Obnovitelná energie – patří do XNUMX. století

Na webu BP Statistical Review of World Energy lze najít informaci, že do roku 2030 světová spotřeba energie překročí současnou úroveň zhruba o třetinu. Přáním vyspělých zemí je proto uspokojovat rostoucí potřeby pomocí „zelených“ technologií z obnovitelných zdrojů (OZE).

1. Offshore větrná farma

V Polsku by do roku 2020 mělo z takových zdrojů pocházet 19 % energie. V současných podmínkách se nejedná o levnou energii, a tak se rozvíjí především díky finanční podpoře států.

Podle analýzy Institutu obnovitelné energie z roku 2013 náklady na výrobu 1 MWh obnovitelná energie se pohybuje v závislosti na zdroji od 200 do dokonce 1500 zł.

Pro srovnání, velkoobchodní cena 1 MWh elektřiny v roce 2012 byla přibližně 200 PLN. Nejlevnější v těchto studiích bylo získávání energie z vícepalivových spalovacích zařízení, tzn. spoluspalování a skládkový plyn. Nejdražší energie se získává z vody a termálních vod.

Nejznámější a nejviditelnější formy OZE, tedy větrné turbíny (1) a solární panely (2), jsou dražší. Z dlouhodobého hlediska však ceny uhlí a například jaderné energie nevyhnutelně porostou. Různé studie (například studie skupiny RWE z roku 2012) ukazují, že kategorie „konzervativní“ a „národní“, tzn. zdroje energie se z dlouhodobého hlediska prodraží (3).

A tím se obnovitelná energie stane alternativou nejen ekologickou, ale i ekonomickou. Někdy se zapomíná, že i fosilní paliva jsou silně dotována státem a jejich cena zpravidla nezohledňuje negativní dopady, které mají na životní prostředí.

Koktejl sluneční-voda-vítr

V roce 2009 profesoři Mark Jacobson (Stanford University) a Mark Delucchi (University of California, Davis) publikovali článek v Scientific American, v němž tvrdili, že do roku 2030 by mohl celý svět přejít na obnovitelná energie. Na jaře 2013 zopakovali své výpočty pro americký stát New York.

Podle jejich názoru může brzy zcela opustit fosilní paliva. to obnovitelné zdroje můžete získat energii potřebnou pro dopravu, průmysl a obyvatelstvo. Energie bude pocházet z tzv. WWS směsi (vítr, voda, slunce – vítr, voda, slunce).

Až 40 procent energie bude pocházet z pobřežních větrných elektráren, kterých bude potřeba rozmístit téměř třináct tisíc. Na souši bude potřeba více než 4 lidí. turbíny, které poskytnou dalších 10 procent energie. Dalších 10 procent bude pocházet z téměř XNUMX procent solárních farem s technologií koncentrace záření.

Konvenční fotovoltaické instalace si přidají 10 procent. Dalších 18 procent bude pocházet ze solárních instalací – v domácnostech, veřejných budovách a sídlech firem. Chybějící energii doplní geotermální elektrárny, vodní elektrárny, přílivové generátory a všechny další obnovitelné zdroje energie.

Vědci to vypočítali pomocí systému založeného na obnovitelná energie poptávka po energii – díky větší účinnosti takového systému – celostátně klesne asi o 37 procent a ceny energií se stabilizují.

Více pracovních míst vznikne, než zanikne, protože veškerá energie se bude vyrábět ve státě. Navíc se odhaduje, že každý rok zemře kvůli sníženému znečištění ovzduší asi 4 lidí. méně lidí a náklady na znečištění klesnou o 33 miliard dolarů ročně.

3. Ceny energií do roku 2050 - studie RWE

To znamená, že celá investice se vrátí zhruba za 17 let. Je možné, že by to bylo rychlejší, protože stát by mohl část energie prodat. Sdílejí představitelé státu New York optimismus těchto výpočtů? Myslím, že trochu ano a trochu ne.

Koneckonců „nepustí“ vše, aby se návrh stal skutečností, ale samozřejmě investují do výrobních technologií Obnovitelná energie. Bývalý starosta New Yorku Michael Bloomberg před pár měsíci oznámil, že největší skládka na světě, Freshkills Park na Staten Island, bude přeměněna na jednu z největších solárních elektráren na světě.

Tam, kde se newyorský odpad rozloží, vznikne 10 megawattů energie. Zbytek území Freshkills, tedy téměř 600 hektarů, se promění v zelené plochy parkového charakteru.

