Возобновляемая энергия – ей принадлежит XNUMX век
צופרידן
На сайте BP Statistical Review of World Energy можно найти информацию о том, что к 2030 году мировое потребление энергии превысит уровень, зафиксированный в настоящее время, примерно на треть. Поэтому стремление развитых стран состоит в том, чтобы удовлетворить растущие потребности с помощью «зеленых» технологий из возобновляемых источников (ВИЭ).
1. Оффшорная ветряная электростанция
В Польше к 2020 году 19% энергии должно поступать из таких источников. В нынешних условиях это недешевая энергия, поэтому она развивается в основном благодаря финансовой поддержке государств.
Согласно анализу Института возобновляемых источников энергии за 2013 г., стоимость производства 1 МВтч возобновляемая энергия варьируется, в зависимости от источника, от 200 до даже 1500 злотых.
Для сравнения, оптовая цена 1 МВтч электроэнергии в 2012 году составляла примерно 200 злотых. Наиболее дешевым в этих исследованиях было получение энергии от многотопливных установок сжигания, т.е. совместное сжигание и свалочный газ. Самая дорогая энергия получается из воды и термальных вод.
Наиболее известные и заметные формы ВИЭ, т. е. ветряные турбины (1) и солнечные батареи (2), стоят дороже. Однако в долгосрочной перспективе цены на уголь и, например, на атомную энергию неизбежно будут расти. Различные исследования (например, исследование, проведенное группой RWE в 2012 г.) показывают, что «консервативные» и «национальные» категории, т.е. ענערגיע קוואלן в долгосрочной перспективе станет дороже (3).
И это сделает возобновляемую энергетику альтернативой не только экологической, но и экономической. Иногда забывают, что ведь ископаемое топливо тоже сильно субсидируется государством, а его цена, как правило, не учитывает того негативного воздействия, которое оно оказывает на окружающую среду.
Солнечно-водяно-ветровой коктейль
В 2009 году профессора Марк Джейкобсон (Стэнфордский университет) и Марк Делукки (Калифорнийский университет в Дэвисе) опубликовали в журнале Scientific American статью, в которой утверждали, что к 2030 году весь мир может перейти на возобновляемая энергия. Весной 2013 года они повторили свои расчеты для американского штата Нью-Йорк.
По их мнению, вскоре он может полностью отказаться от ископаемого топлива. Это возобновляемые источники можно получить энергию, необходимую для транспорта, промышленности и населения. Энергия будет поступать из так называемого WWS смесь (ветер, вода, солнце – ветер, вода, солнце).
Целых 40 процентов энергии будет поступать от морских ветряных электростанций, из которых необходимо будет развернуть почти тринадцать тысяч. На суше потребуется более 4 человек. турбины, которые будут обеспечивать еще 10 процентов энергии. Следующие 10 процентов будут поступать от почти XNUMX солнечных ферм с технологией концентрации радиации.
Обычные фотоэлектрические установки будут добавлять 10 процентов друг к другу. Еще 18 процентов придется на солнечные установки — в домах, общественных зданиях и штаб-квартирах компаний. Недостающая энергия будет восполняться за счет геотермальных установок, гидроэлектростанций, приливных генераторов и всех других возобновляемых источников энергии.
Ученые подсчитали, что благодаря использованию системы, основанной на возобновляемая энергия спрос на энергию — благодаря большей эффективности такой системы — упадет во всем штате примерно на 37 процентов, а цены на энергоносители стабилизируются.
Будет создано больше рабочих мест, чем будет потеряно, поскольку вся энергия будет производиться в штате. Кроме того, было подсчитано, что из-за уменьшения загрязнения воздуха каждый год будет умирать около 4 тысяч человек. людей меньше, а стоимость загрязнения снизится на 33 миллиарда долларов в год.
3. Цены на энергоносители до 2050 г. – исследование RWE
Это означает, что все инвестиции окупятся примерно за 17 лет. Не исключено, что это было бы быстрее, так как государство могло бы продать часть энергии. Разделяют ли чиновники штата Нью-Йорк оптимизм этих расчетов? Думаю, немного да и немного нет.
Ведь они не «бросают» все, чтобы воплотить предложение в реальность, но и, несомненно, вкладывают средства в технологии производства באנייענדע ענערגיע. Бывший мэр Нью-Йорка Майкл Блумберг несколько месяцев назад объявил, что крупнейшая в мире свалка — Freshkills Park на Статен-Айленде — будет преобразована в одну из крупнейших солнечных электростанций.
