Förnybar energi - det tillhör det XNUMXth århundradet

På webbplatsen BP Statistical Review of World Energy kan du hitta information om att 2030 kommer världens energiförbrukning att överstiga den nuvarande nivån med ungefär en tredjedel. Därför är de utvecklade ländernas önskan att möta de växande behoven med hjälp av "gröna" teknologier från förnybara källor (RES).

1. Vindkraftspark till havs

I Polen, år 2020, bör 19 % av energin komma från sådana källor. Under de nuvarande förhållandena är detta inte billig energi, så det utvecklas främst tack vare staternas ekonomiska stöd.

Enligt en analys från 2013 av Renewable Energy Institute är kostnaden för att producera 1 MWh förnybar energi varierar, beroende på källan, från 200 till till och med 1500 zł.

Som jämförelse var grossistpriset för 1 MWh el 2012 cirka 200 zloty. Det billigaste i dessa studier var att få energi från flerbränsleförbränningsanläggningar, d.v.s. sameldning och deponigas. Den dyraste energin får man från vatten och termiska vatten.

De mest kända och synliga formerna av RES, det vill säga vindkraftverk (1) och solpaneler (2), är dyrare. Men på sikt kommer priserna på kol och till exempel kärnenergi oundvikligen att stiga. Olika studier (exempelvis en studie av RWE-gruppen 2012) visar att de "konservativa" och "nationella" kategorierna, d.v.s. energikällor kommer att bli dyrare på sikt (3).

Och detta kommer att göra förnybar energi till ett alternativ, inte bara miljömässigt utan också ekonomiskt. Det glöms ibland bort att fossila bränslen också är kraftigt subventionerade av staten, och deras pris tar i regel inte hänsyn till den negativa påverkan som de har på miljön.

Sol-vatten-vind cocktail

2009 publicerade professorerna Mark Jacobson (Stanford University) och Mark DeLucchi (University of California, Davis) en artikel i Scientific American där de hävdade att 2030 skulle hela världen kunna byta till förnybar energi. Våren 2013 upprepade de sina beräkningar för den amerikanska delstaten New York.

Enligt deras åsikt kan det snart helt överge fossila bränslen. Detta är förnybara källor du kan få den energi som behövs för transporter, industri och befolkning. Energi kommer från den så kallade WWS-blandningen (vind, vatten, sol – vind, vatten, sol).

Så mycket som 40 procent av energin kommer från vindkraftsparker till havs, varav närmare tretton tusen kommer att behöva sättas in. På land kommer det att krävas fler än 4 personer. turbiner som kommer att ge ytterligare 10 procent av energin. De kommande 10 procenten kommer från nästan XNUMX procent av solenergiparkerna med strålningskoncentrationsteknik.

Konventionella solcellsanläggningar kommer att lägga 10 procent till varandra. Ytterligare 18 procent kommer från solcellsinstallationer – i bostäder, offentliga byggnader och företagshuvudkontor. Den saknade energin kommer att fyllas på av geotermiska anläggningar, vattenkraftverk, tidvattengeneratorer och alla andra förnybara energikällor.

Forskare har beräknat att genom att använda ett system baserat på förnybar energi efterfrågan på energi – tack vare den större effektiviteten i ett sådant system – kommer att falla i hela landet med cirka 37 procent och energipriserna kommer att stabiliseras.

Fler jobb kommer att skapas än som går förlorade eftersom all energi kommer att produceras i staten. Dessutom har man beräknat att cirka 4 33 människor kommer att dö varje år på grund av minskade luftföroreningar. färre människor, och kostnaden för föroreningar kommer att sjunka med XNUMX miljarder dollar per år.

3. Energipriser fram till 2050 - RWE-studie

Det innebär att hela investeringen betalar sig på cirka 17 år. Det är möjligt att det skulle gå snabbare, eftersom staten skulle kunna sälja en del av energin. Delar tjänstemän i delstaten New York optimismen i dessa beräkningar? Jag tänker lite ja och lite nej.

När allt kommer omkring "släpper" de inte allt för att göra förslaget till verklighet, men de investerar naturligtvis i produktionsteknik Förnybar energi. New Yorks tidigare borgmästare Michael Bloomberg meddelade för några månader sedan att världens största soptipp, Freshkills Park på Staten Island, skulle omvandlas till ett av världens största solkraftverk.

