Năng lượng tái tạo - thuộc thế kỷ XNUMX

Trên trang web BP Statistical Review of World Energy, bạn có thể tìm thấy thông tin rằng vào năm 2030, mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới sẽ vượt quá mức hiện tại khoảng một phần ba. Vì vậy, mong muốn của các nước phát triển là đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng với sự trợ giúp của các công nghệ “xanh” từ các nguồn tái tạo (RES).

1. Trang trại gió ngoài khơi

Ở Ba Lan, vào năm 2020, 19% năng lượng sẽ đến từ các nguồn như vậy. Trong điều kiện hiện nay, đây không phải là loại năng lượng rẻ nên phát triển chủ yếu nhờ sự hỗ trợ tài chính của các bang.

Theo phân tích năm 2013 của Viện Năng lượng tái tạo, chi phí sản xuất 1 MWh năng lượng tái tạo khác nhau, tùy thuộc vào nguồn, từ 200 đến thậm chí 1500 zł.

Để so sánh, giá bán buôn của 1 MWh điện vào năm 2012 là khoảng 200 PLN. Chi phí rẻ nhất trong các nghiên cứu này là thu được năng lượng từ các nhà máy đốt đa nhiên liệu, tức là đồng đốt và khí bãi chôn lấp. Năng lượng đắt tiền nhất được lấy từ nước và nước nhiệt.

Các dạng RES nổi tiếng và dễ nhìn thấy nhất, tức là tuabin gió (1) và tấm pin mặt trời (2), đắt hơn. Tuy nhiên, về lâu dài, giá than, ví dụ như năng lượng hạt nhân chắc chắn sẽ tăng. Nhiều nghiên cứu khác nhau (ví dụ, một nghiên cứu của nhóm RWE vào năm 2012) cho thấy rằng các danh mục "bảo thủ" và "quốc gia", tức là nguồn năng lượng về lâu dài sẽ trở nên đắt hơn (3).

Và điều này sẽ làm cho năng lượng tái tạo trở thành một giải pháp thay thế không chỉ về môi trường mà còn về mặt kinh tế. Đôi khi người ta quên rằng nhiên liệu hóa thạch cũng được nhà nước trợ cấp rất nhiều và giá của chúng, theo quy luật, không tính đến tác động tiêu cực mà chúng gây ra đối với môi trường.

Cocktail gió mặt trời

Năm 2009, Giáo sư Mark Jacobson (Đại học Stanford) và Mark DeLucchi (Đại học California, Davis) đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Scientific American lập luận rằng vào năm 2030, cả thế giới có thể chuyển sang năng lượng tái tạo. Vào mùa xuân năm 2013, họ lặp lại các tính toán của mình cho bang New York của Hoa Kỳ.

Theo ý kiến ​​của họ, nó có thể sớm từ bỏ hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch. nó nguồn tái tạo bạn có thể nhận được năng lượng cần thiết cho giao thông, công nghiệp và dân số. Năng lượng sẽ đến từ cái gọi là hỗn hợp WWS (gió, nước, mặt trời - gió, nước, mặt trời).

Khoảng 40% năng lượng sẽ đến từ các trang trại gió ngoài khơi, trong đó gần 4 nghìn sẽ cần được triển khai. Trên cạn, sẽ cần nhiều hơn 10 người. tuabin sẽ cung cấp thêm 10% năng lượng. XNUMX% tiếp theo sẽ đến từ gần XNUMX% các trang trại năng lượng mặt trời với công nghệ tập trung bức xạ.

Việc lắp đặt quang điện thông thường sẽ cộng thêm 10 phần trăm cho nhau. 18% khác sẽ đến từ việc lắp đặt năng lượng mặt trời - trong nhà, các tòa nhà công cộng và trụ sở công ty. Năng lượng bị thiếu sẽ được bổ sung bằng các nhà máy địa nhiệt, nhà máy thủy điện, máy phát thủy triều và tất cả các nguồn năng lượng tái tạo khác.

Các nhà khoa học đã tính toán rằng thông qua việc sử dụng một hệ thống dựa trên năng lượng tái tạo nhu cầu về năng lượng - do hiệu quả cao hơn của hệ thống như vậy - sẽ giảm khoảng 37% trên toàn tiểu bang, và giá năng lượng sẽ ổn định.

Nhiều việc làm sẽ được tạo ra hơn là mất đi vì tất cả năng lượng sẽ được sản xuất trong tiểu bang. Ngoài ra, người ta ước tính rằng khoảng 4 người sẽ chết hàng năm do giảm ô nhiễm không khí. ít người hơn, và chi phí ô nhiễm sẽ giảm 33 tỷ đô la mỗi năm.

