H ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Η Ενέργεια

Ως ενέργεια ορίζεται η δυναμική ενός συστήματος και προκύπτει από τις δυνάμεις που ενεργούν σε αυτό. Αυτές είναι η ισχυρή, η ασθενής, η βαρύτητα και ο ηλεκτρομαγνητισμός . Η ενέργεια του σύμπαντος, η δράση και η αντίδραση, η κίνηση των πλανητών και των αστέρων και των λοιπών ουράνιων σωμάτων, προέρχεται κυρίως από την βαρύτητα, την οποία και αυτή θα εξετάσουμε αναλυτικά παρακάτω. Η ενέργεια δεν χάνεται, αλλά μόνο μετατρέπεται από μορφή σε μορφή. Ενα αυτοκίνητο μετατρέπει την ενέργεια της καύσης σε κινητική. Η ενέργεια ενός συστήματος και κατά προέκταση του σύμπαντος παραμένει πάντα η ίδια

1.Το Φυσικό σύστημα

Η έννοια του ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ είναι μια τακτικά αλληλεπιδρούσα ή αλληλοεξαρτώμενη ομάδα στοιχείων που σχηματίζουν ένα ενιαίο σύνολο. Υπάρχουν συστήματα που επικοινωνούν μεταξύ τους ανταλλάσοντας πληροφορίες και ενέργεια η ύλη, και συστήματα μεμονωμένα που δεν επικοινωνούν με άλλα συστήματα. Οι πλανήτες π.χ στο ηλιακό σύστημα, το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο στο άτομο, θεωρούνται πολλές φορές, απομονωμένα συστήματα. Αντιθέτως μια σταγόνα υγρού επικοινωνεί με άλλες σταγόνες και σχηματίζει τη ροή του υγρού αυτού. Ο άνθρωπος είναι ένα σύστημα που αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του. Κάθε άνθρωπος αποτελείται από πολλά συστήματα οργάνων που επικοινωνούν μεταξύ τους. Ο έλεγχος γίνεται από τον εγκέφαλο. Αρα τα συστήματα μπορούν να ελέγχονται. Πολλά αλληλοεπιδρώντα συστήματα μεταξύ τους, θεωρούνται σαν ένα δίκτυο, όπως π.χ το διαδίκτυο, που αποτελεί ένα σύνολο κόμβων που επικοινωνούν μεταξύ τους με συγκεκριμένα πρωτόκολλά και υλικό εξοπλισμό.

2.Πηγές ενέργειας

Κάθε σύστημα και κάθε πλάσμα για να διατηρηθεί στην ζωή απορροφά ενέργεια, την οποία μετατρέπει σε άλλη μορφή. Οι πλανήτες και τα αστέρια, έχουν στον πυρήνα τους, πυρηνικό εργοστάσιο που τους εφοδιάζει. Οταν αυτή η ενέργεια τελειώσει, τελειώνει και ο χρόνος του άστρου και γίνεται μια άμορφη μάζα που συνεχίζει όμως να πλανιέται στο διάστημα, λόγω της βαρύτητας. Ο άνθρωπος και τα ζώα είναι μηχανές μετατροπής ενέργειας σε μυϊκή από χημική. Λαμβάνουν τροφή και μέσω χημικών ενώσεων παράγουν ενέργεια, για να ζουν, να κινούνται να επιβιώνουν. Ο άνθρωπος συγκεκριμένα, έχοντας ανεπτυγμένη νοημοσύνη προσπαθεί συνεχώς να βελτιώσει τις συνθήκες ζωής του. Για τον λόγο αυτό χρειάζεται πρόσθετη ενέργεια για να εργάζεται, να προμηθεύεται, να κινείται γρήγορα, να διαμορφώνει το περιβάλλον του, να προστατεύεται, να εξερευνά. Δυστυχώς πολλές φορές αυτά τα κάνει εις βάρος του φυσικού περιβάλλοντος στο οποίο ζεί. Ιδιαίτερα όταν η προσπάθεια επιβίωσης καταλήγει σε πολέμους. Και αυτό είναι η μεγαλύτερη απειλή για το μέλλον της ανθρωπότητας. Μεγαλύτερη από τον υποτιθέμενο εξωγήϊνο εχθρό. Οι άνθρωποι καταστρέφουν τον πλανήτη στον οποίο ζούν. Τώρα, ας σκεφθούμε λίγο, που βρίσκει ο άνθρωπος την ενεργειακή τροφή του, για να διευκολύνει τη ζωή του και να προστατεύσει την υγεία του. Οι κύριες μορφές ενέργειας μπορούν να πάρουν πολλές μορφές. Ατομική ενέργεια, υγρά και στερεά καύσιμα και ανανεώσιμες πηγές όπως η ηλιακή ενέργεια (προέρχεται από σύντηξη πρωτονίων υδρογόνου προς παραγωγή ηλίου, στον πυρήνα των αστέρων ), η ενέργεια του αέρα, η γεωθερμική και υδροηλεκτρική ενέργεια, η δυναμική των κυμάτων σε θάλασσες και ωκεανούς. Αυτές οι βασικές μορφές ενέργειας μετατρέπονται κυρίως σε ηλεκτρισμό που διανέμετα

