Ìwé Fisiksi lórí Agbára Tí A Lè Ṣe Àtúnṣe
Pendahuluan
Agbára jẹ́ iye ara pàtàkì nínú ìgbésí ayé ènìyàn. Ó fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ pé gbogbo ìgbòkègbodò òde òní—láti ìmọ́lẹ̀ àti ìrìnnà sí ilé iṣẹ́ àti ìbánisọ̀rọ̀—dá lórí wíwà agbára ní ọ̀nà tí a lè lò. Fún ohun tí ó ju ọgọ́rùn-ún ọdún lọ, a ti ń rí àwọn àìní agbára kárí ayé nípasẹ̀ epo bíi epo, èédú, àti gaasi àdánidá. Síbẹ̀síbẹ̀, lílo epo ìdáná gbé àwọn ọ̀ràn pàtàkì méjì dìde: àwọn ìpamọ́ díẹ̀ àti àwọn ipa àyíká, pàápàá jùlọ àwọn ìtújáde gaasi afẹ́fẹ́ tí ó ń mú kí ìgbóná ayé yára sí i. Nítorí náà, ìdàgbàsókè agbára afẹ́fẹ́ jẹ́ ojútùú ètò láti máa pèsè agbára afẹ́fẹ́ tí ó wà pẹ́ títí àti láti dín ìbàjẹ́ àyíká kù.
Nínú ọ̀ràn fisiksi, agbára tí a lè sọ di tuntun jẹ́ ohun tó dùn mọ́ni láti jíròrò nítorí pé ó ní onírúurú ìlànà ìpìlẹ̀, bíi ìyípadà agbára, ìṣiṣẹ́, ìgbì oníná, ẹ̀rọ omi, thermodynamics, àti èrò agbára. Ìwé yìí jíròrò èrò agbára tí a lè sọ di tuntun láti ojú ìwòye fisiksi, irú rẹ̀, àwọn ìlànà iṣẹ́ ti àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ pàtàkì, àwọn àǹfààní àti ààlà rẹ̀, àti àwọn ìpèníjà ìmúṣẹ.
Èrò Agbára Tí A Lè Ṣe Àtúnṣe Nínú Físíìsì
Agbara isọdọtun jẹ agbara ti a gba lati awọn orisun adayeba ti a le tunse ni ti ara eniyan lori iwọn akoko eniyan, gẹgẹbi oorun, afẹfẹ, sisan omi, agbara geothermal, ati biomass. Ko dabi awọn epo fosil, ti a ṣẹda fun awọn miliọnu ọdun, agbara isọdọtun wa nigbagbogbo tabi a le mu pada ni kiakia.
Ní ti ara, agbára kò lè ṣẹ̀dá tàbí parun (Òfin Ìpamọ́ Agbára), ṣùgbọ́n ó lè yípadà ìrísí rẹ̀. Agbára tí a lè sọ di tuntun jẹ́ ìlànà lílo agbára tí ó ń ṣẹlẹ̀ nípa ti ara àti yíyípadà rẹ̀ sí agbára iná mànàmáná tàbí ooru tí ó wúlò. Nínú ìlànà ìyípadà yìí, èrò agbára ṣe pàtàkì. Agbára ni a túmọ̀ sí ìwọ̀n ìyípadà agbára lórí àkókò:
P = E / t
Nibayi, ṣiṣe daradara jẹ afihan aṣeyọri eto kan ni iyipada agbara:
η = (Agbara ìjáde tó wúlò / Agbara ìfàwọlé) × 100%
Nínú ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ agbára tí a lè sọ di tuntun, ìṣiṣẹ́ ètò, ìdúróṣinṣin ìpèsè, àti ìpamọ́ agbára ni àwọn ohun pàtàkì tí a fẹ́ ṣe.
