Відновлювана енергія – їй належить XNUMX століття

На сайті BP Statistical Review of World Energy можна знайти інформацію про те, що до 2030 світове споживання енергії перевищить рівень, зафіксований в даний час, приблизно на третину. Тому прагнення розвинених країн полягає в тому, щоб задовольнити потреби, що зростають, за допомогою «зелених» технологій з відновлюваних джерел (ВІЕ).

1. Офшорна вітряна електростанція

У Польщі до 2020 року 19% енергії має надходити з таких джерел. У нинішніх умовах це недешева енергія, тому вона розвивається переважно завдяки фінансовій підтримці держав.

Згідно з аналізом Інституту відновлюваних джерел енергії за 2013 р., вартість виробництва 1 МВтч відновлювальна енергія варіюється, в залежності від джерела, від 200 до навіть 1500 злотих.

Для порівняння, оптова ціна 1 МВтг електроенергії у 2012 році становила приблизно 200 злотих. Найдешевшим у цих дослідженнях було отримання енергії від багатопаливних установок спалювання, тобто. спільне спалювання та звалищний газ. Найдорожча енергія виходить із води та термальних вод.

Найбільш відомі та помітні форми ВІЕ, тобто вітряні турбіни (1) та сонячні батареї (2), коштують дорожче. Однак у довгостроковій перспективі ціни на вугілля і, наприклад, на атомну енергію неминуче зростатимуть. Різні дослідження (наприклад, дослідження, проведене групою RWE 2012 р.) показують, що «консервативні» та «національні» категорії, тобто. джерело енергії у довгостроковій перспективі стане дорожчим (3).

І це зробить відновлювану енергетику альтернативою не лише екологічною, а й економічною. Іноді забувають, що викопне паливо теж сильно субсидується державою, а його ціна, як правило, не враховує того негативного впливу, який воно надає на навколишнє середовище.

Сонячно-водяно-вітеровий коктейль

У 2009 році професори Марк Джейкобсон (Стенфордський університет) та Марк Делуккі (Каліфорнійський університет у Девісі) опублікували в журналі Scientific American статтю, в якій стверджували, що до 2030 року весь світ може перейти на відновлювальна енергія. Весною 2013 року вони повторили свої розрахунки для американського штату Нью-Йорк.

На їхню думку, незабаром він може повністю відмовитись від викопного палива. Це відновлювані джерела можна отримати енергію, необхідну транспорту, промисловості та населення. Енергія надходитиме з так званого WWS суміш (вітер, вода, сонце – вітер, вода, сонце).

Цілих 40 відсотків енергії надходитиме від морських вітряних електростанцій, з яких необхідно буде розгорнути майже тринадцять тисяч. На суші знадобиться понад 4 особи. турбіни, які забезпечуватимуть ще 10 відсотків енергії. Наступні 10 відсотків надходитимуть від майже XNUMX сонячних ферм із технологією концентрації радіації.

Звичайні фотоелектричні установки додаватимуть 10 відсотків один до одного. Ще 18 відсотків припаде на сонячні установки — у будинках, громадських будівлях та штаб-квартирах компаній. Недостатня енергія поповнюватиметься за рахунок геотермальних установок, гідроелектростанцій, приливних генераторів та інших відновлюваних джерел енергії.

Вчені підрахували, що завдяки використанню системи, заснованої на відновлювальна енергія попит на енергію завдяки більшій ефективності такої системи впаде в усьому штаті приблизно на 37 відсотків, а ціни на енергоносії стабілізуються.

Буде створено більше робочих місць, ніж буде втрачено, оскільки вся енергія вироблятиметься у штаті. Крім того, було підраховано, що через зменшення забруднення повітря щороку вмиратиме близько 4 тисяч людей. людей менше, а вартість забруднення знизиться на 33 мільярди доларів на рік.

3. Ціни на енергоносії до 2050 р. – дослідження RWE

Це означає, що всі інвестиції окупляться приблизно за 17 років. Не виключено, що це було б швидше, оскільки держава могла продати частину енергії. Чи чиновники штату Нью-Йорк поділяють оптимізм цих розрахунків? Думаю, трохи та й трохи ні.

Адже вони не «кидають» все, щоб втілити пропозицію в реальність, але й, безперечно, вкладають кошти у технології виробництва Відновлювана енергія. Колишній мер Нью-Йорка Майкл Блумберг кілька місяців тому оголосив, що найбільше у світі звалище — Freshkills Park на Статен-Айленді — буде перетворено на одну з найбільших сонячних електростанцій.

