Taastuvenergia - see kuulub XNUMX sajandisse

BP Statistical Review of World Energy veebilehelt leiab infot, et aastaks 2030 ületab maailma energiatarbimine praegust taset umbes kolmandiku võrra. Seetõttu on arenenud riikide soov rahuldada kasvavaid vajadusi taastuvatest allikatest (RES) toodetud "roheliste" tehnoloogiate abil.

1. Avamere tuulepark

Poolas peaks 2020. aastaks sellistest allikatest pärinema 19% energiast. Praegustes tingimustes pole see odav energia, seega areneb see peamiselt tänu riikide rahalisele toetusele.

Taastuvenergia Instituudi 2013. aasta analüüsi kohaselt on 1 MWh tootmise maksumus taastuv energia varieerub olenevalt allikast 200 kuni isegi 1500 zł.

Võrdluseks, 1 MWh elektri hulgimüügihind oli 2012. aastal ligikaudu 200 Poola zlotti. Odavaim nendes uuringutes oli energia hankimine mitme kütusega põletusseadmetest, s.o. koospõletus ja prügilagaas. Kõige kallim energia saadakse veest ja termaalveest.

Kõige tuntumad ja nähtavamad taastuvenergia vormid ehk tuulikud (1) ja päikesepaneelid (2) on kallimad. Pikemas perspektiivis aga kivisöe ja näiteks tuumaenergia hinnad paratamatult tõusevad. Erinevad uuringud (näiteks RWE grupi uuring 2012. aastal) näitavad, et "konservatiivne" ja "rahvuslik" kategooria, s.o. energiaallikad muutub pikemas perspektiivis kallimaks (3).

Ja see muudab taastuvenergia alternatiiviks mitte ainult keskkonna-, vaid ka majanduslikuks. Vahel unustatakse ära, et ka fossiilkütuseid subsideeritakse tugevalt riigi poolt ning nende hind reeglina ei arvesta selle negatiivset mõju keskkonnale.

Päikese-vee-tuule kokteil

2009. aastal avaldasid professorid Mark Jacobson (Stanfordi ülikool) ja Mark DeLucchi (California ülikool, Davis) ajakirjas Scientific American artikli, milles väitsid, et aastaks 2030 võib kogu maailm üle minna taastuv energia. 2013. aasta kevadel kordasid nad oma arvutusi USA New Yorgi osariigi kohta.

Nende arvates võib see peagi täielikult loobuda fossiilkütustest. See on taastuvad allikad saate transpordile, tööstusele ja elanikkonnale vajaliku energia. Energia tuleb nn WWS segust (tuul, vesi, päike – tuul, vesi, päike).

Koguni 40 protsenti energiast tuleb meretuuleparkidest, millest ligi kolmteist tuhat tuleb kasutusele võtta. Maal on vaja rohkem kui 4 inimest. turbiinid, mis annavad veel 10 protsenti energiast. Järgmised 10 protsenti tulevad ligi XNUMX protsendilt kiirguskontsentratsiooni tehnoloogiaga päikesefarmidest.

Tavapärased fotogalvaanilised paigaldised lisavad üksteisele 10 protsenti. Veel 18 protsenti tuleb päikeseenergiaseadmetest - kodudes, avalikes hoonetes ja ettevõtete peakorterites. Puudujäävat energiat täiendavad maasoojusjaamad, hüdroelektrijaamad, loodete generaatorid ja kõik muud taastuvad energiaallikad.

Teadlased on välja arvutanud, et kasutades põhinevat süsteemi taastuv energia energianõudlus – tänu sellise süsteemi suuremale efektiivsusele – langeb osariigis umbes 37 protsenti ja energiahinnad stabiliseeruvad.

Töökohti luuakse rohkem kui kaob, sest kogu energia toodetakse riigis. Lisaks on hinnanguliselt igal aastal õhusaaste vähenemise tõttu surma umbes 4 inimest. vähem inimesi ja saastekulud vähenevad 33 miljardi dollari võrra aastas.

