Obnoviteľná energia - patrí do XNUMX storočia

Na stránke BP Statistical Review of World Energy môžete nájsť informáciu, že do roku 2030 prekročí svetová spotreba energie súčasnú úroveň asi o tretinu. Túžbou vyspelých krajín je preto uspokojovať rastúce potreby pomocou „zelených“ technológií z obnoviteľných zdrojov (OZE).

1. Veterná farma na mori

V Poľsku by do roku 2020 malo z takýchto zdrojov pochádzať 19 % energie. V súčasných podmienkach nejde o lacnú energiu, preto sa rozvíja najmä vďaka finančnej podpore štátov.

Podľa analýzy Inštitútu pre obnoviteľnú energiu z roku 2013 náklady na výrobu 1 MWh obnoviteľná energia sa pohybuje v závislosti od zdroja od 200 do 1500 zł.

Pre porovnanie, veľkoobchodná cena 1 MWh elektriny v roku 2012 bola približne 200 PLN. Najlacnejšie v týchto štúdiách bolo získavanie energie z viacpalivových spaľovacích zariadení, t.j. spoluspaľovací a skládkový plyn. Najdrahšia energia sa získava z vody a termálnych vôd.

Najznámejšie a najviditeľnejšie formy OZE, t. j. veterné turbíny (1) a solárne panely (2), sú drahšie. Z dlhodobého hľadiska však ceny uhlia a napríklad aj jadrovej energie nevyhnutne porastú. Rôzne štúdie (napríklad štúdia skupiny RWE z roku 2012) ukazujú, že kategórie „konzervatívna“ a „národná“, t.j. zdroje energie z dlhodobého hľadiska zdražie (3).

A tým sa obnoviteľná energia stane alternatívou nielen ekologickou, ale aj ekonomickou. Niekedy sa zabúda, že aj fosílne palivá sú výrazne dotované štátom a ich cena spravidla nezohľadňuje negatívny dopad na životné prostredie.

Kokteil solárno-voda-vietor

V roku 2009 profesori Mark Jacobson (Stanford University) a Mark DeLucchi (University of California, Davis) publikovali článok v Scientific American, v ktorom tvrdili, že do roku 2030 by mohol celý svet prejsť na obnoviteľná energia. Na jar 2013 zopakovali svoje výpočty pre americký štát New York.

Podľa ich názoru môže čoskoro úplne opustiť fosílne palivá. Toto je obnoviteľných zdrojov môžete získať energiu potrebnú pre dopravu, priemysel a obyvateľstvo. Energia bude pochádzať z takzvanej WWS zmesi (vietor, voda, slnko – vietor, voda, slnko).

Až 40 percent energie bude pochádzať z pobrežných veterných elektrární, z ktorých bude potrebné rozmiestniť takmer trinásťtisíc. Na súši budú potrebné viac ako 4 osoby. turbín, ktoré zabezpečia ďalších 10 percent energie. Ďalších 10 percent bude pochádzať z takmer XNUMX percent solárnych fariem s technológiou koncentrácie žiarenia.

Klasické fotovoltické inštalácie si pridajú 10 percent. Ďalších 18 percent bude pochádzať zo solárnych inštalácií – v domácnostiach, verejných budovách a sídlach firiem. Chýbajúcu energiu doplnia geotermálne elektrárne, vodné elektrárne, prílivové generátory a všetky ostatné obnoviteľné zdroje energie.

Vedci to vypočítali pomocou systému založeného na obnoviteľná energia Dopyt po energii – vďaka väčšej účinnosti takéhoto systému – klesne celoštátne približne o 37 percent a ceny energií sa stabilizujú.

Viac pracovných miest sa vytvorí, ako zanikne, keďže všetka energia sa bude vyrábať v štáte. Okrem toho sa odhaduje, že v dôsledku zníženého znečistenia ovzdušia zomrie každý rok asi 4 33 ľudí. menej ľudí a náklady na znečistenie klesnú o XNUMX miliárd dolárov ročne.