3 Ατομική ενέργεια

Η ατομική ενέργεια διακρίνεται σε 2 είδη. Την ατομική ενέργεια μέσω σχάσης και την ατομική ενέργεια σύντηξης. Η ατομική ενέργεια σχάσης, είναι μια πυρηνική αντίδραση κατά την οποία ένα νετρόνιο συγκρούεται με ένα άτομο με βαρύ πυρήνα (το βάρος εξαρτάται από τον ατομικό του αριθμό, δηλαδή τον αριθμό πρωτονίων του πυρήνα του ατόμου ) αναγκάζοντας το να διαχωρισθεί σε 2 μικρότερα άτομα, που είναι γνωστά ως προϊόντα της σχάσης. Αν χρησιμοποιηθούν περισσότερα νετρόνια ”βομβιστές”, δημιουργείται αλυσιδωτή αντίδραση, που απελευθερώνει τεράστια 2 ποσά ενέργειας. Η ατομική ενέργεια σύντηξης είναι αυτή που λαμβάνει χώρα στον πυρήνα των αστέρων, όπως ο δικός μας ήλιος. Ενα πυρηνικό εργοστάσιο τερατώδους ισχύος, με το οποίο επιβιώνει το αστέρι και φωτίζεται. Με την σύγκρουση και σύντηξη πρωτονίων υδρογόνου, δημιουργείται αλυσιδωτή αντίδραση, και μέσω ενδιάμεσων ενώσεων δευτέριου και τρίτιου, παράγεται ήλιον. Κατά την παραγωγή, τεράστια ποσά ενέργειας διαχέονται στο σύμπαν και φθάνουν και στον πλανήτη μας, προσφέροντας φως και ενέργεια

4 Υγρά, στερεά και αέρια καύσιμα

Ολα τα στερεά και αέρια καύσιμα τα ανιχνεύουμε και τα εξωρυγνίουμε από το εσωτερικό της γης. Τα υγρά καύσιμα, η βενζίνη το πετρέλαιο και τα παράγωγα τους κυρίως, ευρίσκονται σε κοιτάσματα που υπάρχουν σε συγκεκριμένο βάθος εντός του φλοιού της γης. Χρησιμεύουν κυρίως για την μετακίνηση των οχημάτων καθώς και στην παραγωγή θερμότητας. Με την καύση τους, παράγεται διοξείδιο και μονοξείδιο του άνθρακα, επιβλαβές για την ατμόσφαιρα του πλανήτη, λόγω της καταστροφής του όζονικού στρώματος. Σημειώνεται εδώ, ότι τα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν οξυγόνο, έτσι χρησιμεύουν σαν κύτταρα αναπλήρωσης οξυγόνου (δάση, πάρκα, κήποι, κλπ). Τα υγρά καύσιμα τείνουν να εκλείψουν σιγά σιγά, και καλό είναι να επιταχυνθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η διαδικασία, αφενός διότι τα κοιτάσματα είναι περιορισμένα και αφετέρου λόγω της παγκόσμιας προσπάθειας απανθράκωσης για αποφυγή της καταστροφής της ατμόσφαιρας λόγω της υπερθέρμανσης του πλανήτη μας. Ετσι γίνεται προσπάθεια αντικατάστασης τους με άλλες μορφές παραγωγής ενέργειας, λιγώτερο επικίνδυνες για το περιβάλλον μας (Φυτά, δάση, πάγοι). Το 40% του οξυγόνου που αναπνέουμε προέρχεται απο τα δάση του Αμαζονίου. Το φυσικό αέριο χρησιμοποιείται σε πολλές χώρες σαν πρωτεύον μέσο οικιακής χρήσης, λόγω της μεγάλης του αποδοτικότητας σε ενέργεια, με αντίβαρο την μεγαλύτερη επικινδυνότητα. Τελευταία πολύς λόγος γίνεται για το υγρό υδρογόνο που αρχίζει να αντικαθιστά τα υγρά καύσιμα κίνησης σε προηγμένες τεχνολογικά χώρες όπως η Αμερική, σαν μια καθαρή πηγή ενέργειας. Κατά την καύση του παράγεται μόνο νερό.

