермах коммунального масштаба. Солнечная энергия также может генерироваться на концентрирующих солнечных электростанциях, которые используют массив зеркал для направления солнечной энергии на центральную башню. Этот тип солнечной энергии может поставлять энергию даже ночью. Подробное изучение производства энергии может предотвратить чрезмерно упрощенное определение конкретных видов энергии как хороших или плохих.

Также стоит остановиться на практических и технологических аспектах энергетики. Распределение энергетических ресурсов по земному шару неравномерно, так как в одних регионах есть изобилие источников энергии, а в других нет. Районы, где энергия используется наиболее интенсивно, не обязательно являются теми же местами, где естественным образом существуют энергетические ресурсы. Например, богатые залежи нефти и газа находятся в прибрежной морской среде, а ветряные электростанции расположены в сельской местности. В обоих случаях эта энергия транспортируется к месту, где энергия потребляется. Кроме того, конечное использование энергии зависит от географии, времени года и времени суток. Таким образом, энергию необходимо транспортировать, хранить и преобразовывать из одной формы в другую, чтобы она была доступна, когда и где она необходима.

Изучение источников энергии предлагает уроки из реальной жизни

Сопутствующее видео Министерства энергетики
Посмотреть версию этого видео не на YouTube

Сегодняшние студенты являются свидетелями возрождения энергетических технологий. После десятилетий использования энергии с преобладанием ископаемого топлива предстоит исследовать широкий спектр инновационных вариантов. Отказ от углеродоемких видов топлива в мире является важной темой, которая предлагает богатые, актуальные, многогранные возможности для обучения. К изучению источников энергии можно подходить с точки зрения инженерии, общественного здравоохранения, экономики или международной торговли, что делает междисциплинарный подход идеальным (эти идеи также рассматриваются в Energy Decisions).

Так же, как экосистемы зависят от поступления энергии, человеческие общества также зависят от энергии для инфраструктуры, транспорта, продуктов питания и большинства других видов человеческой деятельности. Однако существуют пределы того, сколько энергии доступно данному обществу. Даже возобновляемые формы энергии зависят от географического положения и технологической доступности. Запасы невозобновляемых источников энергии ограничены и оказывают влияние на их добычу, транспортировку и потребление. Ценообразование на энергию, энергетическая справедливость и энергетическая безопасность — все это факторы, определяющие доступность энергии для различных слоев общества. Некоторые общества обладают избытком энергии, в то время как другие изо всех сил пытаются удовлетворить свои основные потребности. Изучая эти концепции, учащиеся могут начать понимать, как люди зависят от использования энергии, но также ограничены практическими аспектами использования энергии.

Помощь учащимся в понимании этих идей

График Управления энергетической информации, показывающий разбивку энергопотребления по различным источникам. Это изображение ежегодно обновляется, и актуальную информацию можно найти по адресу https://www.eia.gov/energyexplained/us-energy-facts/

. Большинство учащихся уже понимают, что энергия может происходить из многих источников. Однако у них могут быть неправильные представления о том, откуда берется их собственная энергия или сколько энергии берется из различных источников. Например, студенты могут быть удивлены, узнав, что лишь небольшая часть энергоснабжения США приходится на ветряные турбины и другие возобновляемые источники (11% в 2018 г.), а 80% — на ископаемое топливо. Ядерная энергетика обеспечивает 8% энергоснабжения США (Управление энергетической информации, эта страница ежегодно обновляется). Несмотря на популярность и важность технологий использования возобновляемых источников энергии, важно понимать, что ископаемые виды топлива по-прежнему составляют большую часть нашего энергетического портфеля, и, по прогнозам, так будет и в ближайшие десятилетия (источник: Управление энергетической информации, 2020 г.).

Это иллюстрирует исключительные проблемы, с которыми мы сталкиваемся, выходя за рамки ископаемой энергии. Отказ от ископаемого топлива вызывает новый набор вопросов, таких как хранение энергии, аккумуляторная технология и энергоснабжение, которое связано с многочисленными прерывистыми источниками, а не с несколькими стационарными электростанциями.

Сегодняшние студенты, скорее всего, с энтузиазмом относятся к возобновляемым источникам энергии, что является отличным способом их вовлечь. Но важно, чтобы они узнали о проблемах и реалиях капитального ремонта энергетической системы. Например, рассмотрите огромные установки возобновляемой энергии, которые потребуются для замены 80% энергоснабжения, поступающего от ископаемого топлива, и логистику, где разместить ветряные турбины, солнечные фермы или другую новую энергетическую инфраструктуру. Числа важны. Количественное рассмотрение этих предметов ясно показывает, что нам предстоит пройти долгий путь, чтобы обеспечить надежное, безопасное и экологически чистое энергоснабжение.

