5 najważniejszych odnawialnych zasobów naturalnych

Niektóre z najważniejszych odnawialnych zasobów naturalnych energii to: 1. Bioenergia 2. Energia geotermalna 3. Energia hydroelektryczna 4. Aktywny system ogrzewania słonecznego 5. Energia wiatrowa.

1. Bioenergia:

Bioenergia wykorzystuje odnawialne zasoby biomasy do produkcji szeregu produktów związanych z energią, w tym elektryczności, płynnych paliw stałych i gazowych, ciepła, chemikaliów i innych materiałów. Bioenergia stanowi około trzech procent produkcji energii pierwotnej.

Pochodzi z biomasy, tj. Z każdej dostępnej na roślinę materii organicznej dostępnej w sposób odnawialny, w tym dedykowanych roślin energetycznych i drzew, upraw rolnych i paszy, odpadów i resztek roślin uprawnych, odpadów drzewnych i pozostałości, roślin wodnych, odpadów zwierzęcych, odpadów komunalnych i inne odpady.

Rodzaje bioenergii i biopaliw:

Paliwa płynne, w tym etanol, metanol, biodiesel i paliwa gazowe, takie jak wodór i metan pochodzące z zapasów paszy biomasy. Biopaliwa to paliwa płynne wytwarzane z estrów, alkoholi, eterów i innych chemikaliów z biomasy. Są to paliwa odnawialne, które można wytwarzać w każdym klimacie, wykorzystując już opracowane praktyki rolnicze. Typowe biopaliwa obejmują: etanol i biodiesel. Etanol wytwarza się ze skrobi lub cukrów, zazwyczaj z ziaren lub kukurydzy. Biodiesel to ester wytwarzany z tłuszczów lub olejów. Celulozowy etanol to przyszłość.

Zalety biopaliw:

1. Ponieważ biopaliwa są odnawialne, można je wykorzystywać w nieskończoność bez wyczerpywania zasobów naturalnych Ziemi

2. Biopaliwa mogą być produkowane w krótkim czasie (na przykład: w jednym sezonie wegetacyjnym), podczas gdy nieodnawialne, takie jak paliwa kopalne, mogą wyprodukować 40 milionów lat lub więcej.

3. Biopaliwa są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, co oznacza, że ​​wyjściowe C0 ₂ netto są równe wejściom netto C0 ₂ . Biopaliwa redukują szkodliwe emisje do atmosfery. Jest odnawialny i nie przyczynia się do globalnego ocieplenia z powodu
zamknięty cykl węglowy.

Węgiel w paliwie został pierwotnie usunięty z powietrza przez rośliny, więc nie ma wzrostu netto poziomu dwutlenku węgla. Zapewnia znaczne zmniejszenie emisji tlenku węgla, niespalonych węglowodorów i emisji cząstek stałych z silników wysokoprężnych.

Większość badań emisji wykazała nieznaczny wzrost tlenków azotu (NOx) przy użyciu biodiesla. Ten wzrost NOx można wyeliminować przy niewielkim dostosowaniu do czasu wtrysku silnika przy jednoczesnym zachowaniu zmniejszania się cząstek stałych. Biodiesel ma doskonałe właściwości smarujące, po dodaniu do zwykłego oleju napędowego w ilości 1-2%, może zamienić paliwo o słabych właściwościach smarujących, takie jak nowoczesne paliwo diesla o ultra-niskiej zawartości siarki, na dopuszczalne paliwo.

4. Biodiesel produkowany jest z różnych zasobów paszowych:

za. Olej sojowy, olej kukurydziany, rzepak (jadalna odmiana nasion gape), olej bawełniany, olej gorczyczny, olej palmowy, olej słonecznikowy, olej lniany, olej jatrofowy, itp.

b. Oleje odpadowe restauracyjne, takie jak oleje do smażenia

do. Tłuszcze zwierzęce, takie jak łój wołowy lub smalec wieprzowy

re. Tłuszcz do zalewania (z restauracji, łapacze tłuszczu), płyny do smarowania (z oczyszczalni ścieków), itp.