3. Energiahinnad kuni 2050. aastani – RWE uuring

See tähendab, et kogu investeering tasub end ära umbes 17 aastaga. Võimalik, et see oleks kiirem, kuna riik saaks osa energiast maha müüa. Kas New Yorgi osariigi ametnikud jagavad nende arvutuste optimismi? Ma arvan, et natuke jah ja natuke ei.

Lõppude lõpuks ei "kuka" nad kõike, et ettepanek teoks teha, vaid loomulikult investeerivad nad tootmistehnoloogiatesse Taastuv energia. Endine New Yorgi linnapea Michael Bloomberg teatas mõne kuu eest, et maailma suurim prügila Freshkills Park Staten Islandil muudetakse üheks maailma suurimaks päikeseelektrijaamaks.

Seal, kus New Yorgi jäätmed lagunevad, tekib 10 megavatti energiat. Ülejäänud Freshkillsi territoorium ehk ligi 600 hektarit kujundatakse pargilaadseteks haljasaladeks.

Kus on uuendatavad reeglid

Paljud riigid on juba teel rohelisema tuleviku poole. Skandinaavia riigid on ammu ületanud 50% künnise energia hankimisel taastuvad allikad. Rahvusvahelise keskkonnaorganisatsiooni WWF 2014. aasta sügisel avaldatud andmete kohaselt toodab Šotimaa tuuleveskitest juba praegu rohkem energiat, kui kõik Šoti majapidamised vajavad.

Need arvud näitavad, et 2014. aasta oktoobris tootsid Šoti tuuleturbiinid elektrit 126 protsendi ulatuses kohalike kodude vajadusest. Üldiselt pärineb 40 protsenti selles piirkonnas toodetud energiast taastuvatest allikatest.

Ze taastuvad allikad üle poole Hispaania energiast pärineb. Pool sellest poolest pärineb veeallikatest. Viiendik kogu Hispaania energiast pärineb tuuleparkidest. Mehhiko linnas La Pazis asub omakorda päikeseelektrijaam Aura Solar I võimsusega 39 MW.

Lisaks on lõpusirgel teise 30 MW võimsusega Groupotec I farmi paigaldus, tänu millele saab peagi linna täielikult varustada taastuvatest allikatest toodetud energiaga. Näide riigist, kes on aastate jooksul järjekindlalt rakendanud taastuvatest allikatest toodetud energia osakaalu suurendamise poliitikat, on Saksamaa.

Agora Energiewende andmetel moodustas taastuvenergia 2014. aastal selles riigis 25,8% pakkumisest. Aastaks 2020 peaks Saksamaa saama nendest allikatest üle 40 protsendi. Saksamaa energia ümberkujundamine ei seisne ainult tuuma- ja söeenergiast loobumises taastuv energia energiasektoris.

Ei tasu unustada, et Saksamaa on liider ka "passiivmajade" lahenduste loomisel, mis suuresti ilma küttesüsteemideta hakkama saavad. "Meie eesmärk, et 2050. aastaks tuleks 80 protsenti Saksamaa elektrist taastuvatest allikatest, jääb paika," ütles Saksamaa kantsler Angela Merkel hiljuti.

Uued päikesepaneelid

Laborites käib pidev võitlus efektiivsuse parandamise nimel. taastuvad energiaallikad – näiteks fotogalvaanilised elemendid. Päikesepatareid, mis muudavad meie tähe valgusenergia elektriks, lähenevad 50-protsendilisele efektiivsusrekordile.

4. Grafeen vahul päikeseenergiast auruks muundamiseks MIT-iga

Tänapäeval turul olevate süsteemide efektiivsus ei ületa aga 20 protsenti. Tipptasemel fotogalvaanilised paneelid, mis muundavad nii tõhusalt päikesespektri energia - infrapunast läbi nähtava ulatuse ja ultraviolettkiirguseni - need koosnevad tegelikult mitte ühest, vaid neljast rakust.