Kde jsou obnovitelná pravidla

Mnoho zemí je již na dobré cestě k zelené budoucnosti. Skandinávské země dlouhodobě překračují 50% hranici pro získávání energie z obnovitelné zdroje. Podle údajů zveřejněných na podzim roku 2014 mezinárodní ekologickou organizací WWF Skotsko již nyní vyrábí více energie z větrných mlýnů, než potřebují všechny skotské domácnosti.

Tato čísla ukazují, že v říjnu 2014 vyrobily skotské větrné turbíny elektřinu rovnající se 126 procentům potřeb místních domácností. Celkově 40 procent energie vyrobené v tomto regionu pochází z obnovitelných zdrojů.

Ze obnovitelné zdroje více než polovina španělské energie pochází. Polovina z této poloviny pochází z vodních zdrojů. Pětina veškeré španělské energie pochází z větrných elektráren. V mexickém městě La Paz zase solární elektrárna Aura Solar I s výkonem 39 MW.

Kromě toho se dokončuje instalace druhé 30 MW farmy Groupotec I, díky které může být město brzy plně zásobeno energií z obnovitelných zdrojů. Příkladem země, která v průběhu let důsledně uplatňovala politiku zvyšování podílu energie z obnovitelných zdrojů, je Německo.

Podle Agora Energiewende tvořily v roce 2014 obnovitelné energie 25,8 % dodávek v této zemi. Do roku 2020 by mělo Německo z těchto zdrojů dostávat více než 40 procent. Energetická transformace Německa není jen o opuštění jaderné a uhelné energetiky ve prospěch obnovitelná energie v energetickém sektoru.

Nelze zapomínat, že Německo je lídrem i ve vytváření řešení pro „pasivní domy“, které se z velké části obejdou bez topných systémů. „Náš cíl, aby do roku 2050 pocházelo 80 procent německé elektřiny z obnovitelných zdrojů, zůstává zachován,“ uvedla nedávno německá kancléřka Angela Merkelová.

Nové solární panely

V laboratořích se neustále bojuje o zlepšení účinnosti. obnovitelné zdroje energie – například fotovoltaické články. Solární články, které přeměňují světelnou energii naší hvězdy na elektřinu, se blíží 50procentnímu rekordu účinnosti.

4. Grafen na pěně pro konverzi solární energie na páru s MIT

Systémy na trhu však dnes vykazují účinnost maximálně 20 procent. Nejmodernější fotovoltaické panely, které se tak efektivně přeměňují energie slunečního spektra - od infračerveného, ​​přes viditelnou oblast, až po ultrafialové - neskládají se vlastně z jedné, ale čtyř buněk.

Polovodičové vrstvy jsou na sebe navrstveny. Každý z nich je zodpovědný za získání jiného rozsahu vln ze spektra. Tato technologie má zkratku CPV (koncentrátorová fotovoltaika) a již dříve byla testována ve vesmíru.

Loni například inženýři z Massachusettského technologického institutu (MIT) vytvořili materiál sestávající z grafitových vloček umístěných na uhlíkové pěně (4). Po umístění do vody a nasměrované na ni slunečními paprsky tvoří vodní páru, která na ni přeměňuje až 85 procent veškeré energie slunečního záření.

Nový materiál působí velmi jednoduše - porézní grafit ve své horní části dokáže dokonale absorbovat a ukládat solární energiia na dně je uhlíková vrstva, částečně vyplněná vzduchovými bublinami (aby materiál mohl plavat na vodě), bránící tepelné energii unikat do vody.

5. Fotovoltaické antény v poli slunečnic

Předchozí parní solární řešení musela koncentrovat sluneční paprsky dokonce tisíckrát, aby fungovala.

Nové řešení MIT vyžaduje pouze desetinásobnou koncentraci, takže celé nastavení je relativně levné.

Nebo možná zkusit spojit satelitní parabolu se slunečnicí v jedné technologii? Inženýři z Airlight Energy, švýcarské společnosti se sídlem v Biasca, chtějí dokázat, že je to možné.

Vyvinuli 5metrové desky vybavené solárními komplexy, které připomínají satelitní televizní antény nebo radioteleskopy a sledují sluneční paprsky jako slunečnice (XNUMX).

Mají to být speciální kolektory energie, dodávající fotovoltaickým článkům nejen elektřinu, ale také teplo, čistou vodu a po použití tepelného čerpadla dokonce napájející ledničku.

Zrcadla rozptýlená po jejich povrchu propouštějí dopadající sluneční záření a zaostřují ho na panely, a to dokonce až 2x. Každý ze šesti pracovních panelů je vybaven 25 fotovoltaickými čipy chlazenými vodou protékající mikrokanály.