Àwọn Irú Agbára Tí A Lè Ṣe Àtúnṣe àti Àwọn Ìlànà Ìṣẹ̀dá Wọn
1. Agbára Oòrùn
Agbára oòrùn ń lo ìtànṣán oníná-ìmọ́lẹ̀ láti ọ̀dọ̀ oòrùn. Ọ̀nà pàtàkì méjì ló wà: fọ́tòvoltaic (PV) àti ooru oòrùn.
a. Awọn Pánẹ́lì Oòrùn (Fọ́tòvoltaics)
Àwọn sẹ́ẹ̀lì oòrùn ń ṣiṣẹ́ ní ìbámu pẹ̀lú ipa fọ́tò-ina àti àwọn ànímọ́ àwọn semiconductors. Nígbà tí fọ́tòn láti inú oòrùn bá kọlu ohun èlò semiconductors kan (bíi sílíkọ́nì), agbára fọ́tòn lè tú àwọn elektron jáde kí ó sì ṣẹ̀dá àwọn ìsopọ̀ ihò-eléktrọ́nù. Pápá iná mànàmáná inú ní ìsopọ̀ p-n ń fipá mú kí àwọn agbára náà gbéra, èyí tí ó ń ṣẹ̀dá ìṣàn iná mànàmáná. Iye agbára fọ́tòn sinmi lórí bí ìmọ́lẹ̀ náà ṣe ń tàn:
E = hf
Ìwọ̀n otútù, agbára ìmọ́lẹ̀, igun ìṣẹ̀lẹ̀, àti dídára ohun èlò ló máa ń nípa lórí bí a ṣe ń lo àwọn páànẹ́lì oòrùn. Àwọn páànẹ́lì oòrùn òde òní sábà máa ń ní agbára tó tó 15–23% fún lílo ọjà, bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ tuntun lè ga sí i lábẹ́ àwọn ipò kan.
b. Ooru oorun
Àwọn ètò ooru oòrùn máa ń lo ooru oòrùn láti mú omi (omi tàbí epo ooru) gbóná, èyí tí a máa ń lò ní tààràtà tàbí láti mú kí ooru tó ń yí turbine padà di turbine. Àwọn ìlànà thermodynamics àti ìyípadà ooru (ìdarí, convection, àti radiation) ló gbajúmọ̀ níbí.
2. Agbára Afẹ́fẹ́
Agbára afẹ́fẹ́ wá láti inú agbára ìtújáde afẹ́fẹ́ tí ìyàtọ̀ ìfúnpá àti gbígbóná ojú ilẹ̀ ayé ń fà nípasẹ̀ oòrùn. Àwọn turbines afẹ́fẹ́ yí agbára ìtújáde afẹ́fẹ́ padà sí agbára ìtújáde oníyípo, èyí tí àwọn generators yóò wá yí padà sí agbára iná mànàmáná nípasẹ̀ ìfàsẹ́yìn onínámáná (Òfin Faraday).
A le ṣe iṣirò agbara imọ-jinlẹ ti afẹfẹ ti n kọja laaarin agbegbe agbelebu A nipasẹ:
P = ½ ρ A v³
níbi tí ρ jẹ́ ìwọ̀n afẹ́fẹ́ àti v jẹ́ iyára afẹ́fẹ́. Fọ́múlá yìí fihàn pé agbára ní ìmọ̀lára púpọ̀ sí iyára afẹ́fẹ́ (gẹ́gẹ́ bí ìṣiṣẹ́ ti iyára afẹ́fẹ́), èyí tí ó mú kí ibi tí a ti fi turbine sí jẹ́ kókó pàtàkì.
Sibẹsibẹ, kii ṣe gbogbo agbara afẹfẹ ni a le gba. Ààlà ti ara kan wa ti a mọ si Betz Limit, eyiti o sọ pe ṣiṣe ti o ga julọ ti turbine afẹfẹ ti o dara julọ jẹ nipa 59,3%.