Там, де розкладаються відходи Нью-Йорка, буде вироблено 10 мегават енергії. Решта території Freshkills, або майже 600 га, буде перетворена на зелені зони паркового характеру.

Де поновлювані правила

Багато країн вже далеко просунулися по дорозі до зеленого майбутнього. Скандинавські країни давно перевищили 50-відсотковий поріг отримання енергії відновлювані джерела. Згідно з даними, опублікованими восени 2014 року міжнародною екологічною організацією WWF, Шотландія вже виробляє більше енергії від вітряків, ніж необхідно всім шотландським домогосподарствам.

Ці цифри показують, що у жовтні 2014 року шотландські вітряні турбіни виробили електроенергію, що дорівнює 126 відсоткам потреб місцевих будинків. Загалом 40 відсотків енергії, що виробляється у цьому регіоні, надходить із відновлюваних джерел.

Ze відновлювані джерела більше половини іспанської енергії надходить із. Половина цієї половини надходить із водних джерел. П'ята частина всієї іспанської енергії надходить від вітрових електростанцій. У мексиканському місті Ла-Пас є сонячна електростанція Aura Solar I потужністю 39 МВт.

Крім того, наближаються до завершення роботи з монтажу другої ферми Groupotec I потужністю 30 МВт, завдяки якій незабаром місто може бути повністю забезпечене енергією з відновлюваних джерел. Прикладом країни, яка послідовно реалізує політику збільшення частки енергії з відновлюваних джерел протягом багатьох років, є Німеччина.

За даними Agora Energiewende, у 2014 році на відновлювані джерела енергії припадало 25,8% постачання в цій країні. До 2020 року Німеччина має отримати понад 40 відсотків із цих джерел. Енергетична трансформація Німеччини полягає не тільки у відмові від атомної та вугільної енергетики на користь відновлювальна енергія у енергетичному секторі.

Не слід забувати, що Німеччина також є лідером у створенні рішень для «пасивних будинків», які значною мірою обходяться без систем опалення. "Наша мета, яка полягає в тому, щоб до 2050 року 80 відсотків електроенергії в Німеччині припадало на відновлювані джерела, залишається в силі", - заявила нещодавно канцлер Німеччини Ангела Меркель.

Нові сонячні батареї

У лабораторіях триває постійна боротьба за підвищення ефективності відновлювані джерела енергії - Наприклад, фотоелектричні елементи. Сонячні елементи, які перетворять світлову енергію нашої зірки на електрику, наближаються до 50-відсоткового рекорду ефективності.

4. Графен на піні для перетворення сонячної енергії на пару з MIT

Тим не менш, наявні сьогодні на ринку системи показують ККД не більше 20 відсотків. Найсучасніші фотоелектричні панелі, які так ефективно перетворять енергія сонячного спектру – від інфрачервоного, через видимий діапазон до ультрафіолетового – вони насправді складаються не з однієї, а з чотирьох клітин.

Шари напівпровідника накладаються один на одного. Кожен з них відповідає за отримання різного діапазону хвиль із спектра. Ця технологія скорочена CPV (concentrator photovoltaics) і раніше була випробувана у космосі.

Минулого року, наприклад, інженери з Массачусетського технологічного інституту (MIT) створили матеріал, що складається з лусочок графіту, поміщених на вуглецеву піну (4). Поміщений у воду і спрямований на нього сонячним промінням, він утворює водяну пару, перетворюючи на неї до 85 відсотків всієї енергії сонячного випромінювання.

Новий матеріал працює дуже просто - пористий графіт у його верхній частині здатний добре вбирати і зберігати сонячну енергіюа на дні знаходиться вуглецевий шар, частково заповнений бульбашками повітря (щоб матеріал міг плавати на воді), що перешкоджає витоку теплової енергії у воду.

5. Фотоелектричні антени на полі соняшників

Попередні парові сонячні рішення мали концентрувати сонячні промені навіть у тисячу разів, щоб працювати.

Нове рішення від MIT вимагає лише десятикратної концентрації, що робить всю установку відносно дешевою.

А може спробувати поєднати супутникову тарілку із соняшником в одній технології? Інженери швейцарської компанії Airlight Energy, яка розташована в Біаску, хочуть довести, що це можливо.

Вони розробили 5-метрові пластини, оснащені комплексами сонячних батарей, що нагадують антени супутникового телебачення або радіотелескопи та відстежують сонячні промені, як соняшники (XNUMX).

Передбачається, що вони повинні бути спеціальними збирачами енергії, що забезпечують не тільки електроенергією фотогальванічні елементи, але й теплом, чистою водою і навіть після використання теплового насоса живленням холодильника.

