Energia odnawialna - należy do XIX wieku

Na stronie BP Statistical Review of World Energy można znaleźć informacje, że do 2030 roku światowe zużycie energii przekroczy obecny poziom o około jedną trzecią. Dlatego też dążeniem krajów rozwiniętych jest zaspokojenie rosnących potrzeb za pomocą „zielonych” technologii ze źródeł odnawialnych (OZE).

1. Morska farma wiatrowa

W Polsce do 2020 roku z takich źródeł powinno pochodzić 19% energii. W obecnych warunkach nie jest to tania energia, więc rozwija się głównie dzięki finansowemu wsparciu państw.

Według analizy Instytutu Energii Odnawialnej z 2013 roku koszt wytworzenia 1 MWh energia odnawialna waha się, w zależności od źródła, od 200 do nawet 1500 zł.

Dla porównania hurtowa cena 1 MWh energii elektrycznej w 2012 roku wynosiła około 200 zł. Najtańsze w tych badaniach było pozyskiwanie energii ze spalarni wielopaliwowych, tj. współspalanie i gaz wysypiskowy. Najdroższą energię uzyskuje się z wody i wód termalnych.

Najbardziej znane i widoczne formy OZE, czyli turbiny wiatrowe (1) i panele fotowoltaiczne (2), są droższe. Jednak w dłuższej perspektywie ceny węgla i np. energii jądrowej nieuchronnie będą rosły. Różne badania (np. badanie grupy RWE z 2012 r.) pokazują, że kategorie „konserwatywna” i „narodowa”, tj. źródła energii na dłuższą metę będzie droższy (3).

A to sprawi, że energia odnawialna stanie się alternatywą nie tylko środowiskową, ale i ekonomiczną. Czasami zapomina się, że paliwa kopalne są również mocno dotowane przez państwo, a ich cena z reguły nie uwzględnia negatywnego wpływu, jaki wywierają na środowisko.

Koktajl słoneczno-wodno-wiatrowy

W 2009 roku profesorowie Mark Jacobson (Uniwersytet Stanforda) i Mark DeLucchi (Uniwersytet Kalifornijski w Davis) opublikowali artykuł w Scientific American, w którym argumentowali, że do 2030 roku cały świat może przejść na energia odnawialna. Wiosną 2013 roku powtórzyli swoje obliczenia dla amerykańskiego stanu Nowy Jork.

Ich zdaniem wkrótce może całkowicie zrezygnować z paliw kopalnych. Ten źródła odnawialne możesz uzyskać energię potrzebną dla transportu, przemysłu i ludności. Energia będzie pochodzić z tzw. mieszanki WWS (wiatr, woda, słońce – wiatr, woda, słońce).

Aż 40 proc. energii będzie pochodzić z morskich farm wiatrowych, z których trzeba będzie uruchomić blisko trzynaście tysięcy. Na lądzie potrzebne będą więcej niż 4 osoby. turbiny, które dostarczą kolejne 10 procent energii. Kolejne 10 procent będzie pochodzić z prawie XNUMX procent farm fotowoltaicznych z technologią koncentracji promieniowania.

Konwencjonalne instalacje fotowoltaiczne dodadzą sobie 10 proc. Kolejne 18 proc. będzie pochodzić z instalacji fotowoltaicznych – w domach, budynkach użyteczności publicznej i siedzibach firm. Brakującą energię uzupełnią elektrownie geotermalne, elektrownie wodne, generatory pływowe i wszystkie inne odnawialne źródła energii.

Naukowcy obliczyli, że dzięki zastosowaniu systemu opartego na energia odnawialna zapotrzebowanie na energię – ze względu na większą wydajność takiego systemu – spadnie w całym stanie o około 37 procent, a ceny energii ustabilizują się.

Więcej miejsc pracy zostanie utworzonych niż utraconych, ponieważ cała energia będzie produkowana w państwie. Ponadto szacuje się, że każdego roku z powodu zmniejszonego zanieczyszczenia powietrza umiera około 4 osób. mniej ludzi, a koszty zanieczyszczenia spadną o 33 miliardy dolarów rocznie.