3. Ceny energií do roku 2050 - štúdia RWE

To znamená, že celá investícia sa vráti približne za 17 rokov. Je možné, že by to bolo rýchlejšie, keďže štát by mohol časť energie predať. Zdieľajú predstavitelia štátu New York optimizmus týchto výpočtov? Myslím, že trochu áno a trochu nie.

Koniec koncov, „nepustia“ všetko, aby sa návrh stal skutočnosťou, ale samozrejme investujú do výrobných technológií Obnoviteľná energia. Bývalý starosta New Yorku Michael Bloomberg pred niekoľkými mesiacmi oznámil, že najväčšia skládka odpadu na svete, Freshkills Park na Staten Island, bude prerobená na jednu z najväčších solárnych elektrární na svete.

Tam, kde sa odpad v New Yorku rozloží, vznikne 10 megawattov energie. Zvyšok územia Freshkills, teda takmer 600 hektárov, sa zmení na zelené plochy parkového charakteru.

Kde sú pravidlá obnovy

Mnohé krajiny sú už na dobrej ceste k zelenšej budúcnosti. Škandinávske krajiny dlhodobo prekračujú 50-percentnú hranicu pre získavanie energie z obnoviteľných zdrojov. Podľa údajov zverejnených na jeseň 2014 medzinárodnou environmentálnou organizáciou WWF už Škótsko vyrába z veterných mlynov viac energie, ako potrebujú všetky škótske domácnosti.

Tieto čísla ukazujú, že v októbri 2014 vyrábali škótske veterné turbíny elektrinu rovnajúcu sa 126 percentám potrieb miestnych domácností. Celkovo 40 percent energie vyrobenej v tomto regióne pochádza z obnoviteľných zdrojov.

Ze obnoviteľných zdrojov viac ako polovica španielskej energie pochádza z. Polovica z tejto polovice pochádza z vodných zdrojov. Jedna pätina všetkej španielskej energie pochádza z veterných elektrární. V mexickom meste La Paz zasa solárna elektráreň Aura Solar I s výkonom 39 MW.

Okrem toho sa dokončuje inštalácia druhej 30 MW farmy Groupotec I, vďaka ktorej môže byť mesto už čoskoro plne zásobované energiou z obnoviteľných zdrojov. Príkladom krajiny, ktorá v priebehu rokov dôsledne uplatňuje politiku zvyšovania podielu energie z obnoviteľných zdrojov, je Nemecko.

Podľa Agora Energiewende tvorili v roku 2014 obnoviteľné zdroje energie 25,8 % dodávok v tejto krajine. Do roku 2020 by malo Nemecko dostávať z týchto zdrojov viac ako 40 percent. Energetická transformácia Nemecka nie je len o opustení jadrovej a uhoľnej energie v prospech obnoviteľná energia v energetickom sektore.

Netreba zabúdať, že Nemecko je lídrom aj vo vytváraní riešení pre „pasívne domy“, ktoré sa vo veľkej miere zaobídu bez vykurovacích systémov. „Náš cieľ, aby do roku 2050 pochádzalo 80 percent elektriny v Nemecku z obnoviteľných zdrojov, zostáva zachovaný,“ povedala nedávno nemecká kancelárka Angela Merkelová.

Nové solárne panely

V laboratóriách sa neustále bojuje o zlepšenie účinnosti. obnoviteľné zdroje energie – napríklad fotovoltaické články. Solárne články, ktoré premieňajú svetelnú energiu našej hviezdy na elektrickú energiu, sa blížia k 50-percentnému rekordu účinnosti.

4. Grafén na pene na konverziu zo slnka na paru s MIT

Systémy na dnešnom trhu však vykazujú účinnosť maximálne 20 percent. Najmodernejšie fotovoltaické panely, ktoré sa tak efektívne premieňajú energia slnečného spektra - od infračerveného, ​​cez viditeľnú oblasť, až po ultrafialové - v skutočnosti pozostávajú nie z jednej, ale zo štyroch buniek.