4.1 Το υγρό υδρογόνο σαν καύσιμη ύλη και καθαρή πηγή ενέργειας.

Το υγρό υδρογόνο καταλαμβάνει μόνο 1/700 φορές το χώρο από την αέρια μορφή του. Επειδή έχει εξαιρετικά χαμηλό σημείο βρασμού περίπου -253°C, μπορεί να ελαττωθεί σε όγκο σε αυτή τη θερμοκρασία και να υγροποιηθεί χρησιμοποιώντας ειδικό εξοπλισμό και μια διαδικασία πολλαπλών βημάτων. Με απλά λόγια, η διαδικασία υγροποίησης υδρογόνου περιλαμβάνει: συμπίεση του αερίου, πρόψυξη μέσω εναλλάκτη θερμότητας, ψύξη για δεύτερη φορά μέσω διαστολής (φαινόμενο Joule-Thomson) και, τέλος, περαιτέρω ψύξη του μέσω κρυογονικής ψύξης. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται περιλαμβάνει συμπιεστές, εναλλάκτες θερμότητας, κρυογονικούς ψύκτες και κρυογονικές δεξαμενές αποθήκευσης. Η συλλογή του υδρογόνου γίνεται πειραματικά και με υδρόλυση. Η υδρόλυση θεωρείται η πλέον πράσινη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου. Με βάση την υδρόλυση δημιουργούνται, κυψέλες καυσίμων, όπως θα περιγράψουμε παρακάτω.

4.1.1 Παραγωγή υδρογόνου.

Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί μέσω ηλεκτρόλυσης υψηλής πίεσης, ηλεκτρόλυσης χαμηλής πίεσης νερού ή μιας σειράς άλλων αναδυόμενων ηλεκτροχημικών διεργασιών, με καθαρή υπογραφή σε σχέση με το περιβάλλον. Ωστόσο, οι τρέχουσες καλύτερες διεργασίες για την ηλεκτρόλυση ύδατος έχουν ηλεκτρική απόδοση 70-80%, έτσι ώστε η παραγωγή 1 κιλού υδρογόνου (το οποίο έχει ενέργεια 143 MJ ή περίπου 40 kWh), να απαιτεί 50–55 kWh ηλεκτρικής ενέργειας. Ομως ένα αυτοκίνητο που κινείται με υδρογόνο, μπορεί να διανύσει περίπου 500χλμ με 1 κιλό υδρογόνου. Το βιομηχανικό όμως υδρογόνο παρασκευάζεται κυρίως από ορυκτά καύσιμα και φυσικό αέριο σε μορφή υδρατμών, με οξυγόνωση των υδρογονανθράκων μέσω θερμοχημικής διαδικασίας πυρόλυσης, διαδικασία που παράγει ανεπιθύμητα υποπροϊόντα. Επίσης η διαδικασία αεριοποίησης του άνθρακα, μπορεί να παράγει υδρογόνο ενωμένο με μονοξείδιο του άνθρακα αρχικά, με υποπροϊόντα διοξείδιο και μονοξείδιο του άνθρακα. Το υδρογόνο μπορεί επίσης να παρασκευασθεί και με χρήση ατομικής ενέργειας για την παραγωγή ατμού, σε εγκαταστάσεις όμοιες με πυρηνικούς αντιδραστήρες με πρώτη ύλη το νερό η το φυσικό αέριο. Επίσης εξωρυγνίεται από την γη, όπως τα άλλα ορυκτά καύσιμα και μπορεί να ανιχνευθεί στον φλοιό της(crust) (εικόνα 2) Εκτός από την διαδικασία υγροποίησης του και την μεγάλη πίεση 4 που απαιτείται, το άλλο μεγάλο πρόβλημα με το υδρογόνο είναι η επικινδυνότητα μεταφοράς του, επειδή αποτελεί ένα άκρως εύφλεκτο υγρό. Πάντως αν λυθούν οι παθογένειες του υδρογόνου στο άμεσο μέλλον, θα σωθεί ο πλανήτης διότι το υδρογόνο μπορεί να αποτελέσει πηγή για καθαρή παραγωγή ενέργειας απαλλαγμένη από τα υπολείμματα της καύσης, όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Η διαφορά μεταξύ της ενέργειας που παράγεται από το υδρογόνο, σε σχέση με αυτή των ανανεώσιμων πηγών, που θα εξετάσουμε παρακάτω, είναι η υψηλή αποδοτικότητα του υδρογόνου σε ενέργεια π.χ , τα φωτοβολταϊκά χρειάζονται μια μεγάλη επιφάνεια συλλογής, δηλαδή σε ένα τετραγωνικό μέτρο συλλέγεται ενέργεια 1kwh, που καθιστά τα φωτοβολταϊκά ακατάλληλα προς το παρόν για οδικά μεταφορικά μέσα. Το υδρογόνο αποθηκεύεται σε δεξαμενές, όπως και τα υπόλοιπα υγρά καύσιμα, η βενζίνη, το πετρέλαιο η κηροζίνη, και με αντλίες τροφοδοτούνται τα οχήματα. Το υδρογόνο παράγεται και μέσω ηλεκτρόλυσης με άφθονη ηλιακή ενέργεια τους καλοκαιρινούς μήνες και στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει το δίκτυο κατά τους κρύους και συννεφιασμένους χειμερινούς μήνες. Το υδρογόνο είναι η μόνη βιώσιμη επιλογή εποχιακής αποθήκευσης με ουδέτερο άνθρακα επί του παρόντος, και καθώς ο κόσμος απανθρακώνεται θα γίνεται όλο και πιο σημαντικό στα ηλεκτρικά δίκτυα

5. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θεωρούνται ”πράσινες πηγές” είναι οικολογικά καθαρές, από την άποψη ότι παράγουν ηλεκτρισμό χωρίς καύση και έκλυση υποπροϊόντων στην ατμόσφαιρα, με το μόνο πρόβλημα να παραμένει το μέσο αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας.

5.1 Το υδρογόνο σαν αποθηκευτικό μέσο

Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σήμερα σε διάφορες χρήσεις, για την αποθήκευση της ενέργειες επαναφορτιζόμενες η μη, αποτελούνται από επιβλαβή στοιχεία, όπως είναι ο άνθρακας και τα πλαστικά της συσκευασίας, που δεν ανακυκλώνονται και μολύνουν τα αποθέματα νερού της γης. Το πρόβλημα είναι υπό έρευνα και μελέτη σε διάφορα πανεπιστήμια, και προτείνονται κατά καιρούς διάφορες λύσεις για αντικατάσταση των στερεών μπαταριών με υγρής μορφής αποθηκευτικά μέσα, όπως το υγρό υδρογόνο. Το υδρογόνο έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα σε σύγκριση με τις μπαταρίες, που σημαίνει 5 ότι μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα βάρους. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από διάφορες πηγές, συμπεριλαμβανομένων των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθιστώντας το μια δυνητικά πιο βιώσιμη επιλογή για αποθήκευση ενέργειας.