3. Giá năng lượng đến năm 2050 - Nghiên cứu của RWE

Điều này có nghĩa là toàn bộ khoản đầu tư sẽ hoàn vốn trong khoảng 17 năm. Có thể là sẽ nhanh hơn, vì nhà nước có thể bán một phần năng lượng. Các quan chức bang New York có chia sẻ sự lạc quan của những tính toán này không? Tôi nghĩ một chút có và một chút không.

Rốt cuộc, họ không “bỏ” mọi thứ để biến đề xuất thành hiện thực, mà tất nhiên, họ đầu tư vào công nghệ sản xuất Năng lượng tái tạo. Cách đây vài tháng, cựu Thị trưởng thành phố New York Michael Bloomberg đã thông báo rằng bãi rác lớn nhất thế giới, Công viên Freshkills trên Đảo Staten, sẽ được chuyển đổi thành một trong những nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới.

Nơi chất thải của New York bị phân hủy, năng lượng 10 megawatt sẽ được tạo ra. Phần còn lại của lãnh thổ Freshkills, hoặc gần 600 ha, sẽ được biến thành các khu vực xanh của một công viên.

Các quy tắc tái tạo ở đâu

Nhiều quốc gia đang trên đường hướng tới một tương lai xanh hơn. Các nước Scandinavia từ lâu đã vượt quá ngưỡng 50% để thu được năng lượng từ nguồn tái tạo. Theo dữ liệu được tổ chức môi trường quốc tế WWF công bố vào mùa thu năm 2014, Scotland đã sản xuất nhiều năng lượng từ cối xay gió hơn tất cả những gì các hộ gia đình Scotland cần.

Những con số này cho thấy vào tháng 2014 năm 126, các tuabin gió ở Scotland đã sản xuất điện bằng 40% nhu cầu của các hộ gia đình địa phương. Nhìn chung, XNUMX% năng lượng được sản xuất trong khu vực này đến từ các nguồn tái tạo.

Ze nguồn tái tạo hơn một nửa năng lượng của Tây Ban Nha đến từ. Một nửa trong số đó đến từ các nguồn nước. 39/XNUMX tổng số năng lượng của Tây Ban Nha đến từ các trang trại gió. Đến lượt mình tại thành phố La Paz của Mexico có nhà máy điện mặt trời Aura Solar I công suất XNUMX MW.

Ngoài ra, việc lắp đặt trang trại Groupotec I 30 MW thứ hai sắp hoàn thành, nhờ đó thành phố có thể sớm được cung cấp đầy đủ năng lượng từ các nguồn tái tạo. Một ví dụ về một quốc gia đã thực hiện nhất quán chính sách tăng tỷ trọng năng lượng từ các nguồn tái tạo trong những năm qua là Đức.

Theo Agora Energiewende, năm 2014 năng lượng tái tạo chiếm 25,8% nguồn cung tại quốc gia này. Đến năm 2020, Đức sẽ nhận được hơn 40% từ các nguồn này. Sự chuyển đổi năng lượng của Đức không chỉ là việc từ bỏ năng lượng hạt nhân và than để chuyển sang năng lượng tái tạo trong lĩnh vực năng lượng.

Không nên quên rằng Đức cũng là nước đi đầu trong việc tạo ra các giải pháp cho "ngôi nhà thụ động", mà phần lớn không có hệ thống sưởi ấm. “Mục tiêu của chúng tôi là có 2050% điện năng của Đức đến từ các nguồn tái tạo vào năm 80 vẫn được duy trì”, Thủ tướng Đức Angela Merkel gần đây cho biết.

Tấm pin mặt trời mới

Trong các phòng thí nghiệm, có một cuộc đấu tranh không ngừng để nâng cao hiệu quả. Năng lượng tái sinh – ví dụ, tế bào quang điện. Các tế bào năng lượng mặt trời, chuyển đổi năng lượng ánh sáng của ngôi sao của chúng ta thành điện năng, đang đạt kỷ lục về hiệu suất 50%.

4. Graphene trên bọt để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hơi nước với MIT

Tuy nhiên, các hệ thống trên thị trường hiện nay cho thấy hiệu suất không quá 20%. Các tấm quang điện hiện đại chuyển đổi rất hiệu quả quang phổ năng lượng mặt trời - từ tia hồng ngoại, qua vùng khả kiến, đến tia cực tím - chúng thực sự không chỉ bao gồm một mà là bốn ô.