Polovodičové vrstvy sú na seba navrstvené. Každý z nich je zodpovedný za získanie iného rozsahu vĺn zo spektra. Táto technológia sa označuje skratkou CPV (koncentrátorová fotovoltaika) a už predtým bola testovaná vo vesmíre.

Minulý rok napríklad inžinieri z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vytvorili materiál pozostávajúci z grafitových vločiek umiestnených na uhlíkovej pene (4). Umiestnený vo vode a nasmerovaný na ňu slnečnými lúčmi vytvára vodnú paru, pričom na ňu premieňa až 85 percent všetkej energie slnečného žiarenia.

Nový materiál pôsobí veľmi jednoducho – pórovitý grafit vo svojej hornej časti dokáže dokonale absorbovať a skladovať slnečnú energiua na dne je uhlíková vrstva, čiastočne vyplnená vzduchovými bublinami (aby materiál mohol plávať na vode), brániaca úniku tepelnej energie do vody.

5. Fotovoltaické antény v poli slnečníc

Doterajšie parné solárne riešenia museli koncentrovať slnečné lúče aj tisíckrát, aby fungovali.

Nové riešenie MIT vyžaduje iba desaťnásobnú koncentráciu, vďaka čomu je celé nastavenie relatívne lacné.

Alebo možno skúsiť skombinovať satelitnú anténu so slnečnicou v jednej technológii? Inžinieri z Airlight Energy, švajčiarskej spoločnosti so sídlom v Biasca, chcú dokázať, že je to možné.

Vyvinuli 5-metrové platne vybavené komplexmi solárnych polí, ktoré pripomínajú satelitné televízne antény alebo rádiové teleskopy a sledujú slnečné lúče ako slnečnice (XNUMX).

Majú to byť špeciálne kolektory energie, dodávajú fotovoltaickým článkom nielen elektrinu, ale aj teplo, čistú vodu a dokonca po použití tepelného čerpadla napájajú aj chladničku.

Zrkadlá rozptýlené po ich povrchu prepúšťajú dopadajúce slnečné žiarenie a sústreďujú ho na panely, dokonca až 2-krát. Každý zo šiestich pracovných panelov je vybavený 25 fotovoltaickými čipmi chladenými vodou prúdiacou cez mikrokanály.

Vďaka koncentrácii energie pracujú fotovoltické moduly štyrikrát efektívnejšie. Keď je jednotka vybavená zariadením na odsoľovanie morskej vody, využíva horúcu vodu na výrobu 2500 XNUMX litrov sladkej vody denne.

V odľahlých oblastiach môžu byť namiesto odsoľovacích zariadení inštalované zariadenia na filtráciu vody. Celá 10m kvetinová anténa sa dá zložiť a ľahko prepraviť malým nákladným autom. Nový nápad pre využitie slnečnej energie v menej rozvinutých oblastiach je to Solarkiosk (6).

Tento typ jednotky je vybavený Wi-Fi routerom a dokáže nabiť viac ako 200 mobilných telefónov denne alebo napájať minichladničku, v ktorej možno skladovať napríklad nevyhnutné lieky. Takýchto kioskov už boli spustené desiatky. Pôsobili najmä v Etiópii, Botswane a Keni.

7. Projekt mrakodrapu Pertamina

Energetická architektúra

99-poschodový mrakodrap Pertamina (7), ktorý plánujú postaviť v Jakarte, hlavnom meste Indonézie, má vyrobiť toľko energie, koľko spotrebuje. Ide o prvú budovu svojej veľkosti na svete. Architektúra budovy úzko súvisela s umiestnením – prepúšťa len nevyhnutné slnečné žiarenie, čím ušetríte zvyšok slnečnej energie.

8. Zelený múr v Barcelone

Skrátená veža slúži ako tunel veterná energia. Na každej strane objektu sú inštalované fotovoltické panely, čo umožňuje výrobu energie počas celého dňa, kedykoľvek počas roka.

Budova bude mať integrovanú geotermálnu elektráreň na doplnenie solárnej a veternej energie.

