புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் குறித்த இயற்பியல் ஆய்வறிக்கை

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் குறித்த இயற்பியல் ஆய்வறிக்கை

பெண்டாஹுலுவான்
ஆற்றல் என்பது மனித வாழ்வில் ஒரு அடிப்படை பௌதீக அளவாகும். விளக்குகள் மற்றும் போக்குவரத்து முதல் தொழில் மற்றும் தகவல் தொடர்பு வரை கிட்டத்தட்ட அனைத்து நவீன செயல்பாடுகளும், பயன்படுத்தக்கூடிய வடிவத்தில் ஆற்றல் கிடைப்பதைச் சார்ந்துள்ளன. ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக, உலகளாவிய ஆற்றல் தேவைகள் முதன்மையாக இதன் மூலமே பூர்த்தி செய்யப்பட்டு வருகின்றன. ஆதாரம் எண்ணெய், நிலக்கரி மற்றும் இயற்கை எரிவாயு போன்ற புதைபடிவ எரிபொருட்கள். இருப்பினும், புதைபடிவ எரிபொருட்களின் பயன்பாடு இரண்டு முக்கியப் பிரச்சினைகளை எழுப்புகிறது: வரையறுக்கப்பட்ட இருப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகள், குறிப்பாக புவி வெப்பமயமாதலைத் துரிதப்படுத்தும் பசுமை இல்ல வாயு வெளியேற்றம். எனவே, நிலையான எரிசக்தி விநியோகத்தைப் பராமரிக்கவும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பைக் குறைக்கவும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தியை உருவாக்குவது ஒரு உத்திசார்ந்த தீர்வாகும்.

இயற்பியலின் பின்னணியில், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைப் பற்றி விவாதிப்பது சுவாரஸ்யமானது, ஏனெனில் அது ஆற்றல் மாற்றம், செயல்திறன், மின்காந்த அலைகள், பாய்ம இயக்கவியல், வெப்ப இயக்கவியல் மற்றும் திறன் என்ற கருத்துரு போன்ற பல்வேறு அடிப்படைக் கொள்கைகளை உள்ளடக்கியுள்ளது . இந்தக் கட்டுரை, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் என்ற கருத்துருவை இயற்பியல் கண்ணோட்டத்தில், அதன் வகைகள், முக்கிய தொழில்நுட்பங்களின் செயல்பாட்டுக் கொள்கைகள், அதன் நன்மைகள் மற்றும் வரம்புகள், மற்றும் செயல்படுத்துவதில் உள்ள சவால்கள் ஆகியவற்றை விவாதிக்கிறது.

இயற்பியலில் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் என்ற கருத்து
புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் என்பது சூரிய ஒளி, காற்று, நீரோட்டம், புவிவெப்ப ஆற்றல் மற்றும் உயிரிப் பொருள் ஆற்றல் போன்ற, மனித கால அளவில் இயற்கையாகவே புதுப்பிக்கப்படக்கூடிய இயற்கை மூலங்களிலிருந்து பெறப்படும் ஆற்றலாகும். மில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகளில் உருவாகும் புதைபடிவ எரிபொருட்களைப் போலல்லாமல், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொடர்ச்சியாகக் கிடைக்கக்கூடியதாகவோ அல்லது விரைவாக மீட்டெடுக்கக்கூடியதாகவோ உள்ளது.

பௌதீக ரீதியாக, ஆற்றலை ஆக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது (ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதி), ஆனால் அது தன் வடிவத்தை மாற்றிக்கொள்ளும். புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் என்பது அடிப்படையில் இயற்கையாகக் கிடைக்கும் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, அதை பயனுள்ள மின் அல்லது வெப்ப ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு செயல்முறையாகும். இந்த மாற்றும் செயல்பாட்டில், திறன் என்ற கருத்து மிகவும் முக்கியமானது. திறன் என்பது காலப்போக்கில் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தின் வீதம் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

P = E/t

அதே சமயம், செயல்திறன் என்பது ஆற்றலை மாற்றுவதில் ஒரு அமைப்பின் வெற்றிக்கான ஒரு குறிகாட்டியாகும்:

η = (பயனுள்ள வெளியீட்டு ஆற்றல் / உள்ளீட்டு ஆற்றல்) × 100%

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியில், அமைப்புத் திறன், விநியோக நிலைத்தன்மை மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு ஆகியவை முக்கியக் கவனங்களாக உள்ளன.

