Würden Sie ein Haus ohne funktionierende Steckdosen kaufen? Wir sind für viele unserer täglichen Aktivitäten auf elektrische Energie angewiesen. Wenn es zu Ausfällen kommt, spüren wir die Auswirkungen dieser Abhängigkeit, gefolgt von einem Gefühl der Erleichterung, wenn der Strom wieder da ist.
Elektrizität hat uns geholfen, gesünder zu bleiben, effizienter zu arbeiten und rund um die Uhr zu leben. Weil Elektrizität unser Leben so positiv beeinflusst hat, finden Forscher aus Wissenschaft und Industrie ständig Wege, um elektrische Energie einfacher und kostengünstiger bereitzustellen. Infolgedessen haben Innovationen im Bereich der elektrischen Energie die Industrie im Laufe ihrer Geschichte sauberer und effizienter gemacht und Millionen von Haushalten elektrische Dienste zur Verfügung gestellt.
Dieser Artikel enthält unsere Top-5-Picks aus diesen Innovationen. Wir werden uns die Technologie ansehen, die auf bestimmte Energieressourcen abzielt, und wir werden die Kernkomponenten untersuchen, die Ihnen den Zugang zu diesen Ressourcen ermöglichen. Betrachten wir zum Auftakt eine aktuelle Innovation für einen lang genutzten nachwachsenden Rohstoff.
- Windräder
- Wasserkraftwerke
- Solarzellen
- Kernreaktoren
- Elektrische Netze
5: Windkraftanlagen
Seit Jahrtausenden nutzen Menschen die Kraft des Windes, um Aufgaben zu erledigen. Zum Beispiel verließen sich Kaufleute einst auf den Wind, um die Welt zu besegeln. Auch alte Windmühlen, die einst zum Mahlen von Getreide dienten, sind ein ikonischer Teil der holländischen Landschaft. Da sich unser Leben um Elektrizität dreht, haben moderne Wissenschaftler innovative Wege gefunden, um die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln.
Heute wird die elektrische Windkraftanlage auf der ganzen Welt so ikonisch wie die holländische Windmühle. Eine Windkraftanlage besteht normalerweise aus einem großen dreiblättrigen Propeller, Rotor genannt, auf einem Turm, der hoch genug ist, dass ihn nichts vom Wind abhält. Die Turbine hat einen Antriebsstrang ähnlich einem Automotor , der einen elektrischen Generator enthält. Der erzeugte Strom wird in das Stromnetz eingespeist, das Hunderte von Haushalten und Unternehmen an einem geografischen Ort mit Strom versorgt.
Eine kleine Windkraftanlage kann ein Einfamilienhaus oder ein kleines Unternehmen mit Strom versorgen. Diese kleineren Versionen haben Rotoren mit einem Durchmesser zwischen 8 und 25 Fuß (2,4 und 7,6 Meter) und können bis zu 30 Fuß (9,1 Meter) in der Luft stehen. Windparks werden immer häufiger auf großen Freiflächen errichtet. Sie können einige dieser Farmen während einer Fahrt oder eines Fluges durch den Westen der Vereinigten Staaten sehen, mit Tausenden von riesigen weißen Windturbinen, die sich über die Hügel erstrecken, so weit das Auge reicht.
Als nächstes schauen wir uns eine weitere Innovation an, die Strom aus der kinetischen Energie der Natur erzeugt.
4: Wasserkraftwerke
Wasserkraftwerke sind die älteste technologische Innovation in unserem Countdown. In den frühen 1900er Jahren stammten 40 Prozent des in den Vereinigten Staaten verbrauchten Stroms aus Wasserkraftwerken. Heute macht Wasserkraft fast ein Viertel des weltweiten Stromverbrauchs aus. Darüber hinaus sind die physischen Strukturen selbst Wunderwerke menschlicher Ingenieurskunst und Konstruktion, die Fotografen und Touristen anziehen, so das US Bureau of Reclamation.