5. Biopaliwa wzmacniają gospodarkę poprzez:

za. Zmniejszanie zależności od zagranicznej ropy (zmniejszając tym samym deficyt handlowy)

b. Zachęcanie do wzrostu w sektorze rolnym

do. Energia z bioenergii wytwarzana z biomasy. Oparty na technologii bezpośredniego spalania: spalanie biomasy w celu wytworzenia pary w kotłach. Para jest używana do produkcji energii elektrycznej w generatorach turbin parowych. Większość wyprodukowanej bioenergii pochodzi z drewna odpadowego. Przyszłe technologie bioenergetyczne mogą obejmować współspalanie, gazyfikację (biogaz), pirolizę i fermentację beztlenową.

re. Substancje chemiczne pochodzenia roślinnego i produkty przemysłowe inne niż żywność i pasze, pochodzące z biomasy zasilającej. Przykłady: zielone chemikalia, odnawialne tworzywa sztuczne, naturalne włókna i naturalne materiały konstrukcyjne.

2. Energia geotermalna:

Rozwój alternatywnych źródeł energii wywołany jest zagrożeniami związanymi z wyczerpaniem tradycyjnych zasobów energetycznych, dążeniem do samowystarczalności i dążeniem do znalezienia alternatywnych źródeł energii, które są powszechnie dostępne, wszechstronne, odnawialne i mają ograniczony wpływ na środowisko.

Energia geotermalna to energia ciepła wytwarzana przez naturalne procesy zachodzące w ziemi. Fumarole, gorące źródła i garnki błotne są zjawiskami naturalnymi, które wynikają z aktywności geotermalnej. Ciepło wewnętrzne z ziemi (wytwarzane w wyniku rozpadu naturalnych materiałów radioaktywnych).

Najprawdopodobniej miejsca są blisko granic płyt z aktywnymi wulkanami i wysokim przepływem ciepła, np. Pacyfik, Islandia, Morze Śródziemne. Obiekty do eksploatacji energii geotermalnej są szeroko stosowane we Włoszech, USA, Japonii, Nowej Zelandii, Meksyku, ZSRR.

Tradycyjne wykorzystanie energii geotermalnej: Naturalne uwolnienia energii geotermalnej są wykorzystywane od stuleci w balneologii (uzdrawianie, higiena), usługi domowe, takie jak gotowanie, pranie, (np. Rdzenni nowozelandczycy), wydobycie minerałów, gdzie woda geotermalna może zawierać użyteczne minerały, takie jak kwas borowy, siarka, witriol lub aluminium.

Wykorzystanie energii geotermalnej:

Temperatury na Ziemi różnią się głębokością, jak pokazano na rysunku 3.2. Wewnątrz Ziemi różne obszary mają różne gradienty termiczne, a zatem różne możliwości wykorzystania. Wyższe gradienty termiczne odpowiadają obszarom zawierającym więcej energii geotermalnej. Obszary geotermalne, które mogą być wykorzystywane do operacji na dużą skalę, takich jak wytwarzanie energii, wymagają określonych gradientów termicznych.

Obszary posiadające te gradienty są klasyfikowane jako pola geotermalne i znajdują się tylko w wybranych obszarach kuli ziemskiej. Pola geotermalne to obszary termalne, w których przepuszczalne formacje skalne pod ziemią zawierają płyn roboczy, bez którego obszar ten nie mógłby być eksploatowany na dużą skalę.

za. Pole pół-termiczne - wytwarza wodę o temperaturze do 100 ° C z głębokości odwiertu 1-2 km

b. Mokre pole hiper-termiczne (zdominowane przez wodę) - wytwarza wodę pod ciśnieniem> 100 ° C

do. Suche pole hiper-termiczne (zdominowane przez parę) - wytwarza suchą nasyconą lub lekko przegrzaną parę w P> P _atm

Dzięki wykorzystaniu pól geotermalnych, w szczególności pól hipertermicznych, energia geotermalna może być wykorzystywana na dużą skalę. Pola pół-termiczne zwykle spotykane na obszarach o nienormalnie wysokich gradientach temperatury, Pola hipertermiczne zwykle zlokalizowane na granicach tektonicznych w strefach sejsmicznych. Ciepło wypływa na zewnątrz ze środka w wyniku rozpadu promieniotwórczego.

Skorupa (o grubości około 30 i 60 km), izoluje nas od wewnętrznego ciepła, stałego wewnętrznego rdzenia, po którym następuje ciekły zewnętrzny rdzeń, z płaszczem w stanie półstopniowym, a temperatura u podstawy skorupy wynosi około 1000 ° C, powoli rośnie do rdzenia. Gorące punkty znajdują się 2 do 3 km od powierzchni.