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலின் வகைகள் மற்றும் அவற்றின் இயற்பியல் கோட்பாடுகள்

1. சூரிய ஆற்றல்
சூரிய ஆற்றலானது, சூரியனிலிருந்து வரும் மின்காந்தக் கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்துகிறது. இதில் இரண்டு முக்கிய அணுகுமுறைகள் உள்ளன: ஒளிமின்னழுத்தம் (PV) மற்றும் சூரிய வெப்பம்.

அ. சூரியத் தகடுகள் (ஒளிமின்னழுத்தங்கள்)
சூரிய மின்கலங்கள் ஒளிமின் விளைவு மற்றும் குறைக்கடத்திகளின் பண்புகளின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றன. சூரிய ஒளியிலிருந்து வரும் ஃபோட்டான்கள் (சிலிக்கான் போன்ற) ஒரு குறைக்கடத்திப் பொருளின் மீது மோதும்போது, ​​அந்த ஃபோட்டானின் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களை விடுவித்து, எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை உருவாக்குகிறது. p-n சந்திப்பில் உள்ள அக மின்புலம், மின்னூட்டத்தை நகரச் செய்து, ஒரு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது. ஃபோட்டான் ஆற்றலானது ஒளியின் அதிர்வெண்ணைச் சார்ந்துள்ளது.:

E = hf

சூரிய மின்தகட்டின் செயல்திறன் வெப்பநிலை, ஒளிச்செறிவு, படுகோணம் மற்றும் பொருளின் தரம் ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படுகிறது. நவீன சூரிய மின்தகடுகள் வணிகப் பயன்பாட்டிற்காகப் பொதுவாக 15–23% செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன, இருப்பினும் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில் இதைவிட அதிக செயல்திறனைக் கொண்டிருக்கக்கூடும்.

b. சூரிய வெப்பம்
சூரிய வெப்ப அமைப்புகள், சூரியனின் வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு திரவத்தை (நீர் அல்லது வெப்ப எண்ணெய்) சூடாக்குகின்றன. பின்னர் அந்தத் திரவம் நேரடியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது அல்லது ஒரு விசையாழியை இயக்கும் நீராவியை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. இங்கு வெப்ப இயக்கவியல் மற்றும் வெப்பப் பரிமாற்றத்தின் (கடத்தல், வெப்பச்சலனம் மற்றும் கதிர்வீச்சு) கோட்பாடுகள் முதன்மைப் பங்கு வகிக்கின்றன.

2. காற்றாலை ஆற்றல்
காற்றழுத்த வேறுபாடுகள் மற்றும் சூரியனால் புவியின் மேற்பரப்பு வெப்பமடைதல் ஆகியவற்றால் ஏற்படும் காற்று ஓட்டத்தின் இயக்க ஆற்றலிலிருந்து காற்றாற்றல் உருவாகிறது. காற்றாலைகள் காற்றின் இயக்க ஆற்றலை ஆற்றலாக மாற்றுகின்றன. இயந்திர ஆற்றல் சுழற்சியின் போது, ​​மின்னாக்கி அதை மின்காந்தத் தூண்டல் மூலம் மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது (ஃபாரடே விதி).

A என்ற குறுக்குவெட்டுப் பரப்பின் வழியே செல்லும் காற்றின் கோட்பாட்டு ரீதியான ஆற்றலை பின்வருமாறு மதிப்பிடலாம்:

P = ½ ρ A v³

இதில் ρ என்பது காற்றின் அடர்த்தி மற்றும் v என்பது காற்றின் வேகம். இந்த சூத்திரம், திறன் என்பது காற்றின் வேகத்திற்கு (காற்றின் வேகத்தின் கனத்தின் சார்பாக) மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது என்பதைக் காட்டுகிறது, இதனால் டர்பைன் நிறுவப்படும் இடம் ஒரு முக்கிய காரணியாக அமைகிறது.

இருப்பினும், எல்லா காற்றாலை ஆற்றலையும் அறுவடை செய்ய முடியாது. பெட்ஸ் வரம்பு எனப்படும் ஒரு இயற்பியல் வரம்பு உள்ளது, அதன்படி ஒரு சிறந்த காற்றாலை விசையாழியின் அதிகபட்ச செயல்திறன் தோராயமாக 59,3% ஆகும்.

3. நீர் ஆற்றல் (நீர் மின்சாரம்)
நீர் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் (PLTA) பயன்படுத்துகின்றன நிலை ஆற்றல் ஒரு குறிப்பிட்ட உயரத்தில் நீரின் புவியீர்ப்பு விசை. நீர் கீழ்நோக்கிப் பாயும்போது, ​​நிலை ஆற்றல் இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்பட்டு, ஒரு விசையாழியைச் சுழற்றுகிறது, மேலும் ஒரு மின்னாக்கி மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கிறது.