Staudämme arbeiten, indem sie große Wassermengen zurückhalten und eine begrenzte Menge durch den Damm fließen lassen. Der Wasserdruck, der durch die Begrenzung dieses Flusses entsteht, ist enorm, und Wasserkraftwerke nutzen diesen Druck, um Turbinen anzutreiben, die an Stromgeneratoren angeschlossen sind. Wie bei Windturbinen wird die von einem Wasserkraftwerk erzeugte Elektrizität dem Stromnetz hinzugefügt, das mit dem geografischen Standort des Staudamms verbunden ist.
Ein Staudamm speist das Stromnetz mit mehreren hundert Kilowatt bis mehreren tausend Megawatt Strom pro Sekunde ein. Das United States National Renewable Energy Laboratory gibt an, dass die größten Dämme der Welt rund 10.000 Megawatt erzeugen können, genug für Millionen von Menschen.
Trotz seines Alters sieht die Zukunft der Wasserkraft rosig aus, da der Staudamm für das 21. Jahrhundert umgestaltet wird. Forscher finden Wege, die Effizienz und die Umweltauswirkungen der Wasserkraft zu verbessern, indem sie bestehende Dämme verbessern und neue Dämme bauen.
Nanogeneratoren: Nutzung der Kraft in uns
Während Wind- und Wasserbewegungen viele Haushalte mit Strom versorgen können, nutzen Nanogeneratoren die Bewegung Ihres Körpers, um in kleinerem Maßstab Strom zu erzeugen. Nanogeneratoren sind winzige Geräte mit einem piezoelektrischen Material, was bedeutet, dass das Material einen elektrischen Strom erzeugt, indem es einfach gebogen oder gedehnt wird. Diese Kraft könnte aus subtilen Bewegungen stammen, wie einem Herzschlag oder einer sich ausdehnenden und zusammenziehenden Lunge. Schließlich könnten Nanogeneratoren zur Stromversorgung von Herzschrittmachern verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit wiederholter Operationen bei Batterieversagen entfällt. Suchen Sie in naher Zukunft nach Nanogeneratoren, die in Kleidung erhältlich sind und es Ihnen ermöglichen, Ihren tragbaren Musikplayer einfach durch Atmen und Bewegen mit Strom zu versorgen.
3: Solarzellen
Während Wind und Wasser genutzt werden können, um durch Bewegung Strom zu erzeugen, liefert die Sonne eine erhebliche Menge an Energie in Form von Wärme und Licht. Solarzellentechnologie , genannt Photovoltaik (PV)-Zellen, wandelt dieses Licht in Elektrizität um . Diese PV-Zellen enthalten Halbleitermaterialien wie Silizium. Elektronen im Halbleiter bewegen sich, wenn das Material das Licht absorbiert.
Im Gegensatz zu den Wasser- und Windkrafttechnologien, die wir behandelt haben, sind Solarzellen vielseitig in Größe und Tragbarkeit. Große Solarmodule mit Hunderten von Zellen können in einer Fabrik gebaut und dann verkauft werden, um sie über Land auszudehnen oder auf einem Dach zu montieren. Diese großen Paneele werden zur Stromversorgung von Haushalten und Unternehmen verwendet und müssen nach etwa 30 Jahren ersetzt werden. Kleine Solarmodule mit nur wenigen Zellen sammeln genug Energie, um eigenständige Geräte wie Taschenrechner und Außenbeleuchtung mit Strom zu versorgen.
Obwohl es sich um eine saubere, erneuerbare Energiequelle handelt, reicht Sonnenlicht allein nicht aus, um nachts oder an bewölkten Tagen Strom zu nutzen. In den meisten Fällen sind Sonnenkollektoren eine zusätzliche Energiequelle für ein Gebäude, das bereits an das Stromnetz angeschlossen ist. Einige Leute entscheiden sich jedoch dafür, vollständig vom Netz zu gehen und wiederaufladbare Batterien zu verwenden, um solar erzeugten Strom zu speichern, wenn die Sonne nicht scheint.