3. Agbára Omi (Agbára Omi)
Àwọn ilé iṣẹ́ agbára omi (PLTA) ń lo agbára òòfà omi ní àwọn ibi gíga gíga. Bí omi ṣe ń ṣàn lọ sílẹ̀, agbára òòfà náà ń yípadà sí agbára kinetic, ó ń yí àwọn turbines àti generators padà láti ṣe iná mànàmáná.
A le ṣe iṣiro agbara ti a ṣẹda nipa lilo:
P = ρ gh Q η
níbi tí g jẹ́ ìyárasí nítorí agbára òòfà, h ni orí, Q ni ìtújáde omi, àti η ni agbára ètò náà. Àwọn ilé iṣẹ́ agbára mànàmáná omi ní agbára gíga (nígbà tó ju 80–90%) lọ, èyí tó mú wọn jẹ́ ọ̀kan lára àwọn orísun agbára tó dára jùlọ. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn iṣẹ́ ìdábùú omi ńlá lè ní ipa lórí àwọn ètò ìṣẹ̀dá odò àti ìgbésí ayé àwùjọ àwọn agbègbè tó yí wọn ká.
4. Agbára Igbóná ilẹ̀
Agbára ooru ilẹ̀ ayé wá láti inú ooru inú ilẹ̀ ayé, tí ó jẹ́ ti ìbàjẹ́ ìtànṣán àti ooru tí ó kù láti inú ìṣẹ̀dá ilẹ̀ ayé. Àwọn ilé iṣẹ́ agbára ilẹ̀ ayé ń lo omi gbígbóná tàbí omi gbígbóná láti inú àwọn ibi ìtọ́jú omi lábẹ́ ilẹ̀ láti yí àwọn turbines padà.
Ní ti thermodynamics, àwọn ètò geothermal ń ṣiṣẹ́ bí àwọn ilé iṣẹ́ agbára ooru mìíràn: ooru ń yí omi padà sí steam, èyí tí ó ń yí turbine padà, a sì tún ń di steam náà papọ̀. Àwọn ìpèníjà pàtàkì ni ìbàjẹ́, ìwọ̀n ohun alumọ́ni, àti àwọn ibi tí ó yẹ díẹ̀. Àǹfààní rẹ̀ ni pé agbára geothermal lè pèsè ìpèsè iná mànàmáná tí ó dúró ṣinṣin (ìwọ̀n ipìlẹ̀), láìsí àwọn ipò ojú ọjọ́ ojoojúmọ́.
5. Ìṣẹ̀dá-ara
Àwọn ohun èlò onígbà-ayé ní nínú ohun èlò onígbà-ayé bíi igi, ìdọ̀tí oko, àti ìdọ̀tí onígbà-ayé tí a lè jó tàbí ṣe àtúnṣe sí epo onígbà-ayé. Agbára onígbà-ayé jẹ́ agbára kẹ́míkà tí a kó pamọ́ nípasẹ̀ photosynthesis. Nígbà tí a bá jó tàbí tí a bá wú, a máa ń tú agbára kẹ́míkà náà jáde gẹ́gẹ́ bí ooru tàbí kí a yípadà sí epo onígbà-ayé.
Láti ojú ìwòye àyíká, a sábà máa ń kà á sí ohun tí ó lè ṣe àtúnṣe, ṣùgbọ́n a gbọ́dọ̀ ṣàkóso rẹ̀ pẹ̀lú ìṣọ́ra láti yẹra fún pípa igbó run tàbí àwọn ìtújáde tí ó pọ̀ sí i. Ìyípadà tí ó dára àti dídára ìjóná tún ń pinnu bí ìbàjẹ́ ṣe pọ̀ tó.
Àwọn Àǹfààní àti Àìlópin Agbára Tí A Lè Ṣe Àtúnṣe
Agbara isọdọtun ni awọn anfani pataki, pẹlu awọn itujade erogba ti o dinku, awọn orisun pupọ, ati agbara lati ṣe igbelaruge ominira agbara. Ni awọn ofin ti fisiksi ati imọ-ẹrọ, imọ-ẹrọ agbara isọdọtun n tẹsiwaju lati dagbasoke, eyiti o yori si ilọsiwaju ṣiṣe ni akoko pupọ.