3. Ceny energii do 2050 roku - opracowanie RWE

Oznacza to, że cała inwestycja zwróci się za około 17 lat. Możliwe, że byłoby to szybsze, ponieważ państwo mogłoby część energii sprzedawać. Czy urzędnicy stanu Nowy Jork podzielają optymizm wynikający z tych obliczeń? Myślę, że trochę tak, trochę nie.

W końcu nie „rzucają” wszystkiego, aby propozycja stała się rzeczywistością, ale oczywiście inwestują w technologie produkcji Energia odnawialna. Były burmistrz Nowego Jorku Michael Bloomberg ogłosił kilka miesięcy temu, że największe na świecie wysypisko śmieci, Freshkills Park na Staten Island, zostanie przekształcone w jedną z największych na świecie elektrowni słonecznych.

Tam, gdzie rozkładają się nowojorskie odpady, zostanie wygenerowane 10 megawatów energii. Pozostała część terytorium Freshkills, czyli prawie 600 hektarów, zamieni się w tereny zielone o charakterze parkowym.

Gdzie są zasady dotyczące odnawialności

Wiele krajów jest już na dobrej drodze do bardziej ekologicznej przyszłości. Kraje skandynawskie już dawno przekroczyły próg 50% pozyskiwania energii źródła odnawialne. Według danych opublikowanych jesienią 2014 roku przez międzynarodową organizację ekologiczną WWF, Szkocja już teraz produkuje więcej energii z wiatraków, niż potrzebują wszystkie szkockie gospodarstwa domowe.

Liczby te pokazują, że w październiku 2014 roku szkockie turbiny wiatrowe wytwarzały energię elektryczną odpowiadającą 126 procentom potrzeb lokalnych domów. Ogółem 40 procent energii produkowanej w tym regionie pochodzi ze źródeł odnawialnych.

Ze źródła odnawialne pochodzi ponad połowa hiszpańskiej energii. Połowa tej połowy pochodzi ze źródeł wodnych. Jedna piąta całej hiszpańskiej energii pochodzi z farm wiatrowych. Z kolei w meksykańskim mieście La Paz znajduje się elektrownia słoneczna Aura Solar I o mocy 39 MW.

Ponadto dobiega końca instalacja drugiej farmy Groupotec I o mocy 30 MW, dzięki której już wkrótce miasto będzie mogło być całkowicie zaopatrywane w energię ze źródeł odnawialnych. Przykładem kraju, który od lat konsekwentnie realizuje politykę zwiększania udziału energii ze źródeł odnawialnych, są Niemcy.

Według Agory Energiewende w 2014 r. energia ze źródeł odnawialnych stanowiła 25,8% podaży w tym kraju. Do 2020 roku Niemcy powinny otrzymywać z tych źródeł ponad 40 proc. Transformacja energetyczna Niemiec to nie tylko rezygnacja z energetyki jądrowej i węglowej na rzecz energia odnawialna w sektorze energetycznym.

Nie należy zapominać, że Niemcy są również liderem w tworzeniu rozwiązań dla „domów pasywnych”, które w dużej mierze obchodzą się bez systemów grzewczych. „Nasz cel polegający na tym, aby do 2050 r. 80 procent niemieckiej energii elektrycznej pochodziło ze źródeł odnawialnych, pozostaje aktualny” — powiedziała niedawno kanclerz Niemiec Angela Merkel.

Nowe panele słoneczne

W laboratoriach toczy się ciągła walka o poprawę wydajności. odnawialne źródła energii – na przykład ogniwa fotowoltaiczne. Ogniwa słoneczne, które przetwarzają energię świetlną naszej gwiazdy na energię elektryczną, zbliżają się do 50-procentowego rekordu wydajności.

4. Grafen na piance do konwersji energii słonecznej na parę z MIT

Jednak systemy dostępne obecnie na rynku wykazują wydajność nie większą niż 20 procent. Najnowocześniejsze panele fotowoltaiczne, które konwertują tak wydajnie energia widma słonecznego - od podczerwieni, poprzez zakres widzialny, aż po ultrafiolet - składają się właściwie nie z jednej, a czterech komórek.