உருவாக்கப்படும் சக்தியைப் பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம் :

P = ρ gh Q η

இதில் g என்பது புவியீர்ப்பு முடுக்கம், h என்பது நீர்மட்டம், Q என்பது நீர் வெளியேற்றம், மற்றும் η என்பது அமைப்பின் செயல்திறன் ஆகும். நீர்மின் நிலையங்கள் அதிக செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன (பெரும்பாலும் 80–90% க்கும் மேல்), இது அவற்றை மிகவும் பயனுள்ள புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களில் ஒன்றாக ஆக்குகிறது. இருப்பினும், பெரிய அணைத் திட்டங்கள் ஆற்றுச் சூழல் அமைப்புகளையும், சுற்றியுள்ள சமூகங்களின் சமூக வாழ்க்கையையும் பாதிக்கக்கூடும்.

4. புவிவெப்ப ஆற்றல்
புவிவெப்ப ஆற்றலானது, கதிரியக்கச் சிதைவினால் உருவாகும் பூமியின் அக வெப்பம் மற்றும் கோளின் உருவாக்கத்தின் போது எஞ்சியிருக்கும் வெப்பம் ஆகியவற்றிலிருந்து கிடைக்கிறது. புவிவெப்ப மின் நிலையங்கள், டர்பைன்களை இயக்குவதற்காக நிலத்தடி நீர்த்தேக்கங்களிலிருந்து வரும் சூடான நீராவி அல்லது சூடான நீரைப் பயன்படுத்துகின்றன.

வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக, புவிவெப்ப அமைப்புகள் மற்ற அனல் மின் நிலையங்களைப் போலவே செயல்படுகின்றன: வெப்பம் நீரை நீராவியாக மாற்றுகிறது, அந்த நீராவி ஒரு விசையாழியைச் சுழற்றுகிறது, பின்னர் அந்த நீராவி மீண்டும் ஒடுங்குகிறது. அரிப்பு, கனிம உள்ளடக்கம் மற்றும் பொருத்தமான இடங்களின் பற்றாக்குறை ஆகியவை இதன் முக்கிய சவால்களாகும். இதன் நன்மை என்னவென்றால், புவிவெப்ப மின்சாரம் அன்றாட வானிலை நிலைகளைப் பொருட்படுத்தாமல், ஒரு நிலையான (அடிப்படைச் சுமை) மின்சார விநியோகத்தை வழங்க முடியும்.

5. உயிர்ப்பொருள்
உயிரிப்பொருள் என்பது மரம், விவசாயக் கழிவுகள் மற்றும் எரிக்கப்படக்கூடிய அல்லது உயிரி எரிபொருளாகப் பதப்படுத்தப்படக்கூடிய கரிமக் கழிவுகள் போன்ற கரிமப் பொருட்களை உள்ளடக்கியது. உயிரிப்பொருள் ஆற்றல் என்பது அடிப்படையில் ஒளிச்சேர்க்கை மூலம் சேமிக்கப்படும் வேதியியல் ஆற்றலாகும். எரிக்கப்படும்போது அல்லது நொதிக்கப்படும்போது, ​​அந்த வேதியியல் ஆற்றல் வெப்பமாக வெளியிடப்படுகிறது அல்லது எரிபொருளாக மாற்றப்படுகிறது.

சுற்றுச்சூழல் கண்ணோட்டத்தில், உயிரிப் பொருள் பெரும்பாலும் புதுப்பிக்கத்தக்கதாகக் கருதப்படுகிறது, ஆனால் காடழிப்பு அல்லது அதிக நிகர வெளியேற்றங்களைத் தவிர்க்க, அது கவனமாக நிர்வகிக்கப்பட வேண்டும். மாற்றத் திறன் மற்றும் எரிப்புத் தரம் ஆகியவையும் மாசுபாட்டின் அளவைத் தீர்மானிக்கின்றன.

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலின் நன்மைகள் மற்றும் வரம்புகள்
குறைந்த கார்பன் வெளியேற்றம், ஏராளமான வளங்கள் மற்றும் எரிசக்தி தற்சார்பை ஊக்குவிக்கும் ஆற்றல் உள்ளிட்ட முக்கிய நன்மைகளைப் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் கொண்டுள்ளது. இயற்பியல் மற்றும் பொறியியல் ரீதியாக, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொழில்நுட்பம் தொடர்ந்து வளர்ந்து வருவதால், காலப்போக்கில் அதன் செயல்திறன் அதிகரித்து வருகிறது.

