Энергетика
Ключевым фактором развития энергетической отрасли в будущем станет вопрос снижения вредного воздействия на окружающую среду. Будут появляться принципиально новые экологически чистые источники энергии и более эффективные энергонакопители. Всё большее распространение будут получать возобновляемые источники энергии — солнечный свет, ветер, движение воды в реках, приливы и отливы в морях и океанах, горячие источники, морские волны. Кроме того, значительную роль в обеспечении непрерывно возрастающих энергетических потребностей человечества будет играть термоядерная энергетика.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОФЕССИИ
Инженер альтернативной энергетики
Конструктор носимых энергоустройств
Разработчик систем энергопередачи
Инженер альтернативной энергетики
С тех пор, как был освоен огонь (а по оценкам ученых это произошло около миллиона лет назад), человек использует в качестве топлива природные ресурсы. Сначала это был хворост, затем — дрова, а еще позже — ископаемое топливо: торф, уголь, газ, нефть. Помимо обогрева жилья и приготовления пищи топливо использовалось для плавки металлов и обжига глины. А намного позже — после изобретения тепловых двигателей и открытия электричества — потребление горючих ресурсов возросло в десятки раз.
Вслед за стремительными темпами развития промышленности росли и объемы добычи ископаемого топлива. Однако на определенном этапе люди осознали, что запасы угля, нефти и газа в природе не безграничны. К тому же, избытки в атмосфере углекислого газа, выделением которого сопровождается любое горение, ведут к необратимому изменению климата на планете, что может закончиться катастрофой для человечества.
Ученые стали предлагать различные новые источники энергии, которые можно было бы использовать взамен традиционному сжиганию природного топлива. Такие энергоресурсы получили название альтернативных, то есть предлагаемых в качестве замены. Уже сегодня никого не удивишь солнечными батареями и ветряными электростанциями, использующими для получения электричества энергию света и ветра соответственно. Кроме того, для получения электричества люди начинают использовать энергию приливов и отливов, а также морских волн, разницу температур на поверхности и глубине Мирового океана, тепло недр Земли, молнии и даже энергию конденсации влаги из атмосферы.
Отдельно стоит упомянуть атомную энергетику, которая также является одним из направлений альтернативного энергоснабжения. При правильной эксплуатации этот способ получения электроэнергии весьма эффективный и экологически чистый. Однако, как показали случаи в Чернобыле и Фукусиме, ошибки в подобной деятельности имеют катастрофические последствия.
Задачей инженера альтернативной энергетики будет поиск оптимальных решений для обеспечения электроэнергией конкретной местности, с учетом всех ее особенностей. Этот специалист будет работать над тем, чтобы процесс энергообеспечения был максимально эффективным и рентабельным, но при этом не наносил вреда окружающей среде.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• проводить опыты по физике;
• заботиться о природе вокруг тебя;
• мечтать, как изменишь жизнь на планете к лучшему.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Инженер-электроэнергетик — специалист по обеспечению электричеством населенных пунктов. Просчитывает потребность в электроэнергии, проектирует электросети и руководит их созданием, обеспечивает бесперебойное функционирование существующих электросетей.
Электрохимик — специалист по химическим реакциям, в результате которых вырабатывается электричество. Помимо разработки аккумуляторных батарей и гальванических элементов питания (батареек), занимается процессами разделения вещества на отдельные элементы (электролиз) или нанесения покрытия на металлы (гальванизация).
Электромонтажник — специалист по монтажу, наладке и обслуживанию электрических сетей и связанного с ними оборудования.
Инженер-термоядерщик
Благодаря исследованиям в области ядерной физики ученые открыли новые способы получения колоссального количества энергии из небольшого количества вещества. Процесс, когда тяжелое ядро атома распадается на несколько легких, назвали реакцией деления. Такие реакции в настоящее время используются на атомных электростанциях. Их значительным недостатком является то, что при выходе процесса из-под контроля происходит ядерный взрыв, который не только приносит большие разрушения, но и загрязняет окружающую среду радиоактивными элементами на многие сотни лет.
При другом способе ядра атомов не делятся, а наоборот — сливаются друг с другом. При этом энергии выделяется еще больше, чем при реакции деления. Но сам процесс связан с определенными трудностями. Дело в том, что в обычных условиях ядра атомов имеют одинаковые заряды, поэтому отталкиваются друг от друга. А чтобы преодолеть это отталкивание, нужно разогнать частицы ядер до чрезвычайно высоких скоростей. Внешне это будет проявляться как очень высокая температура — в несколько миллионов градусов. Именно поэтому реакции слияния ядер атомов называют термоядерными.