Płyty tektoniczne są w ciągłym ruchu (kilka centymetrów / rok). Kiedy dochodzi do kolizji lub mielenia, może tworzyć góry, wulkany, gejzery i trzęsienia ziemi. W pobliżu skrzyżowań tych płyt, gdzie ciepło geotermalne szybko przemieszcza się z wnętrza? Rozkład głównych zasobów energii geotermalnej przedstawiono na ryc. 3.3.

1. Oddziaływanie na środowisko w przypadku instalacji elektrowni geotermalnych jest o wiele mniejsze niż w przypadku tradycyjnych elektrowni w odniesieniu do oddziaływania na grunt, uderzenia powietrza, oddziaływania na powierzchnię i wodę gruntową, a skutki estetyczne dodatkowo zmniejszają się w systemach, w których ponownie wykorzystuje się geotermalne ścieki i parę wodną w ziemię.

Stopień oddziaływania na środowisko zależy od: rodzaju opracowanego zasobu ciepła, składu chemicznego płynu geotermalnego, składu chemicznego skał podpowierzchniowych, geologii, hydrologii i topografii terenu wraz z technologią wykorzystywaną do produkcji energii i kontroli zanieczyszczeń. Planowanie zarządzania często zmniejsza wpływ zanieczyszczeń poprzez kontrolę emisji i właściwe planowanie.

3. Energia hydroelektryczna:

Energia wodna musi być jedną z najstarszych metod wytwarzania energii. Energię wodną uzyskuje się z wody płynącej. Energia w wodzie może być wykorzystana i wykorzystana w postaci energii napędowej lub różnic temperatur. Najczęstszym zastosowaniem jest zapora, ale można ją wykorzystać bezpośrednio jako siłę mechaniczną lub źródło termiczne / zlew.

Energia hydroelektryczna z potencjalnej energii wzniesień wód, obecnie dostarcza około 775 000 MWe lub 19% światowej energii elektrycznej i wielkich zapór wodnych, jest nadal projektowana. Poza kilkoma krajami, w których jest ich dużo, energia wodna jest zwykle wykorzystywana do zapotrzebowania na szczyt, ponieważ jest tak łatwo zatrzymana i uruchomiona.

Niemniej jednak, energia hydroelektryczna prawdopodobnie nie jest ważną opcją dla przyszłości produkcji energii w rozwiniętych krajach, ponieważ większość głównych obiektów w tych krajach, które mogą w ten sposób wykorzystać grawitację, jest już eksploatowana lub niedostępna z innych powodów, takich jak ochrona środowiska. rozważania.

Małe i średnie lub mikro-hydroenergetyczne źródła energii są w coraz większym stopniu wykorzystywane jako alternatywne źródła energii, zwłaszcza w odległych obszarach, gdzie inne źródła energii nie są opłacalne. Wodne systemy małej mocy mogą być instalowane w małych rzekach lub strumieniach o niewielkim lub żadnym widocznym wpływie środowiskowym na takie rzeczy, jak migracja ryb. Większość małych elektrowni wodnych nie korzysta z zapory lub większego przepływu wody, ale raczej używa kół wodnych o niewielkim wpływie na środowisko.

Woda jest potrzebna do uruchomienia hydroelektrycznego zespołu wytwórczego. Jest trzymany w zbiorniku lub jeziorze za zaporą, a siła wody uwalniana ze zbiornika przez tamy obraca łopaty turbiny. Turbina jest podłączona do generatora, który wytwarza energię elektryczną. Po przejściu przez turbinę, woda powraca do rzeki po dolnej stronie tamy. (Ryc. 3.4).

4. Aktywny system ogrzewania słonecznego:

Aktywne słoneczne systemy grzewcze - podgrzewany płyn jest sztucznie rozprowadzany. Płaski talerz kolektora - płaska metalowa płyta pochłania energię słoneczną. Płyn styka się z płytą i krąży w pożądanym miejscu. Płytka znajduje się w izolowanym pudełku ze szklaną pokrywką (szkło jest nieprzezroczyste dla promieniowania podczerwonego, ale pozwala na 90% promieniowania padającego).