5.1.1 Κυψέλες καυσίμου

Η κυψέλη καυσίμου είναι μια συσκευή που παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλεκτροχημικής αντίδρασης και όχι καύσης. Σε μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο και το οξυγόνο συνδυάζονται για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, θερμότητα και νερό. Οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούνται σήμερα σε μια σειρά εφαρμογών, από την παροχή ρεύματος σε σπίτια και επιχειρήσεις, τη διατήρηση κρίσιμων εγκαταστάσεων όπως νοσοκομεία, παντοπωλεία και κέντρα δεδομένων σε λειτουργία και μετακίνηση ποικίλων οχημάτων όπως αυτοκίνητα, λεωφορεία, φορτηγά, περονοφόρα ανυψωτικά. τρένα και πολλά άλλα.

5.2 Ηλιακή ενέργεια

Η ενέργεια που μας στέλνει ο ήλιος με την ακτινοβολία του, μετατρέπεται σε ηλεκτρική, μέσω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και των φωτοβολταϊκών. Η ηλιακή ακτινοβολία εκπέμπεται σε διάφορες συχνότητες. Διαχρονική τάση παραγωγής ηλιακής ενέργειας στην Ευρώπη 2021 164.19 GW 2022 204.09 GW 2023 259.99 GW Οι ηλιακοί συλλέκτες (solar panels) είναι συστοιχίες φωτοβολταϊκών στοιχείων οι οποίες συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και όταν η συχνότητες είναι κατάλληλες τότε μέσω χημικών αντιδράσεων διαφεύγουν ηλεκτρόνια από το υλικό των στοιχείων, τα οποία οδηγούνται μέσω ηλεκτροδίων σε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα το οποίο στην συνέχεια διοχετεύει το ρεύμα σε μπαταρίες η στο δημόσιο δίκτυο. Σε γενικές γραμμές...Στην πράξη η μετατροπή των ηλιακών ακτίνων σε ηλεκτρισμό είναι αρκετά πολύπλοκη. Γύρω στο 15-20% των ηλιακών ακτίνων που φθάνουν στην γη, μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ 6 οι υπόλοιπες ακτίνες δεν αντιδρούν με το υλικό των συλλεκτών.

5.2.1 Το φωτοβολταϊκό στοιχείο

΄Ενα ηλιακό στοιχείο αποτελείται από δύο τύπους ημιαγωγών, που ονομάζονται πυρίτιο τύπου p και τύπου n. Το πυρίτιο τύπου p παράγεται με την προσθήκη ατόμων - όπως το βόριο ή το γάλλιο - που έχουν ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό τους επίπεδο ενέργειας από το πυρίτιο. Επειδή το βόριο έχει ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο από αυτό που απαιτείται για να σχηματίσει τους δεσμούς με τα γύρω άτομα πυριτίου, δημιουργείται ένα κενό ηλεκτρονίων ή μια τρύπα. Το πυρίτιο τύπου n αποτελείται από άτομα που έχουν ένα περισσότερο ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό τους επίπεδο από το πυρίτιο, όπως ο φώσφορος. Ο φώσφορος έχει πέντε ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ενεργειακό του επίπεδο, όχι τέσσερα. Συνδέεται με τα γειτονικά του άτομα πυριτίου, αλλά ένα ηλεκτρόνιο δεν εμπλέκεται στη σύνδεση. Αντίθετα, είναι ελεύθερο να κινηθεί μέσα στη δομή του πυριτίου. ΄Ενα ηλιακό στοιχείο αποτελείται από ένα στρώμα πυριτίου τύπου p τοποθετημένο δίπλα σε ένα στρώμα πυριτίου τύπου n (εικόνα 2.4.4). Στο στρώμα τύπου n, υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων και στο στρώμα τύπου p, υπάρχει περίσσεια θετικά φορτισμένων οπών (οι οποίες είναι κενές θέσεις λόγω έλλειψης ηλεκτρονίων σθένους). Κοντά στη διασταύρωση των δύο στρωμάτων, τα ηλεκτρόνια στη μία πλευρά της ένωσης (στρώμα τύπου n) μετακινούνται στις οπές στην άλλη πλευρά της ένωσης (στρώμα τύπου p). Αυτό δημιουργεί μια περιοχή γύρω από τη διασταύρωση, που ονομάζεται ζώνη εξάντλησης, στην οποία τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τις οπές (εικόνα 2.4.4).