Там, где разлагаются отходы Нью-Йорка, будет произведено 10 мегаватт энергии. Остальная территория Freshkills, или почти 600 га, будет превращена в зеленые зоны паркового характера.
Где возобновляемые правила
Многие страны уже далеко продвинулись на пути к зеленому будущему. Скандинавские страны давно превысили 50-процентный порог получения энергии из возобновляемые источники. Согласно данным, опубликованным осенью 2014 года международной экологической организацией WWF, Шотландия уже производит больше энергии от ветряков, чем необходимо всем шотландским домохозяйствам.
Эти цифры показывают, что в октябре 2014 года шотландские ветряные турбины произвели электроэнергию, равную 126 процентам потребностей местных домов. В целом 40 процентов энергии, производимой в этом регионе, поступает из возобновляемых источников.
Ze возобновляемые источники более половины испанской энергии поступает из. Половина этой половины поступает из водных источников. Пятая часть всей испанской энергии поступает от ветряных электростанций. В мексиканском городе Ла-Пас, в свою очередь, есть солнечная электростанция Aura Solar I мощностью 39 МВт.
Кроме того, близятся к завершению работы по монтажу второй фермы Groupotec I мощностью 30 МВт, благодаря которой в скором времени город может быть полностью обеспечен энергией из возобновляемых источников. Примером страны, последовательно реализующей политику увеличения доли энергии из возобновляемых источников на протяжении многих лет, является Германия.
По данным Agora Energiewende, в 2014 году на возобновляемые источники энергии приходилось 25,8% поставок в этой стране. К 2020 году Германия должна получить более 40 процентов из этих источников. Энергетическая трансформация Германии заключается не только в отказе от атомной и угольной энергетики в пользу возобновляемая энергия в энергетическом секторе.
Не следует забывать, что Германия также является лидером в создании решений для «пассивных домов», которые в значительной степени обходятся без систем отопления. «Наша цель, заключающаяся в том, чтобы к 2050 году 80 процентов электроэнергии в Германии приходилось на возобновляемые источники, остается в силе», — заявила недавно канцлер Германии Ангела Меркель.
Новые солнечные батареи
В лабораториях идет постоянная борьба за повышение эффективности возобновляемые источники энергии – например, фотоэлектрические элементы. Солнечные элементы, которые преобразуют световую энергию нашей звезды в электричество, приближаются к 50-процентному рекорду эффективности.
4. Графен на пене для преобразования солнечной энергии в пар с MIT
Тем не менее, имеющиеся сегодня на рынке системы показывают КПД не более 20 процентов. Самые современные фотоэлектрические панели, которые так эффективно преобразуют энергия солнечного спектра – от инфракрасного, через видимый диапазон, до ультрафиолетового – они на самом деле состоят не из одной, а из четырех клеток.
Слои полупроводника накладываются друг на друга. Каждый из них отвечает за получение различного диапазона волн из спектра. Эта технология сокращенно CPV (concentrator photovoltaics) и ранее была испытана в космосе.
В прошлом году, например, инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) создали материал, состоящий из чешуек графита, помещенных на углеродную пену (4). Помещенный в воду и направленный на него солнечными лучами, он образует водяной пар, превращая в него до 85 процентов всей энергии солнечного излучения.
Новый материал работает очень просто — пористый графит в его верхней части способен отлично впитывать и хранить солнечную энергиюа на дне находится углеродный слой, частично заполненный пузырьками воздуха (чтобы материал мог плавать на воде), препятствующий утечке тепловой энергии в воду.
5. Фотоэлектрические антенны на поле подсолнухов
Предыдущие паровые солнечные решения должны были концентрировать солнечные лучи даже в тысячу раз, чтобы работать.
Новое решение от MIT требует лишь десятикратной концентрации, что делает всю установку относительно дешевой.
А может попробовать совместить спутниковую тарелку с подсолнухом в одной технологии? Инженеры швейцарской компании Airlight Energy, расположенной в Биаске, хотят доказать, что это возможно.
Они разработали 5-метровые пластины, оснащенные комплексами солнечных батарей, которые напоминают антенны спутникового телевидения или радиотелескопы и отслеживают солнечные лучи, как подсолнухи (XNUMX).
Предполагается, что они должны быть специальными сборщиками энергии, снабжающими не только электроэнергией фотогальванические элементы, но и теплом, чистой водой и даже, после использования теплового насоса, питанием холодильника.