Rodzaje kolektorów:

1. Rury umieszczone między płytami

2. Woda płynie po płytce

3. Czarna gumowa mata z rurkami i płetwami (baseny o niskiej temp.)

4. Wydajność kolektora = 100% x (dostarczona użyteczna energia) / (liczba nasłonecznienia na kolektorze) może wynosić nawet 60-70%

Czynniki wpływające na wydajność:

1. Temperatura wody - ponieważ straty przewodzenia zależą od T, większe T = więcej strat

2. Straty radiacyjne - gorące rzeczy promieniują. Absorbery powłokowe pomagają w absorpcji filmu tlenku miedzi = 0, 9, emisyjność = 0, 15

3. Kąt kolektora - w zależności od zastosowania.

Przechowywanie:

Istnieje kilka różnych typów systemów pamięci masowej, których użycie zależy od miejsca.

Pojemność cieplna objętości = ilość energii potrzebna do podniesienia jednej jednostki objętości materiału, temperatura jednego stopnia = ciepło właściwe x gęstość Ex. żelazo 1/8 pojemności cieplnej wody, ale 8 razy gęstszej Możemy użyć wody pod warstwami skał, szczególnie w systemie powietrza Materiały zmieniające fazę - ciepło wydzielania fuzyjnego, mogą być mniejsze, ale przechowują w określonej temperaturze. Dawny. Sole eutektyczne.

Używa:

1. Ogrzewanie pomieszczeń - grzejniki płytkowe. Ciepło z kolektora pompowane jest do zbiornika magazynowego. Płyn jest następnie wypompowywany, aw razie potrzeby dodawane jest dodatkowe ciepło przed przejściem do listew przypodłogowych

2. Gorąca woda - taka sama jak w przypadku ogrzewania pomieszczeń, z tą różnicą, że woda jest zdecydowanie używana (wymiennik ciepła w zbiorniku).

Focused Collectors:

Focused Collectors - aktywny układ słoneczny, który wykorzystuje zakrzywione lustra, aby skupić światło słoneczne na płynie roboczym. Może osiągnąć temperaturę powyżej 180 F i do 1000 F. Główne zastosowanie to generatory pary (dlaczego potrzebowałbyś 1000 F wody lub powietrza?)

Pasywne kolektory słoneczne:

Pasywny system ogrzewania słonecznego - podgrzany płyn nie jest sztucznie przesyłany. Środki naturalne (konwekcja i przewodzenie) są używane do wykonania całego niezbędnego transportu. Duży zysk z oszczędności. Ten typ systemu wykorzystuje fakt, że ilość energii słonecznej przesyłanej przez szkło w ciągu 24 okresów jest większa niż ilość ciepła traconego przez nie. Wszystkie typy wymagają doskonałej izolacji, kolektorów słonecznych i urządzeń do przechowywania termicznego.

Cztery typowe typy to:

za. Bezpośredni zysk - bezpośrednie nasłonecznienie ogrzewa pomieszczenie. Potrzebuje masy termicznej do magazynowania ciepła (beton, skały itp.). Domy Adobe na południowy zachód

b. Pośrednie wzmocnienie - gromadzenie i magazynowanie energii w jednej części i umożliwienie naturalnej konwekcji przenoszenia energii na inne części. Dawny. Ściana Trombe

do. Przyłączona szklarnia - podobnie jak zysk pośredni. Zapewnia także barierę podczas lata bezpośredniego światła słonecznego w pomieszczeniach mieszkalnych. Również dobre do produkcji żywności

re. Termosyfon - może być stosowany do gorącej wody. Do ogrzewania domu lub jednostki okiennej wykorzystuje się naturalną pływalność do ogrzewania.

Ekonomia:

Aktywne systemy są drogie, mniej pasywne. Droższe do retro-dopasowania niż do wbudowania. W obecnych czasach, bez zachęty do tego (niskie ceny energii, brak dywidendy z energii słonecznej) i ekonomiczny, nikt o tym nie myśli.

Największy nacisk może być większy ze względów środowiskowych:

za. Możliwe oszczędności - 25% zużycia energii idzie na ogrzewanie i chłodzenie

b. Północne stany mają większą potrzebę gorącego powietrza zimą, ale otrzymują mniej nasłonecznienia niż południowe stany

do. Największe zastosowanie w Południowej prawdopodobnie dla ciepłej wody. Ciepła woda użytkowa stanowi 4% zużycia energii.

re. Baterie przechowują wytworzoną moc i rozładowują moc w razie potrzeby.

mi. Bank baterii składa się z jednego lub więcej akumulatorów typu "deep-cycle".

fa. W zależności od prądu i napięcia dla niektórych zastosowań akumulatory są połączone szeregowo i / lub równolegle.