5.3 Αιολική ενέργεια

Η ενέργεια του αέρα λέγεται αιολική από τον αρχαίο θεό του ανέμου τον Αίολο. Η αιολική ενέργεια συλλέγεται με ανεμοσυλλέκτες, γιγαντιαίους ανεμιστήρες που μέσω τουρμπίνας παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα, που στη συνέχεια αποθηκεύεται σε μπαταρίες η διοχετεύεται στο δίκτυο. Στην Ελλάδα η πλέον συμφέρουσα ενεργειακή λύση, λόγω των πολλών νησιών της και ανέμων, είναι η αιολική ενέργεια. Αν μπορούσαμε να συλλέξουμε σωστά την αιολική ενέργεια και να εκμεταλλευθούμε τους ανέμους των θαλασσών μας, τότε θα μπορούσαμε πράγματι να γίνουμε ενεργειακός κόμβος στην Ευρώπη και λόγω της γεωγραφικής μας θέσης και της Ασίας.

5.4 Τεχνολογία συλλογής ενέργειας από τα κύματα

Κυματική ενέργεια είναι η ενέργεια που δημιουργείται από τον κυματισμό των θαλασσών και των ωκεανών. Μπορεί να θεωρηθεί και σαν αιολική ενέργεια, μόνο που αντί ανεμιστήρων χρησιμοποιείται η κίνηση των κυμάτων. Οι τεχνολογίες ενέργειας κυμάτων παρακολουθούν την κίνηση των κυμάτων του ωκεανού και της θάλασσας σε μεγάλες εκτάσεις (φάρμες) και μετατρέπουν την συγκομιδή της κινητικής-παλμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ποσότητα ενέργειας που δημιουργείται εξαρτάται από την ταχύτητα, το ύψος και τη συχνότητα του κύματος, καθώς και από την πυκνότητα του νερού. Η τεχνολογία βασίζεται στο ότι όταν δημιουργείται το κύμα, δημιουργείται κυματικός παλμός που μετατρέπεται σε ανύψωση και κάθοδο εμβόλων, όπως στις αντλίες, τα οποία με τη σειρά τους πιέζουν κάποιο υγρό και δημιουργείται μέσω της πίεσης, ηλεκτρική ενέργεια, όπως ακριβώς οι τουρμπίνες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Αλλη τεχνολογία είναι η overtopping: Καθώς τα κύματα χτυπούν τη δομή, ρέουν επάνω σε μια ράμπα και πάνω από την κορυφή (εξ ου και το όνομα ”overtopping”), σε μια υπερυψωμένη δεξαμενή δέσμευσης νερού στη συσκευή για να την γεμίσουν. Μόλις συλληφθεί μια ποσότητα νερού από το κύμα, η δυναμική ενέργεια του παγιδευμένου νερού μετατρέπεται σε κινητική μέσω της βαρύτητας. Πρωτοποριακή θεωρείται η επιπλέουσα ραχοκοκκαλιά, η οποία καθώς κινείται σαν φίδι, προκαλεί την κίνηση κάποιων εμβόλων, τα οποία με τη σειρά τους μέσω μαγνητών δημιουργούν επαγωγικό ηλεκτρισμό. Η μέθοδος αυτή λόγω του φθηνού σχετικά κόστους παραγωγής, θεωρείται ο διάδοχος των ορυκτών καυσίμων. Τα κύματα δημιουργούνται από τον άνεμο που κινείται πάνω από την επιφάνεια του νερού, αλλά συνεχίζονται πολύ μετά το τέλος του ανέμου. Αυτή η συμπληρωματικότητα καθιστά την κυματική ενέργεια τον τέλειο συνεργάτη της αιολικής ενέργειας, καθώς επεκτείνει σημαντικά την παραγωγή ενέργειας. Υπάρχει μεγάλη δυνατότητα η κυματική ενέργεια να γίνει μια σημαντική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας στο μέλλον. Η κυματική ενέργεια θα μπορούσε να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην κάλυψη των μελλοντικών ενεργειακών απαιτήσεων καθώς ο κόσμος κινείται προς μια οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Η συνεπής και προβλέψιμη φύση των κυμάτων των ωκεανών καθιστά την κυματική ενέργεια μια αξιόπιστη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας που μπορεί να συμπληρώσει άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια. Οι συσκευές κυματικής ενέργειας μπορούν να αναπτυχθούν σε ποικίλες δι8 αμορφώσεις, που κυμαίνονται από μεμονωμένες συσκευές έως μεγάλες συστοιχίες. Η ανάπτυξη επιχειρήσεων μεγάλης κλίμακας μπορεί να προσφέρει σημαντικές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας και να συμβάλει στη μείωση της εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, απαιτείται μελλοντική έρευνα και ανάπτυξη για τη βελτίωση της τεχνολογίας και της ανθεκτικότητας του εξοπλισμού, καθώς και για τον εντοπισμό, τη μείωση και ενδεχομένως τον μετριασμό των αρνητικών επιπτώσεων που έχει αυτή η τεχνολογία στη θαλάσσια ζωή και την ανθρώπινη χρήση και την ψυχαγωγική απόλαυση της θάλασσας.