Зеркала, разбросанные по их поверхности, пропускают падающее солнечное излучение и фокусируют его на панелях, даже до 2. раз. Каждая из шести рабочих панелей оснащена 25 фотоэлектрическими чипами, охлаждаемыми водой, протекающей по микроканалам.
Благодаря концентрации энергии фотоэлектрические модули работают в четыре раза эффективнее. При оснащении опреснительной установкой морской воды устройство использует горячую воду для производства 2500 литров пресной воды в день.
В отдаленных районах вместо опреснительных установок может быть установлено оборудование для фильтрации воды. Всю 10-метровую конструкцию цветочной антенны можно сложить и легко перевезти на небольшом грузовике. Новая идея для использование солнечной энергии в менее развитых районах это Соларкиоск (6).
Установки этого типа оснащены роутером с сетью Wi-Fi и могут заряжать более 200 мобильных телефонов в день или питать мини-холодильник, в котором можно было бы хранить, например, необходимые лекарства. Десятки таких киосков уже запущены. В основном они действовали в Эфиопии, Ботсване и Кении.
7. Проект небоскреба Пертамина
Энергичная архитектура
99-этажный небоскреб Pertamina (7), который планируется построить в Джакарте, столице Индонезии, должен производить столько энергии, сколько потребляет сам. Это первое здание такого размера в мире. Архитектура здания была тесно связана с местоположением — оно пропускает внутрь только необходимое солнечное излучение, позволяя сохранять остальную энергию солнца.
8. Зеленая стена в Барселоне
Усеченная башня действует как туннель для использования ווינט ענערגיע. С каждой стороны объекта установлены фотоэлектрические панели, что позволяет производить энергию в течение всего дня, в любое время года.
В здании будет встроенная геотермальная электростанция, дополняющая солнечную и ветровую энергию.
Тем временем немецкие исследователи из Йенского университета подготовили проект «умных фасадов» зданий. Светопропускание можно регулировать нажатием кнопки. Мало того, что они оснащены фотогальваническими элементами, но и для выращивания водорослей для производства биотоплива.
Проект «Гидравлические окна большой площади» (LaWin) поддерживается европейскими фондами в рамках программы Horizon 2020. Чудо современных зеленых технологий, проросшее на фасаде театра Раваль в Барселоне, немного связано с вышеуказанной концепцией (8).
Вертикальный сад, разработанный Urbanarbolismo, полностью автономен. Растения орошаются оросительной системой, насосы которой питаются от энергии, вырабатываемой פאָטאָוואָלטאַיק פּאַנאַלז интегрируется с системой.
Вода, в свою очередь, поступает из осадков. Дождевая вода стекает по желобам в резервуар для хранения, откуда она затем перекачивается насосами, единственным источником энергии которых являются солнечные батареи. Нет внешнего источника питания.
Интеллектуальная система поливает растения в соответствии с их потребностями. Все больше и больше структур этого типа появляются в больших масштабах. Примером может служить Национальный стадион на солнечной энергии в Гаосюне, Тайвань (9).
Спроектированный японским архитектором Тойо Ито и введенный в эксплуатацию еще в 2009 году, он покрыт 8844 фотогальваническими элементами и может генерировать до 1,14 гигаватт-часа энергии в год, обеспечивая 80 процентов потребностей района.
9. Солнечный стадион на Тайване
Получат ли расплавленные соли энергию?
ענערגיע סטאָרידזש в виде расплавленной соли неизвестен. Эта технология используется на крупных солнечных электростанциях, таких как недавно открытая Ivanpah в пустыне Мохаве. По мнению еще никому не известной компании Halotechnics из Калифорнии, эта методика настолько перспективна, что ее применение можно распространить на всю энергетику, особенно возобновляемую, конечно, где вопрос хранения излишков при дефиците энергии является ключевым проблема.
Представители компании утверждают, что хранить энергию таким образом вдвое дешевле, чем батарейки, различные виды больших аккумуляторов. По стоимости он может конкурировать с гидроаккумулирующими системами, которые, как известно, можно использовать только при благоприятных полевых условиях. Однако у этой технологии есть свои недостатки.
Например, только 70 процентов энергии, накопленной в расплавленных солях, можно повторно использовать в качестве электричества (90 процентов в батареях). Компания Halotechnics сейчас работает над эффективностью этих систем, используя, в том числе, тепловые насосы и различные солевые смеси.