Trzy sposoby konwersji światła słonecznego na energię elektryczną, głównie fotowoltaiczne turbiny wiatrowe i turbiny termiczne (parowe).

Zasady ogniw słonecznych:

Efekt fotoelektryczny - odkryte przez Heinricha Hertza w 1887 r. Objaśnienie Einsteina w 1905 r. Elektrony emitowane są, gdy światło uderza w metal. Łamigłówka polegała na tym, że dla pewnych kolorów światła nie emitowano żadnych elektronów. Wyjaśnienie - Światło ma charakterystykę falową i cząsteczkową. Jeśli myślimy o cząstce, to każdy foton ma energię E = hf. Ponieważ foton jest absorbowany przez metal, jeśli hf jest większy niż energia wiążąca elektronów do metalu, elektrony są uwalniane.

Produkcja ogniw słonecznych:

Większość ogniw słonecznych (PV) składa się z dwóch połączonych ze sobą materiałów półprzewodnikowych. Krzem jest "domieszkowany" fosforem, aby utworzyć kryształ półprzewodnikowy typu n, który jest połączony z krzemem "domieszkowanym" borem (półprzewodnikowy kryształ typu p), aby utworzyć połączenie pn. Stwarza to potencjalną barierę, która "kieruje kierunek" do wyzwolonych elektronów, tj. Wyzwolone elektrony są kierowane w kierunku potencjalnego spadku energii.

Złącza p-n mogą być również utworzone z bezpostaciowego krzemu (bez struktury krystalicznej). Zwisające wiązania (brak struktury krystalicznej) mogą wychwytywać wolne elektrony. Są tanie w produkcji i wydajne w świetle fluorescencyjnym.

Materiały inne niż krzem mogą być używane do tworzenia połączeń pn. Można stosować materiały takie jak arsenek galu, tellurek kadmu i siarczek kadmu. Można osiągnąć wyższą wydajność niż ogniwa fotowoltaiczne na bazie krzemu (cytaty książek w wysokości 40% są niezgodne z długoterminowym użytkowaniem, a najlepsza wydajność to około 20-25%).

5. Energia wiatrowa:

Energia wiatru jest kinetyczną energią wiatru lub ekstrakcją tej energii przez turbiny wiatrowe. W 2004 r. Energia wiatrowa stała się najtańszą formą nowej generacji energii, spadając poniżej kosztów za kilowatogodzinę elektrowni węglowych.

Energia wiatrowa rośnie szybciej niż jakakolwiek inna forma wytwarzania energii elektrycznej, około 37%, w porównaniu z 25% wzrostem w 2002 r. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych koszty energii wiatrowej były około pięć razy wyższe niż w 2005 r., A także w dół. oczekuje się, że trend będzie kontynuowany, ponieważ większe wielomegawatowe turbiny są masowo produkowane.

Szacuje się, że 1 do 3 procent energii ze Słońca jest przekształcane w energię wiatru. Jest to około 50 do 100 razy więcej energii niż to, co jest przetwarzane na biomasę przez wszystkie rośliny na Ziemi w procesie fotosyntezy. Większość tej energii wiatrowej można znaleźć na dużych wysokościach, gdzie ciągłe prędkości wiatru ponad 160 km / h (100 mph) są powszechne. W końcu energia wiatru jest przekształcana poprzez tarcie w rozproszone ciepło na całą powierzchnię i atmosferę Ziemi.

Podczas gdy dokładna kinetyka wiatru jest niezwykle skomplikowana i stosunkowo mało zrozumiała, podstawy jej powstania są stosunkowo proste. Ziemia nie jest ogrzewana równomiernie przez słońce. Nie tylko kijki otrzymują mniej energii ze słońca niż równik, ale suchy ląd nagrzewa się (i ochładza) szybciej niż morze.

Ogrzewanie różnicowe powoduje, że globalny system konwekcji atmosferycznej docierający z powierzchni Ziemi do stratosfery działa jak wirtualny sufit. Zmiana pór roku, zmiana dnia i nocy, efekt Coriolisa wpływa na nierównomierne albedo (odbicie) gleby i wody, wilgotność i tarcie wiatru przez różne tereny to tylko niektóre z wielu czynników, które komplikują przepływ wiatru nad powierzchnią .