Sibẹsibẹ, awọn idiwọn wa ti o nilo lati koju. Akọkọ, diẹ ninu awọn orisun jẹ alaigbagbọ, gẹgẹbi oorun ati afẹfẹ, ti o nilo awọn eto ipamọ agbara (awọn batiri, omi ti a fi omi pa, hydrogen) tabi grid ọlọgbọn. Keji, agbara isọdọtun ni igbagbogbo ni iwuwo agbara kekere ju awọn epo fosil lọ, ti o nilo awọn agbegbe fifi sori ẹrọ ti o tobi julọ. Ẹkẹta, awọn imọ-ẹrọ kan, gẹgẹbi agbara omi ati ooru geothermal, da lori ipo.
Awọn Ipenija ati Awọn Itọsọna fun Idagbasoke
Ìdàgbàsókè agbára tí a lè sọ di tuntun kìí ṣe ọ̀ràn ìmọ̀-ẹ̀rọ nìkan, ṣùgbọ́n ó tún jẹ́ ọ̀ràn ọrọ̀-ajé, ètò ìṣèlú, àti ètò-ẹ̀rọ. Láti ojú ìwòye fisiksi tí a lò, àwọn ìpèníjà pàtàkì pẹ̀lú mímú kí iṣẹ́ àṣekára ohun èlò sunwọ̀n síi (fún àpẹẹrẹ, àwọn sẹ́ẹ̀lì oòrùn ìran tuntun), ṣíṣe àtúnṣe sí àwọn ẹ̀rọ afẹ́fẹ́, dídín àdánù ìgbéjáde kù, àti ṣíṣe àtúnṣe ibi ìpamọ́ agbára tí ó ní ààbò àti tí ó rọrùn. Àwọn ètò bátírì Lithium-ion ni a ń lò ní gbogbogbòò lọ́wọ́lọ́wọ́, ṣùgbọ́n ìwádìí ń tẹ̀síwájú láti fẹ̀ sí àwọn bátírì sodium-ion, àwọn bátírì solid-state, àti ibi ìpamọ́ tí a fi hydrogen ṣe.
Síwájú sí i, ìṣọ̀kan agbára tí a lè sọ di tuntun nílò àwòṣe àti ìṣàkóso ètò ohun. Àwọn ìyípadà nínú agbára oòrùn àti afẹ́fẹ́ gbọ́dọ̀ wà ní ìbámu pẹ̀lú ìbéèrè nípasẹ̀ àsọtẹ́lẹ̀ ojú ọjọ́, ìṣàkóso ẹrù, àti ìmọ̀ ẹ̀rọ ìgbàlódé.
Ipari
Agbara isọdọtun jẹ ojutu pataki lati pade awọn aini agbara alagbero ojo iwaju. Nipasẹ awọn ilana ti fisiksi—lati ipa fọtoelectric ati awọn ilana omi si thermodynamics—oriṣiriṣi awọn iru agbara adayeba le yipada si ina ati ooru to wulo. Iru agbara isọdọtun kọọkan ni awọn anfani ati awọn idiwọn tirẹ, ṣugbọn wọn ni ipa ayika ti o kere ju awọn epo fosil lọ. Pẹlu ilọsiwaju ti o pọ si, awọn imotuntun ni ibi ipamọ agbara, ati atilẹyin eto imulo ati amayederun, agbara isọdọtun ni agbara lati di ẹhin eto agbara agbaye ti o mọ ati ti o duro ṣinṣin.
Tí o bá fẹ́, mo lè fi ìwé àkọsílẹ̀, ìgbékalẹ̀ ìṣòro, àwọn ète, àti ọ̀nà ìkọ̀wé kún ìwé náà kí ìrísí náà lè bá àwọn ìlànà ìwé ilé-ẹ̀kọ́/kọ́ọ̀jì mu.