Pooljuhtide kihid asetsevad üksteise peale. Igaüks neist vastutab spektrist erineva lainete vahemiku hankimise eest. Seda tehnoloogiat on lühendatud CPV (concentrator photovoltaics) ja seda on varem kosmoses testitud.

Näiteks eelmisel aastal lõid Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) insenerid süsinikvahule asetatud grafiidihelvestest koosneva materjali (4). Vette asetatuna ja päikesekiirte poolt sellele suunatuna moodustab see veeauru, muutes selleks kuni 85 protsenti kogu päikesekiirguse energiast.

Uus materjal töötab väga lihtsalt – selle ülaosas olev poorne grafiit suudab suurepäraselt imada ja salvestada päikeseenergiatja põhjas on süsinikukiht, mis on osaliselt täidetud õhumullidega (et materjal saaks vee peal hõljuda), mis ei lase soojusenergial vette pääseda.

5. Fotogalvaanilised antennid päevalillepõllul

Varasemad auru-päikeselahendused pidid toimimiseks päikesekiiri isegi tuhat korda koondama.

MIT-i uus lahendus nõuab vaid kümme korda suuremat kontsentratsiooni, muutes kogu seadistuse suhteliselt odavaks.

Või äkki proovige ühendada satelliitantenn päevalillega ühes tehnoloogias? Biascas asuva Šveitsi ettevõtte Airlight Energy insenerid tahavad tõestada, et see on võimalik.

Nad on välja töötanud 5-meetrised plaadid, mis on varustatud päikesemassiivide kompleksidega, mis meenutavad satelliittelevisiooni antenne või raadioteleskoope ja jälgivad päikesekiiri nagu päevalilled (XNUMX).

Need pidavat olema spetsiaalsed energiakollektorid, mis varustavad mitte ainult elektriga fotogalvaanilisi elemente, vaid ka soojust, puhast vett ja pärast soojuspumba kasutamist isegi külmkappi.

Oma pinnale hajutatud peeglid edastavad langevat päikesekiirgust ja fokusseerivad selle paneelidele, isegi kuni 2 korda. Kõik kuus töötavat paneeli on varustatud 25 fotogalvaanilise kiibiga, mida jahutatakse läbi mikrokanalite voolava veega.

Tänu energia kontsentratsioonile töötavad fotogalvaanilised moodulid neli korda tõhusamalt. Kui seade on varustatud merevee magestamistehasega, kasutab see kuuma vett 2500 liitri värske vee tootmiseks päevas.

Kõrvalpiirkondades võib magestamisseadmete asemel paigaldada vee filtreerimisseadmed. Kogu 10-meetrise lilleantenni konstruktsiooni saab kokku voltida ja väikese veoautoga hõlpsasti transportida. Uus idee päikeseenergia kasutamine vähem arenenud piirkondades on see Solarkiosk (6).

Seda tüüpi seade on varustatud WiFi-ruuteriga ja suudab päevas laadida rohkem kui 200 mobiiltelefoni või toita minikülmikut, milles saab hoida näiteks olulisi ravimeid. Selliseid kioskeid on käivitatud juba kümneid. Peamiselt tegutsesid nad Etioopias, Botswanas ja Keenias.

7. Pertamina pilvelõhkuja projekt

Energiline arhitektuur

Indoneesia pealinna Jakartasse plaanitav 99-korruseline pilvelõhkuja Pertamina (7) peaks tootma sama palju energiat, kui kulub. See on esimene sama suur hoone maailmas. Hoone arhitektuur oli tihedalt seotud asukohaga – see laseb sisse vaid vajaliku päikesekiirguse, võimaldades säästa ülejäänud päikeseenergiat.

8. Roheline müür Barcelonas

Kärbitud torn toimib kasutamiseks tunnelina tuuleenergia. Rajatise mõlemale küljele on paigaldatud fotogalvaanilised paneelid, mis võimaldab toota energiat kogu päeva ja igal aastaajal.

Hoonesse tuleb integreeritud geotermiline elektrijaam, mis täiendab päikese- ja tuuleenergiat.