Nemeckí vedci z univerzity v Jene medzitým pripravili projekt „inteligentných fasád“ budov. Prestup svetla je možné nastaviť stlačením tlačidla. Nielenže sú vybavené fotovoltaickými článkami, ale aj na pestovanie rias na výrobu biopalív.

Projekt Large Area Hydraulic Windows (LaWin) je podporovaný z európskych fondov v rámci programu Horizont 2020. Zázrak modernej zelenej technológie klíčiaci na fasáde divadla Raval v Barcelone nemá s vyššie uvedeným konceptom veľa spoločného (8).

Vertikálna záhrada navrhnutá Urbanarbolismo je úplne samostatná. Rastliny sú zavlažované zavlažovacím systémom, ktorého čerpadlá sú poháňané generovanou energiou fotovoltické panely integruje so systémom.

Voda zasa pochádza zo zrážok. Dažďová voda steká žľabmi do akumulačnej nádrže, odkiaľ je následne čerpaná čerpadlami na solárny pohon. Neexistuje žiadne externé napájanie.

Inteligentný systém zalieva rastliny podľa ich potrieb. Čoraz viac štruktúr tohto typu sa objavuje vo veľkom meradle. Príkladom je Národný štadión so solárnym pohonom v Kaohsiung na Taiwane (9).

Navrhol ho japonský architekt Toyo Ito a uviedol ho do prevádzky v roku 2009, pokrýva ho 8844 1,14 fotovoltaických článkov a dokáže vyrobiť až 80 gigawatthodín energie ročne, čím pokryje XNUMX percent potrieb danej oblasti.

9. Solárny štadión na Taiwane

Získajú roztavené soli energiu?

Skladovanie energie vo forme roztavenej soli nie je známy. Táto technológia sa používa vo veľkých solárnych elektrárňach, ako je nedávno otvorený Ivanpah v Mohavskej púšti. Podľa zatiaľ neznámej spoločnosti Halotechnics z Kalifornie je táto technika natoľko perspektívna, že jej uplatnenie možno rozšíriť na celý energetický sektor, samozrejme, najmä na obnoviteľné, kde je otázka skladovania prebytkov pri nedostatku energie kľúčovým problémom.

Zástupcovia spoločnosti hovoria, že skladovanie energie týmto spôsobom je o polovicu lacnejšie ako batérie, rôzne typy veľkých batérií. Pokiaľ ide o náklady, môže konkurovať systémom prečerpávania, ktoré, ako viete, možno použiť iba za priaznivých poľných podmienok. Táto technológia má však svoje nevýhody.

Napríklad len 70 percent energie uloženej v roztavených soliach možno opätovne použiť ako elektrinu (90 percent v batériách). Halotechnics v súčasnosti pracuje na účinnosti týchto systémov, vrátane využitia tepelných čerpadiel a rôznych soľných zmesí.

10. Nádrže na roztavenú soľ na skladovanie energie

Demonštračné zariadenie bolo uvedené do prevádzky v Sandia National Laboratories v Arbuquerque, Nové Mexiko, USA. skladovanie energie s roztavenou soľou. Je špeciálne navrhnutý pre prácu s technológiou CLFR, ktorá využíva zrkadlá, ktoré uchovávajú slnečnú energiu na ohrev rozprašovanej kvapaliny.

Je to roztavená soľ v nádrži. Systém odoberá soľ zo studenej nádrže (290°C), využíva teplo zrkadiel a ohrieva kvapalinu na teplotu 550°C, po ktorej ju prenesie do ďalšej nádrže (10). V prípade potreby prechádza roztavená soľ pri vysokej teplote cez výmenník tepla, aby sa vytvorila para na výrobu energie.

Nakoniec sa roztavená soľ vráti do studenej nádrže a proces sa opakuje v uzavretej slučke. Porovnávacie štúdie ukázali, že použitie roztavenej soli ako pracovnej tekutiny umožňuje prevádzku pri vysokých teplotách, znižuje množstvo soli potrebnej na skladovanie a eliminuje potrebu dvoch sád výmenníkov tepla v systéme, čím sa znižujú náklady a zložitosť systému.