Díky koncentraci energie pracují fotovoltaické moduly čtyřikrát efektivněji. Když je jednotka vybavena zařízením na odsolování mořské vody, využívá horkou vodu k výrobě 2500 XNUMX litrů sladké vody denně.

V odlehlých oblastech může být místo odsolovacích zařízení instalováno zařízení na filtraci vody. Celá konstrukce květinové antény o délce 10 m se dá složit a snadno přepravit malým nákladním autem. Nový nápad pro využití solární energie v méně rozvinutých oblastech je to Solarkiosk (6).

Tento typ jednotky je vybaven Wi-Fi routerem a dokáže nabíjet více než 200 mobilních telefonů denně nebo napájet mini ledničku, ve které lze uchovávat například základní léky. Takových kiosků již byly spuštěny desítky. Působili především v Etiopii, Botswaně a Keni.

7. Projekt mrakodrapu Pertamina

Energetická architektura

99patrový mrakodrap Pertamina (7), který se plánuje postavit v Jakartě, hlavním městě Indonésie, má vyrobit tolik energie, kolik spotřebuje. Jde o první budovu své velikosti na světě. Architektura budovy úzce souvisela s umístěním – propouští jen nezbytné sluneční záření a umožňuje tak ušetřit zbytek sluneční energie.

8. Zelená zeď v Barceloně

Zkrácená věž funguje jako tunel k použití větrná energie. Na každé straně objektu jsou instalovány fotovoltaické panely, což umožňuje výrobu energie po celý den, v kteroukoli roční dobu.

Budova bude mít integrovanou geotermální elektrárnu, která doplní solární a větrnou energii.

Němečtí vědci z univerzity v Jeně mezitím připravili projekt „chytrých fasád“ budov. Propustnost světla lze nastavit stisknutím tlačítka. Nejen, že jsou vybaveny fotovoltaickými články, ale také pro pěstování řas pro výrobu biopaliv.

Projekt Large Area Hydraulic Windows (LaWin) je podporován z evropských fondů v rámci programu Horizont 2020. Zázrak moderní zelené technologie klíčící na fasádě divadla Raval v Barceloně nemá s výše uvedeným konceptem mnoho společného (8).

Vertikální zahrada navržená Urbanarbolismo je zcela soběstačná. Rostliny jsou zavlažovány zavlažovacím systémem, jehož čerpadla jsou poháněna generovanou energií fotovoltaické panely integruje se systémem.

Voda zase pochází ze srážek. Dešťová voda stéká okapy do akumulační nádrže, odkud je následně čerpána čerpadly na solární pohon. Neexistuje žádné externí napájení.

Inteligentní systém zalévá rostliny podle jejich potřeb. Stále více struktur tohoto typu se objevuje ve velkém měřítku. Příkladem je Solar Powered National Stadium v ​​Kaohsiung na Tchaj-wanu (9).

Navrhl jej japonský architekt Toyo Ito a uvedl do provozu již v roce 2009, je pokrytý 8844 1,14 fotovoltaickými články a dokáže vyrobit až 80 gigawatthodiny energie ročně, čímž pokryje XNUMX procent potřeby oblasti.

9. Solární stadion na Tchaj-wanu

Získají roztavené soli energii?

Úschovna energie ve formě roztavené soli není znám. Tato technologie se používá ve velkých solárních elektrárnách, jako je nedávno otevřená Ivanpah v Mohavské poušti. Podle zatím neznámé společnosti Halotechnics z Kalifornie je tato technika natolik perspektivní, že její aplikaci lze rozšířit na celý energetický sektor, samozřejmě zejména na obnovitelné, kde je otázka skladování přebytků při nedostatku energie klíčovým problémem.

Zástupci společnosti říkají, že skladování energie tímto způsobem je poloviční oproti bateriím, různých typů velkých baterií. Z hlediska nákladů může konkurovat přečerpávacím systémům, které, jak víte, lze použít pouze za příznivých polních podmínek. Tato technologie má však své nevýhody.

Například pouze 70 procent energie uložené v roztavených solích lze znovu použít jako elektřinu (90 procent v bateriích). Halotechnics v současné době pracuje na účinnosti těchto systémů, včetně využití tepelných čerpadel a různých solných směsí.