Samal ajal on Saksa teadlased Jena ülikoolist koostanud hoonete "nutikate fassaadide" projekti. Valguse läbilaskvust saab reguleerida nupule vajutades. Need pole varustatud mitte ainult fotogalvaaniliste elementidega, vaid ka vetikate kasvatamiseks biokütuse tootmiseks.

Projekti Large Area Hydraulic Windows (LaWin) toetavad Euroopa fondid programmi Horisont 2020 raames. Barcelonas Ravali teatri fassaadil võrsuval moodsa rohelise tehnoloogia imel on ülaltoodud kontseptsiooniga vähe pistmist (8).

Urbanarbolismo kujundatud vertikaalne aed on täiesti iseseisev. Taimi niisutatakse niisutussüsteemiga, mille pumbad töötavad toodetud energiaga fotogalvaanilised paneelid integreerub süsteemiga.

Vesi tuleb omakorda sademetest. Vihmavesi voolab vihmaveerennidest alla akumulatsioonipaaki, kust see seejärel päikeseenergial töötavate pumpade abil välja pumbatakse. Väline toiteallikas puudub.

Nutikas süsteem kastab taimi vastavalt nende vajadustele. Seda tüüpi struktuure ilmub laialdaselt üha rohkem. Näiteks võib tuua Taiwanis Kaohsiungis asuva päikeseenergiaga rahvusstaadioni (9).

Jaapani arhitekti Toyo Ito projekteeritud ja 2009. aastal kasutusele võetud see on kaetud 8844 fotogalvaanilise elemendiga ja suudab toota kuni 1,14 gigavatt-tundi energiat aastas, pakkudes 80 protsenti piirkonna vajadustest.

9. Päikesestaadion Taiwanis

Kas sulasoolad saavad energiat?

Energia salvestamine sulasoola kujul on teadmata. Seda tehnoloogiat kasutatakse suurtes päikeseelektrijaamades, nagu näiteks hiljuti avatud Ivanpah Mojave kõrbes. Siiani tundmatu California firma Halotechnics hinnangul on see tehnika nii paljulubav, et selle rakendamist saab laiendada kogu energiasektorile, eriti muidugi taastuvenergiale, kus võtmeprobleemiks on energiapuuduse tingimustes ülejäägi talletamine.

Ettevõte väidab, et sellisel viisil energia salvestamine on poole odavam kui akud, erinevat tüüpi suured akud. Oma maksumuse poolest suudab see konkureerida pumbasüsteemidega, mida teatavasti saab kasutada vaid soodsates välitingimustes. Sellel tehnoloogial on aga omad puudused.

Näiteks ainult 70 protsenti sulasooladesse salvestatud energiast saab taaskasutada elektrienergiana (90 protsenti patareides). Halotechnics tegeleb praegu nende süsteemide efektiivsuse kallal, sealhulgas kasutab soojuspumpasid ja erinevaid soolasegusid.

10. Sulasoola mahutid energia salvestamiseks

Näidistehas võeti kasutusele USA-s New Mexico osariigis Arbuquerque'is asuvas Sandia National Laboratories'is. energia salvestamine sulasoolaga. See on spetsiaalselt loodud töötama CLFR-tehnoloogiaga, mis kasutab pritsimisvedeliku soojendamiseks päikeseenergiat salvestavaid peegleid.

See on paagis sulanud sool. Süsteem võtab soola külmapaagist (290°C), kasutab ära peeglite soojust ja soojendab vedeliku temperatuurini 550°C, misjärel kannab selle üle järgmisse paaki (10). Vajadusel lastakse kõrgel temperatuuril sulanud sool läbi soojusvaheti, et genereerida auru energia tootmiseks.

Lõpuks suunatakse sulasool tagasi külma reservuaari ja protsessi korratakse suletud ahelas. Võrdlevad uuringud on näidanud, et sulasoola kasutamine töövedelikuna võimaldab töötada kõrgetel temperatuuridel, vähendab ladustamiseks vajaliku soola kogust ja kaob vajadus kahe soojusvaheti komplekti järele süsteemis, mis vähendab süsteemi maksumust ja keerukust.