Riešenie, ktoré poskytuje skladovanie energie v menšom meradle je možné na strechu nainštalovať parafínovú batériu so solárnymi kolektormi. Ide o technológiu vyvinutú na Španielskej univerzite v Baskicku (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Je určený na používanie v bežnej domácnosti. Hlavné telo prístroja je vyrobené z hliníkových plátov ponorených do parafínu. Voda sa používa ako médium na prenos energie, nie ako akumulačné médium. Táto úloha patrí parafínu, ktorý odoberá teplo z hliníkových panelov a topí sa pri teplote 60°C.

V tomto vynáleze sa elektrická energia uvoľňuje chladením vosku, ktorý odovzdáva teplo tenkým panelom. Vedci pracujú na ďalšom zlepšení účinnosti procesu nahradením parafínu iným materiálom, ako je mastná kyselina.

Energia sa vyrába v procese fázového prechodu. Inštalácia môže mať rôzny tvar v súlade s konštrukčnými požiadavkami budov. Môžete dokonca postaviť takzvané falošné stropy.

Nové nápady, nové spôsoby

Pouličné osvetlenie vyvinuté holandskou spoločnosťou Kaal Masten je možné inštalovať kdekoľvek, dokonca aj v neelektrifikovaných priestoroch. Na prevádzku nepotrebujú elektrickú sieť. Žiari len vďaka solárnym panelom.

Stĺpy týchto majákov sú pokryté solárnymi panelmi. Dizajnér tvrdí, že cez deň dokážu naakumulovať toľko energie, že potom svietia celú noc. Nevypne ich ani zamračené počasie. Obsahuje pôsobivú sadu batérií úsporné žiarivky DIÓDA VYŽARUJÚCA SVETLO.

Duch (11), ako bola táto baterka pomenovaná, je potrebné každých pár rokov vymeniť. Zaujímavé je, že z hľadiska životného prostredia sa s týmito batériami ľahko manipuluje.

Medzitým sa v Izraeli vysádzajú solárne stromy. Na tom by nebolo nič výnimočné, keby nebolo toho, že namiesto lístia sú v týchto výsadbách inštalované solárne panely, ktoré prijímajú energiu, ktorá sa následne využíva na nabíjanie mobilných zariadení, chladenie vody a vysielanie Wi-Fi signálu.

Dizajn s názvom eStrom (12) pozostáva z kovového „kmeňa“, ktorý sa rozvetvuje a na konároch solárne panely. Energia prijatá s ich pomocou sa lokálne ukladá a možno ju cez USB port „preniesť“ do batérií smartfónov či tabletov.

12. Elektronický strom stromu

Poslúži aj na výrobu vodného zdroja pre zvieratá a dokonca aj pre ľudí. Stromy by sa mali v noci používať aj ako lampáše.

Môžu byť vybavené informačnými displejmi z tekutých kryštálov. Prvé budovy tohto typu sa objavili v parku Khanadiv neďaleko mesta Zikhron Yaakov.

Verzia so siedmimi panelmi generuje výkon 1,4 kilowattu, ktorý dokáže napájať 35 priemerných notebookov. Medzitým sa stále objavuje potenciál obnoviteľnej energie na nových miestach, napríklad tam, kde sa rieky vlievajú do mora a spájajú sa so slanou vodou.

Skupina vedcov z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) sa rozhodla študovať javy reverznej osmózy v prostrediach, v ktorých sa miešajú vody s rôznou úrovňou slanosti. Na hranici týchto centier je tlakový rozdiel. Pri prechode vody cez túto hranicu sa zrýchľuje, čo je zdrojom významnej energie.

Vedci z Bostonskej univerzity nezašli ďaleko, aby tento jav otestovali v praxi. Vypočítali, že vody tohto mesta, vlievajúce sa do mora, môžu generovať dostatok energie na uspokojenie potrieb miestneho obyvateľstva. liečebné zariadenia.