10. Nádrže na roztavenou sůl pro skladování energie

Demonstrační závod byl uveden do provozu v Sandia National Laboratories v Arbuquerque, Nové Mexiko, USA. zásobárna energie s roztavenou solí. Je speciálně navržen pro práci s technologií CLFR, která využívá zrcadla, která ukládají sluneční energii k ohřevu postřikové kapaliny.

Je to roztavená sůl v nádrži. Systém odebírá sůl ze studené nádrže (290°C), využívá teplo zrcadel a ohřívá kapalinu na teplotu 550°C, poté ji přenese do další nádrže (10). V případě potřeby prochází vysokoteplotní roztavená sůl přes tepelný výměník, aby se vytvořila pára pro výrobu energie.

Nakonec se roztavená sůl vrátí do studené nádrže a proces se opakuje v uzavřené smyčce. Srovnávací studie ukázaly, že použití roztavené soli jako pracovní tekutiny umožňuje provoz při vysokých teplotách, snižuje množství soli potřebné pro skladování a eliminuje potřebu dvou sad výměníků tepla v systému, což snižuje náklady a složitost systému.

Řešení, které poskytuje zásobárna energie v menším měřítku je možné na střechu instalovat parafínovou baterii se solárními kolektory. Jedná se o technologii vyvinutou na španělské univerzitě v Baskicku (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Je určen pro použití v běžné domácnosti. Hlavní tělo přístroje je vyrobeno z hliníkových plátů ponořených v parafínu. Voda se používá jako médium pro přenos energie, nikoli jako akumulační médium. Tento úkol patří parafínu, který odebírá teplo z hliníkových panelů a taví se při teplotě 60°C.

V tomto vynálezu se elektrická energie uvolňuje chlazením vosku, který uvolňuje teplo tenkým panelům. Vědci pracují na dalším zlepšení účinnosti procesu nahrazením parafínu jiným materiálem, jako je mastná kyselina.

Energie se vyrábí v procesu fázového přechodu. Instalace může mít různý tvar v souladu s konstrukčními požadavky budov. Můžete dokonce postavit takzvané podhledy.

Nové nápady, nové způsoby

Pouliční osvětlení vyvinuté nizozemskou společností Kaal Masten lze instalovat kdekoli, dokonce i v neelektrifikovaných oblastech. Ke svému provozu nepotřebují elektrickou síť. Svítí jen díky solárním panelům.

Sloupy těchto majáků jsou pokryty solárními panely. Designér tvrdí, že přes den dokážou naakumulovat tolik energie, že pak svítí celou noc. Ani zatažené počasí je nevypne. Obsahuje působivou sadu baterií úsporné zářivky SVĚTELNÁ DIODA.

Duch (11), jak byla tato baterka pojmenována, je třeba každých pár let vyměnit. Zajímavé je, že z hlediska životního prostředí se s těmito bateriemi snadno manipuluje.

Mezitím se v Izraeli vysazují solární stromy. Na tom by nebylo nic mimořádného, ​​nebýt toho, že místo listí jsou v těchto výsadbách instalovány solární panely, které přijímají energii, která je následně využívána k nabíjení mobilních zařízení, chlazení vody a vysílání signálu Wi-Fi.

Design, nazvaný eStrom (12), se skládá z kovového „kufru“, který se rozvětvuje a na větvích solární panely. Energie přijatá s jejich pomocí se lokálně ukládá a lze ji přes USB port „přenést“ do baterií chytrých telefonů nebo tabletů.

12. Elektronický stromový strom

Poslouží také k výrobě vodního zdroje pro zvířata a dokonce i pro lidi. Stromy by měly být také používány jako lucerny v noci.

Mohou být vybaveny informačními displeji z tekutých krystalů. První budovy tohoto typu se objevily v parku Khanadiv poblíž města Zikhron Yaakov.

Sedmipanelová verze generuje 1,4 kilowattu energie, která dokáže napájet 35 průměrných notebooků. Mezitím se stále objevuje potenciál obnovitelné energie na nových místech, například tam, kde se řeky vlévají do moře a spojují se se slanou vodou.

Skupina vědců z Massachusettského technologického institutu (MIT) se rozhodla studovat jevy reverzní osmózy v prostředích, ve kterých se mísí vody různé úrovně slanosti. Na hranici těchto center je tlakový rozdíl. Voda se při průchodu touto hranicí zrychluje, což je zdrojem významné energie.

Vědci z univerzity sídlící v Bostonu nešli pro praktické ověření tohoto jevu daleko. Spočítali, že vody tohoto města, tekoucí do moře, by mohly generovat dostatek energie k uspokojení potřeb místního obyvatelstva. léčebná zařízení.