5.5 Γεωθερμική ενέργεια

Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα που παράγεται βαθιά στον πυρήνα της Γης. Η γεωθερμική ενέργεια είναι ένας καθαρός, ανανεώσιμος πόρος που μπορεί να αξιοποιηθεί για χρήση ως θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια. Από τις πλέον γεωθερμικές χώρες στον πλανήτη είναι οι εξής: Ισλανδία Φιλιππίνες Ινδονησία Κένυα Αμερική Νέα Ζηλανδία Ελ Σαλβαδόρ Ιταλία Ιαπωνία.

5.6 Παραγωγή ενέργειας από την θερμότητα (Seebek effect)

Η πιο μεγάλη από την γη απόσταση που κατάφερε ποτέ να φθάσει ο άνθρωπος με κατασκεύασμα του, είναι η απόσταση που βρίσκεται σήμερα (2024) ο δορυφόρος Voyager 1. Ο δορυφόρος αυτός κινείται με ένα κινηρα ραδιοϊσοτόπων βασιζόμενο στο Seebek effect, το οποίο περιγράφει ότι στα 2 άκρα ενός αγώγιμου μέσου όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους, η όταν διαχέεται θερμότητα από το ένα στο άλλο, δημιουργείται ηλεκτρικό δυναμικό. Αυτό το ηλεκτρικό δυναμικό οφείλεται στην δύναμη EMF που αναπτύσσεται μεταξύ τους. Στον κινητήρα του VOYAGER, την πηγή θερμότητας αντικαθιστούν τα ραδιοϊσότοπα που παράγουν θερμότητα κατά την διάρκεια της φθοράς τους (περίπου 160 χρόνια)

6 Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Η ηλεκτρομαγνητική ή μαγνητική επαγωγή είναι η παραγωγή μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF) σε έναν ηλεκτρικό αγωγό σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στα αριστερά, παράγοντας ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday το 1830.