Lahendus, mis pakub energia salvestamine väiksemas mahus on võimalik katusele paigaldada päikesekollektoritega parafiinaku. See on Baskimaa Hispaania ülikoolis (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea) välja töötatud tehnoloogia.

See on mõeldud kasutamiseks keskmises leibkonnas. Seadme põhikorpus on valmistatud parafiini sukeldatud alumiiniumplaatidest. Vett kasutatakse energiakandjana, mitte salvestusvahendina. See ülesanne kuulub parafiinile, mis võtab alumiiniumpaneelidelt soojust ja sulab temperatuuril 60°C.

Selles leiutises vabaneb elektrienergia vaha jahutamisel, mis eraldab õhukestele paneelidele soojust. Teadlased töötavad selle nimel, et protsessi tõhusust veelgi parandada, asendades parafiini mõne muu materjaliga, näiteks rasvhappega.

Energiat toodetakse faasisiirde käigus. Paigaldus võib olla erineva kujuga vastavalt hoonete ehitusnõuetele. Võite isegi ehitada nn vahelagesid.

Uued ideed, uued viisid

Hollandi ettevõtte Kaal Masteni poolt välja töötatud tänavavalgustid saab paigaldada kõikjale, isegi elektrifitseerimata piirkondadesse. Nad ei vaja töötamiseks elektrivõrku. Need helendavad ainult tänu päikesepaneelidele.

Nende tuletornide sambad on kaetud päikesepaneelidega. Disainer väidab, et päeva jooksul võivad nad koguda nii palju energiat, et siis helendavad terve öö. Isegi pilvine ilm ei lülita neid välja. Sisaldab muljetavaldavat patareide komplekti energiasäästulambid VALGUSDIOOD.

Vaim (11), nagu seda taskulampi nimetati, tuleb iga paari aasta tagant välja vahetada. Huvitav on see, et keskkonna seisukohast on neid akusid lihtne käsitseda.

Vahepeal istutatakse Iisraelis päikesepuid. Selles poleks midagi erakordset, kui poleks olnud tõsiasja, et nendesse istandustesse on lehtede asemel paigaldatud päikesepaneelid, mis saavad energiat, mida seejärel kasutatakse mobiilseadmete laadimiseks, vee jahutamiseks ja WiFi-signaali edastamiseks.

Disain nimega eTree (12) koosneb metallist "tüvest", mis hargneb välja ja okstel päikesepaneelid. Nende abiga saadud energia salvestub lokaalselt ja seda saab USB pesa kaudu nutitelefonide või tahvelarvutite akudesse "üle kanda".

12. Elektrooniline puupuu

Seda kasutatakse ka veeallika tootmiseks loomadele ja isegi inimestele. Puid tuleks kasutada ka öösiti laternatena.

Neid saab varustada teabe vedelkristallkuvaritega. Esimesed seda tüüpi ehitised ilmusid Khanadivi parki Zikhron Yaakovi linna lähedal.

Seitsme paneeliga versioon toodab 1,4 kilovatti võimsust, mis suudab toita 35 keskmist sülearvutit. Samal ajal avastatakse ikka veel taastuvenergia potentsiaali uutes kohtades, näiteks seal, kus jõed sulanduvad merre ja ühinevad soolase veega.

Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlaste rühm otsustas uurida pöördosmoosi nähtusi keskkondades, kus segunevad erineva soolsusega veed. Nende keskuste piiril on rõhkude erinevus. Kui vesi seda piiri läbib, siis see kiireneb, mis on olulise energia allikas.

Bostoni ülikooli teadlased ei läinud kaugele, et seda nähtust praktikas testida. Nad arvutasid, et selle linna merre suubuvad veed suudavad toota piisavalt energiat kohalike elanike vajaduste rahuldamiseks. raviasutused.