Интересно, что каждый из нас многократно наблюдал термоядерную реакцию — солнце на небе является прекрасным примером подобного процесса. Само открытие термоядерного синтеза напрямую связано с изучением звезд. Еще в 1920 году британский астрофизик Артур Эддингтон впервые попытался объяснить природу звезд, выдвинув предположение, что источником их бесконечной энергии является превращение (синтез) водорода в гелий.
Идея использовать термоядерный синтез в качестве источника энергии прозвучала в начале 1950-х годов. Главной проблемой и одновременно главным достоинством термоядерной реакции является то, что она не может осуществляться самостоятельно, без внешнего воздействия. Положительный момент заключается в том, что при любом сбое реакция просто прекращается, а не приводит к катастрофе, как реакции ядерного деления. Проблема же заключается в том, что в земных условиях очень сложно создать «искусственное солнце».
Для удержания «кипящего бульона» из атомов — плазмы — в 1957 году была придумана специальная установка в форме огромного бублика, по-научному — тороидальная камера с магнитными катушками, или сокращенно токамак. Однако по сей день никому не удалось поддерживать процесс достаточно долгое время, чтобы вырабатываемой энергии было больше, чем затрачиваемой на запуск реакции.
В настоящее время в разработке технологий термоядерного синтеза дальше всех продвинулись ученые из Китая. Им удалось поддерживать облако разогретой почти до 50 миллионов градусов плазмы в течение 102 секунд. По прогнозам специалистов, первые промышленные термоядерные реакторы появятся не раньше, чем через десять лет.
Как бы то ни было, на высокоэффективную, безопасную и экологически чистую термоядерную энергетику возлагаются большие надежды. Специалисты в этой области — инженеры-термоядерщики — помогут с успехом решить энергетические проблемы человечества.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• ставить физические опыты;
• читать о новых открытиях в области физики;
• долго сидеть на одном месте, занимаясь увлекательным занятием.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Физик-исследователь — ученый, занимающийся изучением структуры и свойств природы на различных уровнях ее организации. Ищет пути решения проблем, стоящих перед современной наукой. Разрабатывает новые методики исследований. Сопоставляет теоретическую базу с практическими результатами исследований.
Инженер по ядерной физике — специалист по процессам, происходящим с ядрами атомов вещества. Занимается организацией надежной и безопасной эксплуатации оборудования атомных электростанций и исследовательских институтов. Следит за выполнением технических регламентов при проведении ремонтов и обслуживания ядерных установок.
Физик-лаборант — специалист по подготовке материалов и оборудования к проведению исследований, анализов или экспериментов. Осуществляет отбор проб, ведет протоколы испытаний. Следит за соблюдением правил техники безопасности.
Конструктор носимых энергоустройств
С каждым днем всё большую популярность набирают различные носимые устройства — фитнесс-браслеты, умные часы, интерактивные очки, GPS-навигаторы, MP3-плееры, электронные книги. Только смартфонами в настоящее время пользуется более 75 % населения планеты. И главным общим недостатком всех этих гаджетов и аксессуаров, по мнению подавляющего большинства их владельцев, является необходимость регулярно их подзаряжать.
Можно сказать, что люди не впервые сталкиваются с подобными неудобствами. Карманные, а затем и наручные механические часы также нуждались в регулярном подзаводе. Чего только не придумывали часовые мастера, чтобы избавить владельцев часов от выполнения этой ежедневной процедуры. Они умудрялись делать часы, работающие без подзавода целый месяц, придумывали механизмы автоподзавода, которые сжимали ходовую пружину от движений руки. А затем были изобретены кварцевые часы, способные работать от крохотной батарейки годами, и все, наконец, смогли вздохнуть свободно.
Современные гаджеты с их миниатюрными микрокомпьютерами (процессорами) и цветными сенсорными дисплеями потребляют гораздо больше энергии, чем электронные часы. Поэтому необходимо искать принципиально новые решения проблемы их постоянной привязки к зарядным устройствам. Специалисты видят выход в появлении носимых энергоустройств — компактных, возможно, даже встроенных в одежду, приборов, вырабатывающих электроэнергию, необходимую для постоянной подзарядки гаджетов.