Các lớp bán dẫn được xếp chồng lên nhau. Mỗi người trong số họ chịu trách nhiệm thu được một dải sóng khác nhau từ quang phổ. Công nghệ này được viết tắt là CPV (quang điện bộ tập trung) và trước đây đã được thử nghiệm trong không gian.

Ví dụ, năm ngoái, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tạo ra một vật liệu bao gồm các mảnh than chì đặt trên bọt carbon (4). Được đặt trong nước và bị tia nắng mặt trời chiếu thẳng vào nó, nó tạo thành hơi nước, chuyển hóa tới 85% năng lượng bức xạ mặt trời thành nó.

Vật liệu mới hoạt động rất đơn giản - graphite xốp ở phần trên của nó có thể hấp thụ hoàn hảo và tích trữ năng lượng mặt trờivà ở dưới cùng có một lớp cacbon, một phần chứa đầy bọt khí (để vật liệu có thể nổi trên mặt nước), ngăn nhiệt năng thoát vào nước.

5. Ăng-ten quang điện trong cánh đồng hoa hướng dương

Các giải pháp năng lượng mặt trời hơi nước trước đây phải tập trung tia nắng mặt trời thậm chí hàng nghìn lần để hoạt động.

Giải pháp mới của MIT chỉ yêu cầu nồng độ cao gấp mười lần, làm cho toàn bộ thiết lập tương đối rẻ.

Hoặc có thể thử kết hợp một đĩa vệ tinh với một hướng dương trong một công nghệ? Các kỹ sư tại Airlight Energy, một công ty Thụy Sĩ có trụ sở tại Biasca, muốn chứng minh điều đó là khả thi.

Họ đã phát triển các tấm 5 mét được trang bị các tổ hợp mảng năng lượng mặt trời giống với ăng-ten truyền hình vệ tinh hoặc kính viễn vọng vô tuyến và theo dõi tia nắng mặt trời giống như hoa hướng dương (XNUMX).

Chúng được cho là những bộ thu năng lượng đặc biệt, không chỉ cung cấp điện cho các tế bào quang điện mà còn cung cấp nhiệt, nước sạch và thậm chí, sau khi sử dụng máy bơm nhiệt, cung cấp năng lượng cho tủ lạnh.

Các tấm gương rải rác trên bề mặt của chúng truyền bức xạ mặt trời tới và tập trung nó vào các tấm, thậm chí lên đến 2 lần. Mỗi tấm trong số sáu tấm làm việc được trang bị 25 chip quang điện được làm mát bằng nước chảy qua các vi kênh.

Nhờ sự tập trung năng lượng, các môđun quang điện hoạt động hiệu quả hơn gấp 2500 lần. Khi được trang bị nhà máy khử mặn nước biển, đơn vị sử dụng nước nóng để sản xuất XNUMX lít nước ngọt mỗi ngày.

Ở những vùng sâu vùng xa, thiết bị lọc nước có thể được lắp đặt thay cho các nhà máy khử muối. Toàn bộ cấu trúc anten hoa 10m có thể gấp gọn và dễ dàng vận chuyển bằng xe tải nhỏ. Ý tưởng mới cho sử dụng năng lượng mặt trời ở những khu vực kém phát triển hơn đó là Solarkiosk (6).

Loại thiết bị này được trang bị bộ định tuyến Wi-Fi và có thể sạc hơn 200 điện thoại di động mỗi ngày hoặc cung cấp năng lượng cho tủ lạnh mini, chẳng hạn như có thể lưu trữ các loại thuốc thiết yếu. Hàng chục ki-ốt như vậy đã được đưa vào hoạt động. Họ chủ yếu hoạt động ở Ethiopia, Botswana và Kenya.

7. Dự án tòa nhà chọc trời Pertamina

Kiến trúc tràn đầy năng lượng

Tòa nhà chọc trời 99 tầng Pertamina (7), được lên kế hoạch xây dựng ở Jakarta, thủ đô của Indonesia, được cho là sẽ sản sinh ra nhiều năng lượng mà nó tiêu thụ. Đây là tòa nhà đầu tiên có quy mô lớn trên thế giới. Kiến trúc của tòa nhà có liên quan chặt chẽ đến vị trí - nó chỉ cho phép bức xạ mặt trời cần thiết đi vào, cho phép bạn tiết kiệm phần còn lại của năng lượng mặt trời.

8. Bức tường xanh ở Barcelona

Tòa tháp bị cắt ngắn hoạt động như một đường hầm để sử dụng năng lượng gió. Các tấm quang điện được lắp đặt ở mỗi bên của cơ sở, cho phép sản xuất năng lượng suốt cả ngày, vào bất kỳ thời điểm nào trong năm.