Där New Yorks avfall bryts ner kommer 10 megawatt energi att genereras. Resten av Freshkills territorium, eller nästan 600 hektar, kommer att förvandlas till grönområden av parkkaraktär.

Var finns reglerna för förnyelse

Många länder är redan på god väg mot en grönare framtid. De skandinaviska länderna har länge överskridit tröskeln på 50 % för att få energi från förnybara källor. Enligt uppgifter som publicerades hösten 2014 av den internationella miljöorganisationen WWF producerar Skottland redan mer energi från väderkvarnar än vad alla skotska hushåll behöver.

Dessa siffror visar att skotska vindkraftverk i oktober 2014 producerade el motsvarande 126 procent av behoven hos lokala hem. Sammantaget kommer 40 procent av den energi som produceras i denna region från förnybara källor.

Ze förnybara källor mer än hälften av spansk energi kommer från. Hälften av den hälften kommer från vattenkällor. En femtedel av all spansk energi kommer från vindkraftsparker. I den mexikanska staden La Paz finns i sin tur ett solkraftverk Aura Solar I med en kapacitet på 39 MW.

Dessutom håller installationen av en andra 30 MW Groupotec I-gård på väg att slutföras, tack vare vilken staden snart kan försörjas helt med energi från förnybara källor. Ett exempel på ett land som konsekvent har genomfört en politik för att öka andelen energi från förnybara källor genom åren är Tyskland.

Enligt Agora Energiewende stod 2014 förnybar energi för 25,8 % av utbudet i detta land. Till 2020 bör Tyskland ta emot mer än 40 procent från dessa källor. Energiomvandlingen av Tyskland handlar inte bara om att överge kärn- och kolenergi till förmån för förnybar energi inom energisektorn.

Man bör inte glömma att Tyskland också är ledande i skapandet av lösningar för "passivhus", som i stort sett klarar sig utan värmesystem. "Vårt mål att 2050 procent av Tysklands el ska komma från förnybara källor år 80 kvarstår", sa Tysklands förbundskansler Angela Merkel nyligen.

Nya solpaneler

I laboratorier pågår en ständig kamp för att förbättra effektiviteten. förnybara energikällor – till exempel solceller. Solceller, som omvandlar vår stjärnas ljusenergi till elektricitet, närmar sig ett effektivitetsrekord på 50 procent.

4. Grafen på skum för sol-till-ångomvandling med MIT

System på marknaden idag visar dock en effektivitet på högst 20 procent. Toppmoderna solcellspaneler som konverterar så effektivt solspektrumenergi - från infrarött, genom det synliga området, till ultraviolett - de består faktiskt av inte en, utan fyra celler.

Halvledarskikt är överlagrade på varandra. Var och en av dem är ansvarig för att få olika vågor från spektrumet. Denna teknik förkortas CPV (concentrator photovoltaics) och har tidigare testats i rymden.

Förra året skapade till exempel ingenjörer vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) ett material bestående av grafitflingor placerade på kolskum (4). Placeras i vatten och riktas mot det av solens strålar, bildar det vattenånga och omvandlar upp till 85 procent av all solstrålningsenergi till den.

Det nya materialet fungerar väldigt enkelt - den porösa grafiten i sin övre del kan perfekt absorbera och lagra solenergioch i botten finns ett kollager, delvis fyllt med luftbubblor (så att materialet kan flyta på vatten), vilket förhindrar värmeenergi från att strömma ut i vattnet.

5. Solcellsantenner i ett fält av solrosor

Tidigare ångsollösningar var tvungna att koncentrera solens strålar till och med tusen gånger för att fungera.

MIT:s nya lösning kräver bara tio gånger så mycket koncentration, vilket gör hela installationen relativt billig.

Eller kanske testa att kombinera en parabol med en solros i en teknik? Ingenjörer på Airlight Energy, ett schweiziskt företag baserat i Biasca, vill bevisa att det är möjligt.

De har utvecklat 5-meters plattor utrustade med solpanelskomplex som liknar satellit-TV-antenner eller radioteleskop och spårar solens strålar som solrosor (XNUMX).

De är tänkta att vara speciella energisamlare, som inte bara levererar el till solceller, utan också värme, rent vatten och till och med, efter att ha använt en värmepump, driva ett kylskåp.