Дзеркала, розкидані по їх поверхні, пропускають сонячне випромінювання і фокусують його на панелях, навіть до 2. разів. Кожна з шести робочих панелей оснащена 25 фотоелектричними чіпами, що охолоджуються водою, що протікає мікроканалами.

Завдяки концентрації енергії фотоелектричні модулі працюють у чотири рази ефективніше. При оснащенні опріснювальної установки морської води пристрій використовує гарячу воду для виробництва 2500 літрів прісної води на день.

У віддалених районах замість опріснювальних установок може бути встановлене обладнання для фільтрації води. Всю 10-метрову конструкцію квіткової антени можна скласти і легко перевезти невеликою вантажівкою. Нова ідея для використання сонячної енергії у менш розвинених районах це Соларкіоськ (6).

Установки цього типу оснащені роутером з мережею Wi-Fi і можуть заряджати більше 200 мобільних телефонів на день або живити міні-холодильник, в якому можна було б зберігати, наприклад, необхідні ліки. Десятки таких кіосків уже запущено. В основному вони діяли в Ефіопії, Ботсвані та Кенії.

7. Проект хмарочоса Пертаміну

Енергійна архітектура

99-поверховий хмарочос Pertamina (7), який планується збудувати в Джакарті, столиці Індонезії, повинен виробляти стільки енергії, скільки споживає сам. Це перша будівля такого розміру у світі. Архітектура будівлі була тісно пов'язана з місцезнаходженням - вона пропускає всередину лише необхідне сонячне випромінювання, дозволяючи зберігати іншу енергію сонця.

8. Зелена стіна у Барселоні

Усічена вежа діє як тунель для використання енергія вітру. З кожного боку об'єкта встановлені фотоелектричні панелі, що дозволяє виробляти енергію протягом усього дня будь-якої пори року.

У будівлі буде вбудована геотермальна електростанція, яка доповнює сонячну та вітрову енергію.

Тим часом, німецькі дослідники з Йенського університету підготували проект «розумних фасадів» будівель. Світлопропускання можна регулювати натисканням кнопки. Мало того, що вони оснащені фотогальванічними елементами, але й для вирощування водоростей для біопалива.

Проект «Гідравлічні вікна великої площі» (LaWin) підтримується європейськими фондами в рамках програми Horizon 2020. Чудо сучасних зелених технологій, що проросло на фасаді театру Раваль у Барселоні, трохи пов'язане з вищезазначеною концепцією (8).

Вертикальний сад, розроблений Urbanarbolismo, повністю автономен. Рослини зрошуються зрошувальною системою, насоси якої живляться від енергії, що виробляється фотоелектричні панелі інтегрується із системою.

Вода, у свою чергу, надходить із опадів. Дощова вода стікає жолобами в резервуар для зберігання, звідки вона потім перекачується насосами, єдиним джерелом енергії яких є сонячні батареї. Немає зовнішнього джерела живлення.

Інтелектуальна система поливає рослини відповідно до їх потреб. Дедалі більше структур цього з'являються у великих масштабах. Прикладом може бути Національний стадіон на сонячній енергії в Гаосюні, Тайвань (9).

Спроектований японським архітектором Тойо Іто і введений в експлуатацію ще в 2009 році, він покритий 8844 фотогальванічними елементами і може генерувати до 1,14 гігават-години енергії на рік, забезпечуючи 80 відсотків потреб району.

9. Сонячний стадіон на Тайвані

Чи отримають розплавлені солі енергію?

Хранилище енергії у вигляді розплавленої солі невідомий. Ця технологія використовується на великих сонячних електростанціях, таких як нещодавно відкрита Ivanpah в пустелі Мохав. На думку ще нікому не відомої компанії Halotechnics з Каліфорнії, ця методика настільки перспективна, що її застосування можна поширити на всю енергетику, особливо поновлювану, звичайно, де питання зберігання надлишків при дефіциті енергії є ключовою проблемою.

Представники компанії стверджують, що зберігати енергію вдвічі дешевше, ніж батарейки, різні види великих акумуляторів. За вартістю він може конкурувати з гідроакумулюючими системами, які, як відомо, можна використовувати лише за сприятливих польових умов. Проте ця технологія має свої недоліки.

Наприклад, лише 70 відсотків енергії, накопиченої в розплавлених солях, можна повторно використовувати як електрику (90 відсотків у батареях). Компанія Halotechnics зараз працює над ефективністю цих систем, використовуючи, зокрема, теплові насоси та різні сольові суміші.