Tòa nhà sẽ có một nhà máy điện địa nhiệt tích hợp để bổ sung cho năng lượng mặt trời và năng lượng gió.

Trong khi đó, các nhà nghiên cứu Đức từ Đại học Jena đã chuẩn bị một dự án về "mặt tiền thông minh" của các tòa nhà. Có thể điều chỉnh độ truyền ánh sáng bằng cách nhấn nút. Chúng không chỉ được trang bị tế bào quang điện mà còn để nuôi tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học.

Dự án Cửa sổ thủy lực diện tích lớn (LaWin) được hỗ trợ bởi quỹ châu Âu trong khuôn khổ chương trình Horizon 2020. Phép màu của công nghệ xanh hiện đại mọc lên trên mặt tiền của Nhà hát Raval ở Barcelona không liên quan nhiều đến khái niệm trên (8).

Khu vườn thẳng đứng do Urbanarbolismo thiết kế hoàn toàn khép kín. Cây được tưới bằng hệ thống tưới mà máy bơm chạy bằng năng lượng tạo ra tấm quang điện tích hợp với hệ thống.

Đến lượt mình, nước sinh ra từ sự kết tủa. Nước mưa chảy xuống máng xối vào một bể chứa, từ đó nó được bơm bằng máy bơm chạy bằng năng lượng mặt trời. Không có nguồn điện bên ngoài.

Hệ thống thông minh tưới cây theo nhu cầu của chúng. Ngày càng có nhiều cấu trúc kiểu này xuất hiện trên diện rộng. Một ví dụ là sân vận động quốc gia chạy bằng năng lượng mặt trời ở Cao Hùng, Đài Loan (9).

Được thiết kế bởi kiến ​​trúc sư người Nhật Toyo Ito và đưa vào hoạt động vào năm 2009, nó được bao phủ bởi 8844 tế bào quang điện và có thể tạo ra năng lượng lên tới 1,14 gigawatt giờ mỗi năm, cung cấp 80% nhu cầu của khu vực.

9. Sân vận động năng lượng mặt trời ở Đài Loan

Muối nóng chảy có thu được năng lượng không?

Lưu trữ năng lượng ở dạng muối nóng chảy chưa biết. Công nghệ này được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời lớn như Ivanpah mới mở gần đây ở sa mạc Mojave. Theo công ty Halotechnics đến từ California vẫn chưa được biết đến, kỹ thuật này hứa hẹn đến mức ứng dụng của nó có thể được mở rộng cho toàn bộ ngành năng lượng, đặc biệt là năng lượng tái tạo, tất nhiên, trong đó vấn đề tích trữ thặng dư khi thiếu hụt năng lượng là một vấn đề then chốt.

Công ty tuyên bố rằng việc lưu trữ năng lượng theo cách này có giá bằng một nửa so với pin, các loại pin lớn. Về mặt chi phí, nó có thể cạnh tranh với các hệ thống lưu trữ được bơm, như bạn đã biết, chỉ có thể được sử dụng trong điều kiện hiện trường thuận lợi. Tuy nhiên, công nghệ này có mặt hạn chế của nó.

Ví dụ, chỉ 70 phần trăm năng lượng được lưu trữ trong muối nóng chảy có thể được tái sử dụng thành điện năng (90 phần trăm trong pin). Halotechnics hiện đang nghiên cứu về hiệu quả của các hệ thống này, bao gồm cả việc sử dụng máy bơm nhiệt và các hỗn hợp muối khác nhau.

10. Bể muối nóng chảy để lưu trữ năng lượng

Nhà máy trình diễn đã được đưa vào sử dụng tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở Arbuquerque, New Mexico, Hoa Kỳ. lưu trữ năng lượng với muối nóng chảy. Nó được thiết kế đặc biệt để hoạt động với công nghệ CLFR, sử dụng gương lưu trữ năng lượng mặt trời để làm nóng chất lỏng phun.

Đó là muối nóng chảy trong bể. Hệ thống lấy muối từ bể lạnh (290 ° C), sử dụng nhiệt của gương và làm nóng chất lỏng đến nhiệt độ 550 ° C, sau đó nó chuyển nó sang bể tiếp theo (10). Khi cần, muối nóng chảy ở nhiệt độ cao được đưa qua bộ trao đổi nhiệt để tạo ra hơi nước để sản xuất điện.

Cuối cùng, muối nóng chảy được đưa trở lại bể chứa lạnh và quá trình này được lặp lại theo một vòng khép kín. Các nghiên cứu so sánh đã chỉ ra rằng việc sử dụng muối nóng chảy làm chất lỏng hoạt động cho phép hoạt động ở nhiệt độ cao, giảm lượng muối cần thiết để lưu trữ và loại bỏ nhu cầu về hai bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống, giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống.