இருப்பினும், கவனிக்கப்பட வேண்டிய சில வரம்புகள் உள்ளன. முதலாவதாக, சூரிய ஆற்றல் மற்றும் காற்று ஆற்றல் போன்ற சில மூலங்கள் இடைப்பட்டவை, எனவே அவற்றுக்கு ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் (மின்கலங்கள், நீரேற்று நீர்மின்சக்தி, ஹைட்ரஜன்) அல்லது ஒரு திறன்மிகு மின்கட்டமைப்பு தேவைப்படுகிறது. இரண்டாவதாக, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் பொதுவாக புதைபடிவ எரிபொருட்களை விட குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது, எனவே அவற்றை நிறுவுவதற்கு பெரிய இடங்கள் தேவைப்படுகின்றன. மூன்றாவதாக, நீர்மின்சக்தி மற்றும் புவிவெப்ப ஆற்றல் போன்ற சில தொழில்நுட்பங்கள், அவை அமைந்துள்ள இடத்தைச் சார்ந்தவை.

வளர்ச்சியின் சவால்களும் திசைகளும்
புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மேம்பாடு என்பது ஒரு தொழில்நுட்பப் பிரச்சினை மட்டுமல்ல, அது பொருளாதாரம், கொள்கை மற்றும் உள்கட்டமைப்பு சார்ந்த விடயமும் ஆகும். பயன்பாட்டு இயற்பியல் கண்ணோட்டத்தில், பொருட்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல் (எ.கா., புதிய தலைமுறை சூரிய மின்கலங்கள்), காற்றாலைகளை உகந்ததாக்குதல், பரிமாற்ற இழப்புகளைக் குறைத்தல் மற்றும் பாதுகாப்பான, மலிவான ஆற்றல் சேமிப்பில் புதுமைகளைப் புகுத்துதல் ஆகியவை முக்கிய சவால்களாகும். லித்தியம்-அயன் மின்கல அமைப்புகள் தற்போது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஆனால் சோடியம்-அயன் மின்கலங்கள், திட-நிலை மின்கலங்கள் மற்றும் ஹைட்ரஜன் அடிப்படையிலான சேமிப்பு ஆகியவற்றிலும் ஆராய்ச்சி தொடர்ந்து விரிவடைந்து வருகிறது.

மேலும், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஒருங்கிணைப்பிற்கு முறையான அமைப்பு மாதிரியாக்கமும் கட்டுப்பாடும் தேவைப்படுகிறது. சூரிய மற்றும் காற்றாலை மின்சக்தியில் ஏற்படும் ஏற்ற இறக்கங்கள், வானிலை முன்னறிவிப்பு, மின்சுமை மேலாண்மை மற்றும் நவீன மின்கட்டமைப்புத் தொழில்நுட்பம் ஆகியவற்றின் மூலம் தேவையுடன் சமநிலைப்படுத்தப்பட வேண்டும்.

முடிவுரை
எதிர்கால நீடித்த ஆற்றல் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்குப் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஒரு முக்கியத் தீர்வாகும். ஒளிமின் விளைவு, பாய்ம இயக்கவியல் முதல் வெப்ப இயக்கவியல் வரையிலான இயற்பியல் கோட்பாடுகளின் மூலம், பல்வேறு வகையான இயற்கை ஆற்றல்களைப் பயனுள்ள மின்சாரமாகவும் வெப்பமாகவும் மாற்ற முடியும். ஒவ்வொரு வகை புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கும் அதற்கே உரிய நன்மைகளும் வரம்புகளும் உள்ளன, ஆனால் அவை பொதுவாகப் புதைபடிவ எரிபொருட்களை விடக் குறைவான சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பையே ஏற்படுத்துகின்றன. அதிகரித்த செயல்திறன், ஆற்றல் சேமிப்பில் புதுமைகள், மற்றும் கொள்கை மற்றும் உள்கட்டமைப்பு ஆதரவு ஆகியவற்றின் மூலம், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலானது தூய்மையான மற்றும் நிலையான உலகளாவிய ஆற்றல் அமைப்பின் முதுகெலும்பாக மாறும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது.

நீங்கள் விரும்பினால், கட்டுரை வடிவம் பள்ளி/கல்லூரி கட்டுரைத் தரநிலைகளுக்கு ஏற்ப அமையும் வகையில், நான் அதில் மேற்கோள் பட்டியல், சிக்கல் உருவாக்கம், நோக்கங்கள் மற்றும் எழுதும் முறை ஆகியவற்றைச் சேர்க்க முடியும்.