10. Резервуари для розплавленої солі для зберігання енергії

Демонстраційна установка була введена в експлуатацію у лабораторіях Sandia National в Арбукерку, штат Нью-Мексико, США. сховище енергії за допомогою розплавленої солі. Він спеціально розроблений для роботи з технологією CLFR, в якій використовуються дзеркала, що акумулюють сонячну енергію для нагрівання рідини, що розпилюється.

Це розплавлена ​​сіль у резервуарі. Система забирає сіль холодного бака (290°С), використовує тепло дзеркал і нагріває рідину до температури 550°С, після чого передає її в наступний бак (10). При необхідності високотемпературний розплав солі проходить через теплообмінник для вироблення пари для електроенергії.

Нарешті, розплавлена ​​сіль повертається в холодний резервуар і процес повторюється в замкненому циклі. Як показали порівняльні дослідження, використання розплавленої солі як робочої рідини дозволяє працювати при високих температурах, знижує кількість солі, необхідної для зберігання, та усуває необхідність у двох комплектах теплообмінників у системі, що знижує вартість системи та її складності.

Рішення, яке забезпечує сховище енергії у менших масштабах можливе встановлення парафінової батареї із сонячними колекторами на даху. Це технологія, розроблена в Іспанському університеті Країни Басків (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Він призначений для використання середнім домогосподарством. Основна частина пристрою виготовлена ​​з алюмінієвих пластин, занурених у парафін. Вода використовується як середовище передачі енергії, а не середовище зберігання. Це завдання належить парафіну, який забирає тепло нагрівання алюмінієвих панелей і плавиться за температури 60°С.

У цьому винаході електрична енергія вивільняється за рахунок охолодження парафіну, який тепло віддає тонким панелям. Вчені працюють над подальшим підвищенням ефективності процесу, замінюючи парафін іншим матеріалом, наприклад жирною кислотою.

Енергія виробляється у процесі фазового переходу. Установка може мати різну форму відповідно до будівельних вимог будівель. Можна навіть побудувати так звані підвісні стелі.

Нові ідеї, нові шляхи

Вуличні ліхтарі, розроблені голландською компанією Kaal Masten, можна встановлювати будь-де, навіть у неелектрифікованих районах. Їм не потрібна електрична мережа для роботи. Вони світяться лише завдяки сонячним батареям.

Стовпи цих маяків покриті панелями сонячних батарей. Конструктор стверджує, що за день вони можуть нагромадити стільки енергії, що потім світяться всю ніч. Навіть похмура погода не вимкне їх. Сюди входить значний набір батарейок енергоощадні лампи СВІТЛОДІОД.

Spirit (11), як була названа ця модель ліхтаря, потребує заміни кожні кілька років. Цікаво, що з екологічного погляду ці акумулятори прості у використанні.

Тим часом в Ізраїлі садять сонячні дерева. У цьому не було б нічого екстраординарного, якби не той факт, що замість листя в цих посадках встановлені сонячні батареї, що одержують енергію, яка потім використовується для заряджання мобільних пристроїв, охолодження води та трансляції сигналу Wi-Fi.

Конструкція, названа eTree (12), складається з металевого «ствола», який розгалужується, а на гілках сонячні панелі. Отримана з їх допомогою енергія зберігається на місці і може бути переведена на акумулятори смартфонів або планшетів через USB-порт.

12. Дерево електронного дерева

Він також використовуватиметься для виробництва джерела води для тварин і навіть для людей. Дерева також повинні використовуватися як ліхтарі в нічний час.

Вони можуть бути оснащені інформаційними рідкокристалічними дисплеями. Перші будівлі такого типу з'явилися в парку Ханадів, неподалік міста Зіхрон-Яаків.

Семіпанельна версія виробляє 1,4 кіловат потужності, чого може вистачити для живлення 35 середніх ноутбуків. Тим часом потенціал відновлюваних джерел енергії все ще виявляється у нових місцях, наприклад, там, де річки впадають у море та зливаються із солоною водою.

Група вчених з Массачусетського технологічного інституту (MIT) вирішила вивчити явища зворотного осмосу в середовищах, де змішуються води різного рівня солоності. На межі цих центрів існує різниця тисків. Коли вода проходить через цей кордон, вона пришвидшується, що є джерелом значної енергії.

Вчені з університету, розташованого в Бостоні, не стали далеко ходити за практичною перевіркою цього явища. Вони підрахували, що води цього міста, що впадають у море, можуть генерувати достатньо енергії для задоволення потреб місцевого населення. очисні споруди.