Một giải pháp cung cấp lưu trữ năng lượng ở quy mô nhỏ hơn, có thể lắp đặt pin parafin với các bộ thu năng lượng mặt trời trên mái nhà. Đây là công nghệ được phát triển tại Đại học Tây Ban Nha xứ Basque (Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Uniberstitatea).

Nó được thiết kế để sử dụng cho các hộ gia đình trung bình. Thân chính của thiết bị được làm bằng các tấm nhôm nhúng trong parafin. Nước được sử dụng như một phương tiện truyền năng lượng, không phải là một phương tiện lưu trữ. Nhiệm vụ này thuộc về parafin, lấy nhiệt từ các tấm nhôm và nóng chảy ở nhiệt độ 60 ° C.

Trong phát minh này, năng lượng điện được giải phóng bằng cách làm mát sáp, nhiệt này tỏa ra các tấm mỏng. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để cải thiện hơn nữa hiệu quả của quy trình bằng cách thay thế parafin bằng một nguyên liệu khác, chẳng hạn như axit béo.

Năng lượng được tạo ra trong quá trình chuyển pha. Việc lắp đặt có thể có hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu xây dựng của các tòa nhà. Bạn thậm chí có thể xây dựng cái gọi là trần giả.

Ý tưởng mới, cách thức mới

Đèn đường do công ty Kaal Masten của Hà Lan phát triển, có thể được lắp đặt ở mọi nơi, ngay cả ở những khu vực không có điện. Họ không cần một mạng lưới điện để hoạt động. Chúng chỉ phát sáng nhờ các tấm pin mặt trời.

Các trụ của những ngọn hải đăng này được bao phủ bởi các tấm pin mặt trời. Nhà thiết kế tuyên bố rằng vào ban ngày, chúng có thể tích tụ nhiều năng lượng đến nỗi chúng phát sáng suốt đêm. Ngay cả thời tiết nhiều mây cũng không thể tắt chúng. Bao gồm một bộ pin ấn tượng đèn tiết kiệm năng lượng CHẾ ĐỘ XÚC XÍCH ÁNH SÁNG.

Spirit (11), như chiếc đèn pin này đã được đặt tên, cần được thay thế vài năm một lần. Điều thú vị là từ quan điểm môi trường, những viên pin này rất dễ sử dụng.

Trong khi đó, cây năng lượng mặt trời đang được trồng ở Israel. Sẽ chẳng có gì bất thường nếu không có thực tế là thay vì lá cây, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trong những khu trồng cây này, nơi nhận năng lượng, sau đó được sử dụng để sạc các thiết bị di động, làm mát nước và phát tín hiệu Wi-Fi.

Thiết kế, được gọi là eTree (12), bao gồm một "thân cây" bằng kim loại phân nhánh ra và trên các nhánh Tấm năng lượng mặt trời. Năng lượng nhận được với sự trợ giúp của họ được lưu trữ cục bộ và có thể được "chuyển" sang pin của điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng thông qua cổng USB.

12. Cây điện tử

Nó cũng sẽ được sử dụng để sản xuất nguồn nước cho động vật và thậm chí cả con người. Cây cũng nên được dùng làm đèn lồng vào ban đêm.

Chúng có thể được trang bị màn hình tinh thể lỏng thông tin. Những tòa nhà đầu tiên kiểu này xuất hiện ở Công viên Khanadiv, gần thành phố Zikhron Yaakov.

Phiên bản bảy bảng điều khiển tạo ra công suất 1,4 kilowatt, có thể cung cấp năng lượng cho 35 máy tính xách tay trung bình. Trong khi đó, tiềm năng về năng lượng tái tạo vẫn đang được khám phá ở những nơi mới, chẳng hạn như nơi các con sông đổ ra biển và hòa vào nước mặn.

Một nhóm các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã quyết định nghiên cứu hiện tượng thẩm thấu ngược trong môi trường hỗn hợp nước có độ mặn khác nhau. Có một sự chênh lệch áp suất tại ranh giới của các trung tâm này. Khi nước đi qua ranh giới này, nó sẽ tăng tốc, đây là một nguồn năng lượng đáng kể.

Các nhà khoa học từ Đại học Boston đã không đi xa để kiểm tra hiện tượng này trong thực tế. Họ tính toán rằng nước của thành phố này, đổ ra biển, có thể tạo ra đủ năng lượng để đáp ứng nhu cầu của người dân địa phương. cơ sở điều trị.