Speglar utspridda över deras yta sänder infallande solstrålning och fokuserar den på panelerna, till och med upp till 2 gånger. Var och en av de sex arbetspanelerna är utrustade med 25 solcellschip som kyls av vatten som strömmar genom mikrokanaler.

Tack vare energikoncentrationen fungerar solcellsmoduler fyra gånger mer effektivt. När enheten är utrustad med en anläggning för avsaltning av havsvatten använder den varmvatten för att producera 2500 XNUMX liter färskvatten per dag.

I avlägsna områden kan vattenfiltreringsutrustning installeras istället för avsaltningsanläggningar. Hela 10m blomantennstrukturen kan vikas och enkelt transporteras med en liten lastbil. Ny idé för användning av solenergi i mindre utvecklade områden är det Solarkiosk (6).

Den här typen av enhet är utrustad med en Wi-Fi-router och kan ladda mer än 200 mobiltelefoner om dagen eller strömförsörja ett minikylskåp där till exempel viktiga mediciner kan förvaras. Dussintals sådana kiosker har redan lanserats. De verkade främst i Etiopien, Botswana och Kenya.

7. Pertamina skyskrapaprojekt

Energisk arkitektur

Den 99 våningar höga skyskrapan Pertamina (7), som planeras att byggas i Jakarta, Indonesiens huvudstad, är tänkt att producera lika mycket energi som den förbrukar. Detta är den första byggnaden i sin storlek i världen. Byggnadens arkitektur var nära relaterad till platsen - den tillåter endast den nödvändiga solstrålningen att komma in, vilket gör att du kan spara resten av solens energi.

8. Gröna muren i Barcelona

Det stympade tornet fungerar som en tunnel att använda vindkraft. Solcellspaneler installeras på varje sida av anläggningen, vilket möjliggör produktion av energi under hela dagen, när som helst på året.

Byggnaden kommer att ha ett integrerat geotermiskt kraftverk som komplement till sol- och vindkraft.

Under tiden har tyska forskare från universitetet i Jena förberett ett projekt för "smarta fasader" av byggnader. Ljustransmissionen kan justeras genom att trycka på en knapp. De är inte bara utrustade med solcellsceller, utan också för att odla alger för produktion av biobränsle.

Projektet Large Area Hydraulic Windows (LaWin) stöds av europeiska medel under programmet Horizon 2020. Miraklet med modern grön teknik som växer fram på fasaden av Raval Theatre i Barcelona har lite att göra med ovanstående koncept (8).

Den vertikala trädgården designad av Urbanarbolismo är helt fristående. Växter bevattnas av ett bevattningssystem vars pumpar drivs av genererad energi solcellspaneler integreras med systemet.

Vatten kommer i sin tur från nederbörd. Regnvatten rinner ner i rännor till en ackumulatortank, varifrån det sedan pumpas med solcellsdrivna pumpar. Det finns ingen extern strömförsörjning.

Det intelligenta systemet vattnar växterna efter deras behov. Fler och fler strukturer av denna typ dyker upp i stor skala. Ett exempel är Solar Powered National Stadium i Kaohsiung, Taiwan (9).

Designad av den japanska arkitekten Toyo Ito och togs i drift redan 2009, den täcks av 8844 1,14 solceller och kan generera upp till 80 gigawattimmar energi per år, vilket tillgodoser XNUMX procent av områdets behov.

9. Solar stadion i Taiwan

Kommer smälta salter att få energi?

Energilagring i form av smält salt är okänd. Denna teknik används i stora solkraftverk, som den nyligen öppnade Ivanpah i Mojaveöknen. Enligt det fortfarande okända företaget Halotechnics från Kalifornien är denna teknik så lovande att dess tillämpning kan utvidgas till hela energisektorn, särskilt förnybar, naturligtvis, där frågan om att lagra överskott inför energibrist är ett nyckelproblem.

Företaget hävdar att lagring av energi på detta sätt är halva priset på batterier, olika typer av stora batterier. Kostnadsmässigt kan den konkurrera med pumpade lagringssystem, som som bekant endast kan användas under gynnsamma fältförhållanden. Denna teknik har dock sina nackdelar.

Till exempel kan bara 70 procent av energin som lagras i smälta salter återanvändas som el (90 procent i batterier). Halotechnics arbetar för närvarande med effektiviteten i dessa system, bland annat med hjälp av värmepumpar och olika saltblandningar.