Конструктор носимых энергоустройств будет учитывать все существующие технологии микрогенерации электроэнергии для создания портативных источников питания. Встроенные в материал одежды солнечные батареи, миниатюрные элементы, преобразующие в электричество тепло человеческого тела или энергию движений рук и ног при ходьбе — это самые очевидные способы «освобождения от розеток».
Возможно (и скорее всего) специалистами в этой сфере будут найдены принципиально новые решения, более эффективные и оригинальные. Быть может, это будет миниатюрный термоядерный реактор, размером со спичечный коробок. А возможно источником энергии для гаджетов станет устройство, которое будет передавать заряд из какого-то специально созданного общего энергетического поля, доступного в любой точке земного шара.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• узнавать о новых технологиях и устройствах;
• разбираться в гаджетах;
• изучать различные физические явления.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Менеджер по модернизации систем электрогенерации — специалист, который занимается управлением модернизацией электростанций — ТЭЦ, ГЭС, АЭС. Внедряет инновационные методы обеспечения безопасности, эффективности и экологичности на производстве.
Инженер по электрическим машинам и аппаратам — специалист по производству, эксплуатации и техническому обслуживанию электрических машин, аппаратов и установок. Проектирует отдельные элементы и узлы электрических агрегатов. Подбирает материалы, комплектующие и технологическое оборудование для производства.
Технолог материалов современной энергетики — специалист по разработке и внедрению технологических процессов и методик переработки природного сырья. Отвечает за обеспечение энергетической отрасли безопасными и высокоэффективными видами энергоресурсов.
Разработчик систем энергопередачи
На сегодняшний день до 10 % электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, теряется при транспортировке по линиям электропередач. Из-за существующего электрического сопротивления материалов часть энергии расходуется просто на нагревание проводов. При этом, чем дальше от населенных пунктов находится электростанция, тем больше такие потери электричества.
А бывают случаи, когда проложить провода просто невозможно. Например, уже достаточно давно существует проект получения электроэнергии от солнечных батарей, размещенных на околоземной орбите. Благодаря отсутствию атмосферы, которая поглощает значительное количество солнечного излучения, орбитальная солнечная электростанция сможет получать в восемь раз больше света, чем на поверхности Земли. А правильно выбранная орбита позволит такой станции оставаться освещенной практически круглосуточно. К тому же, благодаря невесомости, размеры панелей солнечных батарей могут быть величиной хоть с футбольное поле, при этом для их поворачивания к Солнцу не понадобятся огромные приводные агрегаты. Но при всех очевидных преимуществах существует проблема передачи полученной энергии на Землю — провода тут не помогут.
Иногда особые способы передачи энергии нужны для удобства. Беспроводная зарядка мобильных телефонов, которая уже сегодня предлагается многими производителями, позволяет обходиться без подключения зарядных устройств. Достаточно просто поместить гаджет на соответствующее место, не заботясь о точном попадании. Было бы неплохо, если бы и вся бытовая техника — телевизоры, холодильники, пылесосы — могла обходиться без проводов, правда? Куда удобнее переставить электрочайник или тостер в любое удобное место на кухне, чем искать розетку поблизости или протягивать переноску через всю комнату…
Разработчик систем энергопередачи займется поиском эффективных решений описанных вопросов. Этот специалист будет активно внедрять технологии сверхпроводимости для снижения потерь электроэнергии в проводах, а также разрабатывать способы беспроводной передачи электроэнергии — микроволновым излучением, лазерами, ультразвуком, методами электростатической или электромагнитной индукции. При этом он обязательно позаботится о том, чтобы передача энергии была не только эффективной, но и не причиняла вреда окружающей среде и здоровью человека.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• разбираться в различных физических явлениях;
• собирать электронные конструкторы;
• изучать, как работают различные электроустройства.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Проектировщик высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) — специалист по разработке, строительству и монтажу линий передачи электроэнергии под высоким напряжением. Просчитывает стоимость проекта, исходя из анализа особенностей местности, через которую будет прокладываться линия. Руководит ремонтом старых ЛЭП.
Инженер по энергоэффективности — специалист по эффективному использованию энергетических ресурсов. Разрабатывает способы сокращения расхода энергии на производстве и в быту. Способствует внедрению энергосберегающих технологий.