7. Εφαρμογές ηλεκτρομαγνητισμού

Ηλεκτρική γεννήτρια: Μια ηλεκτρική γεννήτρια χρησιμοποιείται για την αποτελεσματική μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μηχανική ενέργεια μπορεί να παρασχεθεί με οποιονδήποτε αριθμό μέσων, όπως πτώση νερού (όπως σε μια υδροηλεκτρική γεννήτρια), διογκούμενος ατμός (όπως σε σταθμούς άνθρακα, πετρελαίου και πυρηνικής ενέργειας) ή άνεμος (όπως στις γεννήτριες ανεμογεννητριών). Σε όλες τις περιπτώσεις, η αρχή είναι η ίδια, η μηχανική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη μετακίνηση ενός πηνίου αγώγιμου σύρματος μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο (συνήθως περιστρέφοντας το μαγνήτη η μαγνητικό σύρμα). Σε αυτή την περίπτωση, το εμβαδόν του πηνίου είναι η σταθερά, το μέγεθος του πεδίου είναι σταθερό, επομένως ο όρος γωνίας στην εξίσωση του νόμου του Faraday μας δίνει τη μεταβαλλόμενη ροή. Αυτό προκαλείται από την αλλαγή του σχετικού προσανατολισμού μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και της κανονικής καθέτου στην επιφάνεια του πηνίου. Ας εξετάσουμε το απλό σενάριο όπου περιστρέφουμε το πηνίο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω . Η γωνία περιστροφής δίνεται από θ=ωt , και η ροή θα είναι ανάλογη του cos(ωt) . Χρησιμοποιώντας τον μαθηματικό λογισμό, ο χρονικός ρυθμός μεταβολής της ροής θα είναι τότε ανάλογος του ωsin(ωt) . Αυτό σημαίνει ότι το επαγόμενο ρεύμα θα ταλαντωθεί ημιτονοειδώς. Με άλλα λόγια, το ρεύμα στο πηνίο θα εναλλάσσεται σε κατεύθυνση, ρέοντας προς τη μία κατεύθυνση για το ήμισυ του κύκλου και ρέοντας προς την άλλη κατεύθυνση για το άλλο μισό. Αυτό το είδος γεννήτριας αναφέρεται ως γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος ή απλά ως γεννήτρια AC

Ηλεκτρικός κινητήρας: Οι ηλεκτρικοί κινητήρες λειτουργούν βασικά με την αντίστροφη αρχή που λειτουργούν οι ηλεκτρικές γεννήτριες: ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα αναγκάζει έναν ηλεκτρομαγνητικό κύλινδρο να αλλάζει περιοδικά πόλους, δηλαδή να πάλλεται, ο οποίος αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο ενός ένθετου μαγνήτη και τον περιστρέφει. Μερικοί κινητήρες χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνήτες και για τα δύο εξαρτήματα, αλλά η αρχή είναι η ίδια. Το ακίνητο μαγνητικό κομμάτι ονομάζεται στάτορας και το μαγνητικό κομμάτι που περιστρέφεται ονομάζεται ρότορας. Σε έναν κινητήρα AC, ο ρότορας παράγει το δικό του μαγνητικό πεδίο. Σε έναν επαγωγικό κινητήρα, για παράδειγμα, ο ρότορας περιστρέφεται εντός του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τον στάτορα και αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί ρεύματα στους αγωγούς του ρότορα, παράγοντας ένα μαγνητικό πεδίο στον ρότορα. Σε έναν σύγχρονο κινητήρα, το μαγνητικό πεδίο του ρότορα συγχρονίζεται με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον στάτορα. Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα με τρόπο που επιτρέπει στον κινητήρα να παράγει ροπή και να περιστρέφεται. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου του ρότορα και του μαγνητικού πεδίου του στάτορα είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του κινητήρα. Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα συνήθως δεν παρεμβαίνει στο ρεύμα εισόδου του κινητήρα ή στο μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον στάτορα με επιζήμιο τρόπο. Στην πραγματικότητα, η αλληλεπίδραση μεταξύ των πεδίων ρότορα και στάτορα είναι απαραίτητη για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα. Ωστόσο, οι διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο του ρότορα μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση και την απόδοση του κινητήρα. Συνολικά, το μαγνητικό πεδίο του ρότορα είναι ένα βασικό συστατικό της λειτουργίας του κινητήρα και λειτουργεί σε συνδυασμό με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα για να παράγει την επιθυμητή περιστροφική κίνηση.

Υβριδικά οχήματα:Διαθέτουν επαγωγικό σύστημα ανατροφοδοτούμενο από την πέδηση.

'Αρθρο του Κωνσταντίνου Π. Αναστασιάδη

Υποψήφιος Διδάκτωρ ΑΠΘ.