10. Резервуары для расплавленной соли для хранения энергии
Демонстрационная установка была введена в эксплуатацию в лабораториях Sandia National в Арбукерке, штат Нью-Мексико, США. ענערגיע סטאָרידזש с помощью расплавленной соли. Он специально разработан для работы с технологией CLFR, в которой используются зеркала, аккумулирующие солнечную энергию для нагрева распыляемой жидкости.
Это расплавленная соль в резервуаре. Система забирает соль из холодного бака (290°С), использует тепло зеркал и нагревает жидкость до температуры 550°С, после чего передает ее в следующий бак (10). При необходимости высокотемпературный расплав соли проходит через теплообменник для выработки пара для производства электроэнергии.
Наконец, расплавленная соль возвращается в холодный резервуар, и процесс повторяется в замкнутом цикле. Как показали сравнительные исследования, использование расплавленной соли в качестве рабочей жидкости позволяет работать при высоких температурах, снижает количество соли, необходимой для хранения, и устраняет необходимость в двух комплектах теплообменников в системе, что снижает стоимость системы и ее сложности.
Решение, которое обеспечивает ענערגיע סטאָרידזש в меньших масштабах возможна установка парафиновой батареи с солнечными коллекторами на крыше. Это технология, разработанная в Испанском университете Страны Басков (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).
Он предназначен для использования средним домохозяйством. Основная часть устройства изготовлена из алюминиевых пластин, погруженных в парафин. Вода используется как среда передачи энергии, а не как среда хранения. Эта задача принадлежит парафину, который забирает тепло нагрева алюминиевых панелей и плавится при температуре 60°С.
В этом изобретении электрическая энергия высвобождается за счет охлаждения парафина, который отдает тепло тонким панелям. Ученые работают над дальнейшим повышением эффективности процесса, заменяя парафин другим материалом, например, жирной кислотой.
Энергия производится в процессе фазового перехода. Установка может иметь различную форму в соответствии со строительными требованиями зданий. Можно даже построить так называемый подвесные потолки.
Новые идеи, новые пути
Уличные фонари, разработанные голландской компанией Kaal Masten, можно устанавливать где угодно, даже в неэлектрифицированных районах. Им не нужна электрическая сеть для работы. Они светятся только благодаря солнечным батареям.
Столбы этих маяков покрыты панелями солнечных батарей. Конструктор утверждает, что за день они могут накопить столько энергии, что потом светятся всю ночь. Даже пасмурная погода не выключит их. Сюда входит внушительный набор батареек энергосберегающие лампы ליכט-ימיטינג דיאָדע.
Spirit (11), как была названа эта модель фонаря, нуждается в замене каждые несколько лет. Интересно, что с экологической точки зрения эти аккумуляторы просты в обращении.
Тем временем в Израиле сажают солнечные деревья. В этом не было бы ничего экстраординарного, если бы не тот факт, что вместо листьев в этих посадках установлены солнечные батареи, получающие энергию, которая затем используется для зарядки мобильных устройств, охлаждения воды и трансляции сигнала Wi-Fi.
Конструкция, названная eTree (12), состоит из металлического «ствола», который разветвляется, а на ветвях זונ - פּאַנאַלז. Полученная с их помощью энергия сохраняется на месте и может быть «переведена» на аккумуляторы смартфонов или планшетов через USB-порт.
12. Дерево электронного дерева
Он также будет использоваться для производства источника воды для животных и даже для людей. Деревья также должны использоваться в качестве фонарей в ночное время.
Они могут быть оснащены информационными жидкокристаллическими дисплеями. Первые постройки такого типа появились в парке Ханадив, недалеко от города Зихрон-Яаков.
Семипанельная версия вырабатывает 1,4 киловатта мощности, чего может хватить для питания 35 средних ноутбуков. Между тем потенциал возобновляемых источников энергии все еще обнаруживается в новых местах, например, там, где реки впадают в море и сливаются с соленой водой.
Группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) решила изучить явления обратного осмоса в средах, в которых смешиваются воды разного уровня солености. На границе этих центров существует разность давлений. Когда вода проходит через эту границу, она ускоряется, что является источником значительной энергии.
Ученые из университета, расположенного в Бостоне, не стали далеко ходить за практической проверкой этого явления. Они подсчитали, что воды этого города, впадающие в море, могут генерировать достаточно энергии для удовлетворения потребностей местного населения. ווייסטוואָטער באַהאַנדלונג געוויקסן.