Инженер по беспроводным сетям — специалист по проектированию, монтажу и наладке беспроводных сетей передачи информации. Обеспечивает эффективную и безопасную передачу данных, защищенную от взлома злоумышленниками.
Разработчик энергонакопителей
В XX веке для получения электроэнергии повсеместно использовалось ископаемое топливо. Сейчас всё чаще ему на смену приходят возобновляемые энергоресурсы — солнечное излучение, ветер, морские течения и пр. Подобные тенденции наблюдаются и на транспорте. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на углеводородном топливе (бензине, дизтопливе или газе), стараются заменять электромоторами или водородными силовыми установками, которые не выделяют в атмосферу вредных выбросов.
Что же мешает полностью отказаться от добычи угля, нефти и газа? Ведь это позволило бы избавиться от значительных загрязнений нашей планеты, не говоря уже о вреде, который наносится при сжигании всего этого топлива…
Дело в том, что значительным недостатком альтернативных источников энергии является их непостоянство — Солнце не светит в ночное время, наличие ветра или молний зависит от погоды, приливы и отливы случаются один раз в сутки и т.п. К тому же, в разное время такие источники энергии дают разный результат — Солнце днем светит ярче, чем утром, а ветер может дуть с разной силой. А ведь электричество нужно нам круглосуточно и без перепадов мощности…
Чтобы решить эту проблему, нужно как-то сохранять избытки энергии, когда ее слишком много, чтобы использовать, когда ее становится недостаточно. Да и автомобиль не заправишь солнечным светом или ветром, как бензином. Для всех этих целей нужны энергонакопители — приспособления, которые могли бы собирать в себя энергию для хранения и последующего использования.
На самом деле, способы хранения энергии возникли задолго до появления людей. Растения, подобно солнечным батареям, преобразуют энергию света в крахмал — вещество, которое накапливается в клубнях, плодах и семенах. В результате химических реакций крахмал расщепляется, и энергия, которая хранилась в нем, передается растению (или человеку, который скушал плод этого растения). В организме животных для хранения энергии используется другое вещество — гликоген. Принцип накопления и хранения энергии у него тот же.
Существуют и другие способы запасания энергии. Большое тяжелое колесо — маховик — накапливает кинетическую энергию при раскручивании. Вода, поднимаемая на высоту, накапливает потенциальную энергию — падая затем с высоты она отдает эту энергию, например, вращая роторы турбин гидроэлектростанций. Воздух можно сжать и поместить в баллон, а затем выпустить в нужный момент, заставляя вращаться пропеллер генератора. Кроме того, всем известны электрические накопители — аккумуляторы (от английского «accumulator» — «накопитель»).
К сожалению, существующие на сегодняшний день энергонакопители (и электроаккумуляторы в том числе) являются слишком дорогими и недостаточно эффективными. Именно по этой причине человечеству вряд ли получится полностью отказаться от ископаемого топлива в ближайшем будущем. Однако, благодаря разработчикам энергонакопителей, которые постоянно усовершенствуют существующие и придумывают новые способы накопления и хранения энергии, энергетика будущего станет экологически чистой, удобной и эффективной. Возможно, когда-нибудь им удастся создать идеальный энергонакопитель — дешевый и компактный, способный заряжаться без дополнительных устройств от любых возможных источников энергии, а затем в течение длительного времени обеспечивать электроснабжение автомобиля, самолета или целого дома.
Необходимые области знаний (hards kills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• разбираться в различных физических явлениях;
• собирать электронные конструкторы;
• изучать, как работают различные электроустройства.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Разработчик аккумуляторных батарей — специалист по проектированию электрических аккумуляторных батарей. Разрабатывает технологии преобразования электричества в энергию химических связей с учетом всех необходимых требований безопасной эксплуатации.
Инженер водородной энергетики — специалист по технологиям производства, транспортировки, аккумулирования и использования универсального вторичного энергоносителя — водорода. Проектирует водородные энергетические установки и контролирует их монтаж, наладку и запуск.
Метеоэнергетик — специалист, который оптимизирует производство электроэнергии из возобновляемых природных ресурсов, учитывая прогнозируемые изменения климата. Разрабатывает методы повышения эффективности зависимых от метеоусловий энергоустановок.
Эта статья из крутого проекта «Умный плакат «Навыки и профессии будущего»! Хочешь узнать о нем подробнее? Тогда жми сюда!
А еще у нас есть невероятно увлекательный комлект умных плакатов «Мир вокруг».
2478