Внедрение этих идей в ваш класс

Наше энергетическое будущее — это не только многие темы, которые мы преподаем, но и проблема, на которую нет однозначного ответа. Это может быть захватывающим призывом к действию для студентов. Возможно, они будут частью проектных решений? В научных стандартах следующего поколения особое внимание уделяется инженерному делу, дизайну, междисциплинарному мышлению и решению проблем. Эти способы мышления необходимы для решения этой задачи.

Энергия является частью жизни каждого студента и используется повсюду вокруг нас. Поэтому легко найти уместность в обучении источникам энергии. Упражнение «Источник энергии» требует от групп учащихся создать концептуальный эскиз электричества, который начинается с их собственного выключателя света, и проследить его как можно дальше. Это упражнение можно использовать на любом уровне обучения, оно служит вводным заданием, которое может подтолкнуть к дальнейшим исследованиям, а также выявить неверные представления. Учащиеся могут развить эту концепцию и разработать свои собственные энергетические портфолио на основе интернет-исследований о различных источниках энергии.

Учащиеся также могут изучить передовые энергетические инновации, такие как солнечная черепица для крыш, энергия из водорослей или новые способы хранения энергии. Почти каждый день мы узнаем о новой возможности. Обратной стороной этого является то, что преподавателям может быть трудно идти в ногу с быстрыми изменениями. Например, цены на возобновляемые источники энергии падают с каждым годом, а установки возобновляемых источников энергии опережают прогнозы по всему миру. Педагоги должны внимательно следить за тем, чтобы предоставлять актуальную информацию, что может включать проверку и обновление цифр каждый год. Управление энергетической информации предлагает множество данных, карт, графиков и прогнозов, которые можно использовать для изучения ряда вопросов.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• Energy for You показывает учащимся, как исследовать виды энергетических ресурсов в их родном штате.
• Биотопливо из водорослей: новая возобновляемая энергия — учащиеся изучают основные жизненные потребности водорослей (фитопланктона) с помощью практического опыта и интерактивной игры.

Программа

• Oceans of Energy посвящена исследованию океана как способу научиться улавливать, контролировать и распределять возобновляемые энергетические ресурсы океана. Студенты исследуют один источник энергии океана с помощью Интернета, а затем строят микро-гидрогенератор.

Старшая школа

• Большие энергетические дебаты позволяют студенческим командам выработать ключевые точки зрения на плюсы и минусы назначенного им источника энергии и сравнить его с другими.
• The United States of Energy — это привлекательная интерактивная карта и база данных, которые иллюстрируют производство и потребление энергии в разных штатах. Полезно для интернет-исследований, проводимых студентами, или для сравнения энергии в разных состояниях.
• Карты ветра — это карта среднегодовой скорости ветра на высоте 80 метров над землей. Эту карту можно использовать для оценки потенциала ветровой энергии в США.

Связанные педагогические методы

Обучающая энергия с количественными навыками

Обучение количественному рассуждениям с новостью

с помощью электронных таблиц по всей учебной программе

Колледж

• Ветровые энергии Использование Google Eargen использует семи больших ветровых ферм. сравнить потенциальную мощность ветрового ресурса каждой фермы.
• Наша энергетическая система — это интерактивная диаграмма Национальной академии наук, которая показывает, как мы полагаемся на различные первичные источники энергии для снабжения энергией четырех секторов конечного использования (жилой, коммерческий, промышленный и транспортный).
• Браузер данных по электроэнергии содержит актуальные данные о производстве электроэнергии в США. Данные можно фильтровать и отображать в виде графиков несколькими способами, что полезно для уроков, основанных на запросах, о производстве энергии.

В проекте

• «Природный газ и сланцы Марцеллус» используется метод изучения конкретных случаев для изучения гидроразрыва пласта.
• Selecting Sites for Renewable Energy Projects использует Google Earth для исследования различных возобновляемых источников энергии и выбора площадок в Соединенных Штатах, которые подходят для развития возобновляемых источников энергии.

Поиск упражнений и наглядных материалов для преподавания этой темы

Поиск по уровню обучения: средняя школа средняя школа введение колледж старшие классы колледж поиск все уровни обучения

ссылки

Общее производство и потребление энергии по штатам — интерактивная карта США, на которой показаны производство, потребление и источники энергии для каждого штата. Вкладки в верхней части каждой страницы содержат подробную информацию об энергии в каждом состоянии. На момент написания этой статьи данные были за 2017 год, и вполне возможно, что Управление энергетической информации продолжит обновлять эту страницу.

Hourly Electric Grid Monitor от Управления энергетической информации показывает графику в реальном времени источников электроэнергии, работающих в различных регионах США. Выпадающее меню в левом верхнем углу предлагает дополнительные инструменты для анализа электроэнергии.

Годовой энергетический прогноз Управления энергетической информации.