10. Smält salttankar för energilagring

Demonstrationsanläggningen togs i drift vid Sandia National Laboratories i Arbuquerque, New Mexico, USA. energilagring med smält salt. Den är speciellt utformad för att fungera med CLFR-teknik, som använder speglar som lagrar solenergi för att värma sprayvätskan.

Det är smält salt i en tank. Systemet tar saltet från den kalla tanken (290°C), använder värmen från speglarna och värmer upp vätskan till en temperatur på 550°C, varefter den överförs till nästa tank (10). Vid behov leds det smälta saltet vid hög temperatur genom en värmeväxlare för att generera ånga för kraftgenerering.

Slutligen återförs det smälta saltet till den kalla reservoaren och processen upprepas i en sluten slinga. Jämförande studier har visat att användning av smält salt som arbetsvätska tillåter drift vid höga temperaturer, minskar mängden salt som behövs för lagring och eliminerar behovet av två uppsättningar värmeväxlare i systemet, vilket minskar systemets kostnader och komplexitet.

En lösning som ger energilagring i mindre skala går det att installera ett paraffinbatteri med solfångare på taket. Detta är en teknik som utvecklats vid det spanska universitetet i Baskien (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Den är avsedd att användas av det genomsnittliga hushållet. Huvuddelen av enheten är gjord av aluminiumplattor nedsänkta i paraffin. Vatten används som energiöverföringsmedium, inte som lagringsmedium. Denna uppgift tillhör paraffin, som tar värme från aluminiumpaneler och smälter vid en temperatur på 60°C.

I denna uppfinning frigörs elektrisk energi genom att kyla vaxet, vilket avger värme till de tunna panelerna. Forskare arbetar för att ytterligare förbättra effektiviteten i processen genom att ersätta paraffinet med ett annat material, till exempel en fettsyra.

Energi produceras under fasövergången. Installationen kan ha en annan form i enlighet med byggnadskraven. Du kan till och med bygga så kallade undertak.

Nya idéer, nya sätt

Gatubelysning, utvecklad av det holländska företaget Kaal Masten, kan installeras var som helst, även i icke-elektrifierade områden. De behöver inget elnät för att fungera. De lyser bara tack vare solpaneler.

Pelarna i dessa fyrar är täckta med solpaneler. Designern hävdar att de under dagen kan samla på sig så mycket energi att de sedan lyser hela natten. Även molnigt väder kommer inte att stänga av dem. Inkluderar en imponerande uppsättning batterier lågenergilampor LJUSDIOD.

Spirit (11), som denna ficklampa hette, måste bytas ut med några års mellanrum. Intressant nog, ur miljösynpunkt är dessa batterier lätta att hantera.

Samtidigt planteras solträd i Israel. Det skulle inte finnas något extraordinärt i detta om det inte vore för det faktum att istället för löv installeras solpaneler i dessa planteringar, som tar emot energi, som sedan används för att ladda mobila enheter, kyla vatten och sända en Wi-Fi-signal.

Designen, kallad eTree (12), består av en "stam" av metall som grenar ut och på grenarna solpaneler. Energin som tas emot med deras hjälp lagras lokalt och kan "överföras" till batterierna på smartphones eller surfplattor via en USB-port.

12. Elektroniskt träd

Det kommer också att användas för att producera en vattenkälla för djur och till och med människor. Träd bör även användas som lyktor på natten.

De kan utrustas med informationsskärmar med flytande kristaller. De första byggnaderna av denna typ dök upp i Khanadiv Park, nära staden Zikhron Yaakov.

Versionen med sju paneler genererar 1,4 kilowatt effekt, vilket kan driva 35 genomsnittliga bärbara datorer. Samtidigt upptäcks potentialen för förnybar energi fortfarande på nya platser, till exempel där floder mynnar ut i havet och smälter samman med saltvatten.

En grupp forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) bestämde sig för att studera fenomenet med omvänd osmos i miljöer där vatten med olika salthaltsnivåer blandas. Det finns en tryckskillnad vid gränsen för dessa centra. När vatten passerar genom denna gräns accelererar det, vilket är en källa till betydande energi.

Forskare från University of Boston gick inte långt för att testa detta fenomen i praktiken. De beräknade att vattnet i denna stad, som rinner ut i havet, kunde generera tillräckligt med energi för att möta lokalbefolkningens behov. behandlingsanläggningar.