Bisher haben wir uns mit Innovationen befasst, die das Beste aus erneuerbaren Energiequellen machen. Als nächstes betrachten wir eine Innovation, die die effizienteste nicht erneuerbare Energiequelle nutzt, die heute bekannt ist.
2: Kernreaktoren
Kernspaltung ist der Prozess, bei dem ein Atom auseinandergebrochen wird, wobei die Energie freigesetzt wird, die das Atom zusammenhält. In den 1950er Jahren machte die Kernspaltung des radioaktiven Isotops Uran-235 die Energieerzeugung billiger und effizienter. Ein Kernreaktor ist eine Struktur, die diesen Spaltungsprozess aus Uran-235 erzeugt. Kernkraftwerke umfassen einen oder mehrere Reaktoren zusammen mit großen und komplexen Mechanismen zum Kühlen und Containment.
Der Kernreaktor selbst ist hier die Schlüsselinnovation. Der Reaktor steuert den Spaltungsprozess mit einer sehr kleinen Menge Uran-235 und leitet die Energie zu Heizstäben, die wiederum Wasser erhitzen, um Dampf zu erzeugen. Der Dampf bewegt eine Turbine und dreht einen elektrischen Generator, ähnlich wie Wind- und Wasserturbinen funktionieren. Im Wesentlichen ist ein Kernkraftwerk also nur ein Dampfkraftwerk, das von seiner Kernenergie angetrieben wird.
Durch die Nutzung der Kernenergie verbraucht die Welt weniger andere Ressourcen wie Kohle und Öl, um das Wasser zu erhitzen und Dampf zu erzeugen. Trotz dieses Vorteils plagen Skeptiker immer noch Bedenken. Zu den Bedenken zählen die Sicherheit von Menschen, die in und um Kernkraftwerke leben und arbeiten, sowie die potenziellen Gefahren der Entsorgung nuklearer Abfälle. Darüber hinaus haben mehrere berüchtigte Kernreaktorkatastrophen auf der ganzen Welt den Ruf dieser Energiequelle beschädigt.
Keine dieser großartigen Innovationen im Bereich der elektrischen Energie wäre ohne die Top-Innovation in unserer Liste weit verbreitet. Lassen Sie uns das jetzt überprüfen.
1: Stromnetze
Ganz oben auf unserer Innovationsliste steht das Gitter selbst. Wenn Leute „das Netz“ sagen, beziehen sie sich auf ein Netzwerk von elektrischen Energieressourcen, die ein bestimmtes geografisches Gebiet abdecken. Einige Grids sind mit anderen Grids verbunden, um im Notfall Ressourcen gemeinsam zu nutzen. Die meisten Menschen, die eine elektrische Stromquelle verwenden, schließen sich über Stromleitungen an ein bestehendes Netz an.
Ein Netz ist eine massive elektrische Infrastruktur, die aus Stromleitungen, Kraftwerken, Umspannwerken und Transformatoren besteht. Netze in den Vereinigten Staaten werden von einer Kombination aus öffentlichen und privaten Einrichtungen kontrolliert. Die öffentlichen Einrichtungen sind die staatlichen und föderalen Bürokratien, die Gesetze zur Regulierung der Branche durchsetzen. Die privaten Einrichtungen sind Versorgungsunternehmen, die Zugang zu einem Netz bieten und die von jedem Haushalt oder Unternehmen verbrauchte Energie messen. Diese steuernden Kräfte bestimmen den Preis, den ein Nutzer für jede Kilowattstunde Strom in diesem Netz zahlen muss.
Die Grid-Technologie breitet sich weiter aus, auch wenn die Menschen nach anderen Energiequellen suchen, um sie zu füllen. Beispielsweise befindet sich die Smart-Grid -Technologie in der Entwicklung, um die Effizienz bei der Überwachung und Messung der Energie für jeden Kunden zu verbessern. Auch die Netzspeicherung an Stationen und Transformatoren kann Energie in Reserve halten, um Stromausfälle während einiger der normalen Betriebsstörungen des Netzes zu verhindern.