Warstwy półprzewodników nakładają się na siebie. Każdy z nich odpowiada za uzyskanie innego zakresu fal z widma. Technologia ta nosi skrót CPV (concentrator fotovoltaics) i była wcześniej testowana w kosmosie.

Na przykład w zeszłym roku inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyli materiał składający się z płatków grafitu umieszczonych na piance węglowej (4). Umieszczony w wodzie i skierowany na nią promieniami słonecznymi tworzy parę wodną, ​​zamieniając w nią do 85 procent całej energii promieniowania słonecznego.

Nowy materiał działa bardzo prosto - porowaty grafit w swojej górnej części jest w stanie doskonale wchłaniać i wchłaniać magazynować energię słonecznąa na dnie warstwa węglowa, częściowo wypełniona pęcherzykami powietrza (dzięki czemu materiał może unosić się na wodzie), zapobiegająca ucieczce energii cieplnej do wody.

5. Anteny fotowoltaiczne na polu słoneczników

Wcześniejsze parowe rozwiązania solarne, aby zadziałały, musiały skupiać promienie słoneczne nawet tysiąc razy.

Nowe rozwiązanie MIT wymaga tylko dziesięciokrotnie większej koncentracji, dzięki czemu cała konfiguracja jest stosunkowo tania.

A może spróbować połączyć antenę satelitarną ze słonecznikiem w jednej technologii? Inżynierowie z Airlight Energy, szwajcarskiej firmy z siedzibą w Biasca, chcą udowodnić, że jest to możliwe.

Opracowali 5-metrowe płyty wyposażone w panele słoneczne, które przypominają anteny telewizji satelitarnej lub radioteleskopy i śledzą promienie słoneczne jak słoneczniki (XNUMX).

Mają być specjalnymi kolektorami energii, dostarczającymi nie tylko energię elektryczną do ogniw fotowoltaicznych, ale także ciepło, czystą wodę, a nawet, po zastosowaniu pompy ciepła, do zasilania lodówki.

Lustra rozrzucone po ich powierzchni przepuszczają padające promieniowanie słoneczne i skupiają je na panelach nawet 2-krotnie. Każdy z sześciu paneli roboczych wyposażony jest w 25 chipów fotowoltaicznych chłodzonych wodą przepływającą przez mikrokanaliki.

Dzięki koncentracji energii moduły fotowoltaiczne pracują czterokrotnie wydajniej. Po wyposażeniu w instalację odsalania wody morskiej jednostka wykorzystuje gorącą wodę do produkcji 2500 litrów świeżej wody dziennie.

Na odległych obszarach zamiast instalacji do odsalania można zainstalować sprzęt do filtrowania wody. Cała 10-metrowa konstrukcja anteny kwiatowej może być złożona i łatwo przetransportowana małą ciężarówką. Nowy pomysł na wykorzystanie energii słonecznej na obszarach słabiej rozwiniętych jest to Solarkiosk (6).

Jednostki tego typu wyposażone są w router Wi-Fi i są w stanie naładować dziennie ponad 200 telefonów komórkowych lub zasilić minilodówkę, w której można przechowywać np. niezbędne lekarstwa. Uruchomiono już kilkadziesiąt takich kiosków. Działały głównie w Etiopii, Botswanie i Kenii.

7. Projekt wieżowca Pertamina

Energetyczna architektura

99-piętrowy wieżowiec Pertamina (7), który ma powstać w Dżakarcie, stolicy Indonezji, ma produkować tyle samo energii, ile zużywa. To pierwszy budynek tej wielkości na świecie. Architektura budynku była ściśle związana z lokalizacją – przepuszcza tylko niezbędne promieniowanie słoneczne, pozwalając zaoszczędzić resztę energii słonecznej.

8. Zielona ściana w Barcelonie

Ścięta wieża działa jak tunel do wykorzystania Energia wiatrowa. Z każdej strony obiektu zamontowane są panele fotowoltaiczne, co pozwala na produkcję energii przez cały dzień, o każdej porze roku.

Budynek będzie miał zintegrowaną elektrownię geotermalną uzupełniającą energię słoneczną i wiatrową.

