Расположение источников энергии обычно не совпадает с местом ее потребления, поэтому ее необходимо транспортировать к потребителю (домашним хозяйствам, заводам, объектам инфраструктуры).
МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Способ передачи, расстояние: Шестерни, гидравлические и пневматические системы (метры)
В механических системах движущиеся тела (также текущие жидкости или газы) передают свою кинетическую энергию для движения других тел. В норме механическая энергия передается на небольшие расстояния, например в двигателях, машинах, передачах.
При передаче механической энергии основные потери вызываются трением между движущимися частями или материалами. Для уменьшения потерь подвижные части смазывают маслом или трение скольжения заменяют трением качения (устанавливают подшипники).
ХИМИЧЕСКАЯ И ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Способ передачи, расстояние: В резервуарах и трубопроводах (тыс. км)
Химическая энергия, хранящаяся в ископаемом топливе, таком как уголь, нефтепродукты или природный газ (в ядерном топливе, ядерной энергии), передается путем транспортировки материалов к месту сжигания (или реактору), где эта энергия может быть высвобождена.
Топливо перевозят автомобильным и железнодорожным транспортом, между континентами – танкерами. Долгосрочная эффективность транспортировки нефти и природного газа повышается за счет строительства трубопроводов.
Чем выше плотность энергии топлива, тем эффективнее транспорт энергии, поэтому перед транспортировкой газ охлаждается до -161 °C. Затем они конденсируются и занимают в 600 раз меньший объем, чем в газообразном виде.
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
Способ передачи, расстояние: Сети передачи и распределения (сотни км)
Большую часть времени электроэнергия передается потребителям от электростанций по сетям электропередачи переменного напряжения. Для уменьшения потерь электрического тока, вызванных внутренним сопротивлением проводов, повышают электрическое напряжение, уменьшая тем самым его токовые и тепловые потери. Высоковольтные связи постоянного тока (ЛЭП) используются для передачи электрической энергии на сотни километров, снижая потери до 1-3% на 1000 км.
Способ передачи, расстояние: Беспроводной (см)
Благодаря электромагнитной индукции электричество может передаваться по беспроводной сети, использоваться для зарядки беспроводных интеллектуальных устройств или изменения напряжения в электрических трансформаторах.
Способ передачи, расстояние: В батареях (до сотен км)
Благодаря батареям для смарт-устройств и автомобильным аккумуляторам электричество может быть мобильным и всегда путешествовать с нами.
ТЕПЛО И ПРОХЛАДА
Способ передачи, расстояние: По трубопроводам (десятки км)
Передача тепловой энергии по трубопроводам используется в сетях центрального отопления. Тепло, выделяемое в тепловых, когенерационных, атомных электростанциях или центрах обработки данных, нагревает теплоноситель (воду), который по трубам (принудительная конвекция) подается в отапливаемые здания. Основные потери происходят при движении теплоносителя по трубопроводам, отдающим часть энергии в окружающую среду. Для уменьшения потерь трубы изолируют от окружающей среды теплоизоляцией, а начальную температуру теплоносителя снижают.
Способ передачи, расстояние: В контейнерах (холодильники, термосы) (тыс. км)
Продукты питания, лекарства или просто лед, требующий постоянной температуры, можно перевозить в терморегулируемых контейнерах.
Способ передачи, расстояние: По излучению (150 млн км + сотни метров)
Самый древний способ передачи тепла, который привел к эволюции Земли – это излучение. При термоядерных реакциях тепло, выделяемое Солнцем, излучается непосредственно на Землю. Мы передаем это тепло напрямую или отражаем его на солнечные башни.
ВЫЗОВ:
- Для каждого вида энергии разработаны разные способы передачи и соответствующие технологии.
- Попробуй разные способы передачи энергии.
- Обратите внимание, чем они похожи и чем отличаются.
- Передав достаточное количество энергии разными способами, ты получишь Квант энергии.
ВЧЕРА
- В древности, жиры растительного и животного происхождения использовались для уменьшения трения в механических устройствах.
- В 19 веке первую добытую нефть перевозили в деревянных бочках.
- Первыми системами электропередачи были низковольтные (60-110 В) системы постоянного тока. Из-за протекания большого тока они были очень неэффективны.
- В системах центрального отопления водяной пар высокого давления снабжал теплом городских жителей. Из-за больших потерь, небезопасности и ненадежности от этой системы быстро отказались.
CЕГОДНЯ:
- В системах механической передачи энергии используются различные подшипники и смазочные материалы для уменьшения трения.
- Там, где нет трубопроводов, топливо перевозят дизельными цистернами, поездами или грузовиками.
- Большая часть человечества снабжается электроэнергией от централизованных пунктов производства электроэнергии (электростанций) через передающие и распределительные сети.
- Сети центрального отопления третьего поколения с использованием высокотемпературного теплоносителя (горячая вода 90-115°С) обеспечивают теплом потребителей, проживающих в городах.
ЗАВТРА:
- Разрабатываются магнитные подшипники и подушки, которые позволят передавать механическую энергию без трения скольжения и качения.
- Автономные танкеры будут использовать сжиженный природный газ и водород, а также энергию солнца и ветра.
- Развитые интеллектуальные сети передачи электроэнергии позволят подключить децентрализованных производителей электроэнергии (домашних хозяйств), хранителей и потребителей.
- Сети центрального отопления четвертого поколения, использующие низкотемпературный теплоноситель (с температурой ниже 60 °С) и тепловые насосы в зданиях, позволят эффективно снабжать потребителей теплом.