Tymczasem niemieccy naukowcy z Uniwersytetu w Jenie przygotowali projekt "inteligentnych fasad" budynków. Transmisję światła można regulować za pomocą przycisku. Wyposażone są nie tylko w ogniwa fotowoltaiczne, ale także w hodowlę glonów do produkcji biopaliw.

Projekt Wielkopowierzchniowych Okien Hydraulicznych (LaWin) jest wspierany z funduszy europejskich w ramach programu Horyzont 2020. Cud nowoczesnej zielonej technologii wyrastający na fasadzie Teatru Raval w Barcelonie ma niewiele wspólnego z powyższą koncepcją (8).

Wertykalny ogród zaprojektowany przez Urbanarbolismo jest całkowicie samowystarczalny. Rośliny są nawadniane przez system irygacyjny, którego pompy zasilane są wytwarzaną energią panele fotowoltaiczne integruje się z systemem.

Woda z kolei pochodzi z opadów atmosferycznych. Woda deszczowa spływa rynnami do zbiornika magazynowego, skąd jest następnie pompowana przez pompy zasilane energią słoneczną. Nie ma zewnętrznego zasilania.

Inteligentny system podlewa rośliny zgodnie z ich potrzebami. Coraz więcej tego typu konstrukcji pojawia się na dużą skalę. Przykładem jest Stadion Narodowy zasilany energią słoneczną w Kaohsiung na Tajwanie (9).

Zaprojektowany przez japońskiego architekta Toyo Ito i oddany do użytku w 2009 roku, jest pokryty 8844 ogniwami fotowoltaicznymi i może generować do 1,14 gigawatogodzin energii rocznie, zaspokajając 80 procent potrzeb tego obszaru.

9. Stadion słoneczny na Tajwanie

Czy stopione sole uzyskają energię?

Magazynowanie energii w postaci stopionej soli jest nieznany. Technologia ta jest wykorzystywana w dużych elektrowniach słonecznych, takich jak niedawno otwarta Ivanpah na pustyni Mojave. Według wciąż nieznanej firmy Halotechnics z Kalifornii technika ta jest na tyle obiecująca, że ​​jej zastosowanie można rozszerzyć na całą branżę energetyczną, zwłaszcza odnawialną oczywiście, gdzie kwestia magazynowania nadwyżek w obliczu niedoboru energii jest kluczowym problemem.

Firma twierdzi, że magazynowanie energii w ten sposób to połowa ceny akumulatorów, różnego rodzaju dużych akumulatorów. Kosztowo może konkurować z systemami szczytowo-pompowymi, z których jak wiadomo można korzystać tylko w sprzyjających warunkach polowych. Jednak ta technologia ma swoje wady.

Na przykład tylko 70 procent energii zmagazynowanej w stopionych solach można ponownie wykorzystać jako energię elektryczną (90 procent w bateriach). Obecnie Halotechnics pracuje nad wydajnością tych systemów, m.in. z wykorzystaniem pomp ciepła i różnych mieszanek soli.

10. Zbiorniki stopionej soli do magazynowania energii

Instalacja demonstracyjna została uruchomiona w Sandia National Laboratories w Arbuquerque, Nowy Meksyk, USA. magazynowanie energii z roztopioną solą. Jest specjalnie zaprojektowany do pracy z technologią CLFR, która wykorzystuje lustra, które magazynują energię słoneczną do podgrzewania cieczy roboczej.

To stopiona sól w zbiorniku. System pobiera sól z zimnego zbiornika (290°C), wykorzystuje ciepło luster i podgrzewa ciecz do temperatury 550°C, po czym przekazuje ją do kolejnego zbiornika (10). W razie potrzeby stopiona sól o wysokiej temperaturze jest przepuszczana przez wymiennik ciepła w celu wytworzenia pary do wytwarzania energii.

Na koniec stopiona sól jest zawracana do zimnego zbiornika i proces jest powtarzany w zamkniętej pętli. Badania porównawcze wykazały, że użycie stopionej soli jako płynu roboczego umożliwia pracę w wysokich temperaturach, zmniejsza ilość soli potrzebnej do przechowywania i eliminuje potrzebę stosowania dwóch zestawów wymienników ciepła w systemie, zmniejszając koszty i złożoność systemu.

Rozwiązanie, które zapewnia magazynowanie energii na mniejszą skalę istnieje możliwość zamontowania na dachu baterii parafinowej z kolektorami słonecznymi. Jest to technologia opracowana na hiszpańskim Uniwersytecie Kraju Basków (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Przeznaczony jest do użytku przez przeciętne gospodarstwo domowe. Korpus urządzenia wykonany jest z aluminiowych płytek zanurzonych w parafinie. Woda jest używana jako nośnik energii, a nie jako środek magazynujący. Zadanie to należy do parafiny, która odbiera ciepło z paneli aluminiowych i topi się w temperaturze 60°C.

W tym wynalazku energia elektryczna jest uwalniana przez chłodzenie wosku, który oddaje ciepło cienkim panelom. Naukowcy pracują nad dalszą poprawą wydajności procesu poprzez zastąpienie parafiny innym materiałem, takim jak kwas tłuszczowy.

Energia powstaje w procesie przemian fazowych. Instalacja może mieć różny kształt w zależności od wymagań konstrukcyjnych budynków. Można nawet budować tak zwane sufity podwieszane.

Nowe pomysły, nowe sposoby

Latarnie uliczne, opracowane przez holenderską firmę Kaal Masten, mogą być instalowane w dowolnym miejscu, nawet na terenach niezelektryfikowanych. Do działania nie potrzebują sieci elektrycznej. Świecą tylko dzięki panelom słonecznym.

Filary tych latarni są pokryte panelami słonecznymi. Projektant twierdzi, że w ciągu dnia potrafią zgromadzić tyle energii, że potem świecą przez całą noc. Nie wyłączy ich nawet pochmurna pogoda. Zawiera imponujący zestaw baterii Żarówki energooszczędne DIODA LED.

Spirit (11), jak nazwano tę latarkę, wymaga wymiany co kilka lat. Co ciekawe, z ekologicznego punktu widzenia baterie te są łatwe w obsłudze.

Tymczasem w Izraelu sadzi się drzewa słoneczne. Nie byłoby w tym nic nadzwyczajnego, gdyby nie fakt, że zamiast liści w tych nasadzeniach instaluje się panele słoneczne, które otrzymują energię, która jest następnie wykorzystywana do ładowania urządzeń mobilnych, chłodzenia wody i transmisji sygnału Wi-Fi.

Projekt, nazwany eTree (12), składa się z metalowego „pnia”, który rozgałęzia się, a na gałęziach kolektory słoneczne. Otrzymana za ich pomocą energia magazynowana jest lokalnie i może być „przenoszona” do baterii smartfonów czy tabletów przez port USB.

12. Elektroniczne drzewo drzew

Będzie również używany do produkcji źródła wody dla zwierząt, a nawet ludzi. Drzewa powinny służyć również jako latarnie w nocy.

Mogą być wyposażone w informacyjne wyświetlacze ciekłokrystaliczne. Pierwsze tego typu budowle pojawiły się w Parku Chanadiw, niedaleko miasta Zikhron Yaakov.

Wersja siedmiopanelowa generuje 1,4 kilowata mocy, co może zasilić 35 przeciętnych laptopów. Tymczasem potencjał energii odnawialnej wciąż jest odkrywany w nowych miejscach, na przykład tam, gdzie rzeki wpadają do morza i łączą się ze słoną wodą.

Grupa naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) postanowiła zbadać zjawisko odwróconej osmozy w środowiskach, w których mieszają się wody o różnym stopniu zasolenia. Na granicy tych ośrodków występuje różnica ciśnień. Kiedy woda przechodzi przez tę granicę, przyspiesza, co jest źródłem znacznej energii.

Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego nie posunęli się daleko, by przetestować to zjawisko w praktyce. Obliczyli, że wody tego miasta, wpadając do morza, mogą wytworzyć wystarczającą ilość energii, aby zaspokoić potrzeby miejscowej ludności. obiekty lecznicze.