10 najlepszych źródeł energii odnawialnej

Odnawialne zasoby to te, które mogą być generowane w sposób ciągły w przyrodzie i są niewyczerpane, np. Drewno, energia słoneczna, energia wiatru, energia pływów, energia wodna, energia biomasy, biopaliwa, energia geotermalna i wodór. Znane są również jako źródła niekonwencjonalne energii i mogą być używane wielokrotnie w nieskończony sposób.

1. Energia słoneczna:

Słońce oferuje idealne źródło energii, nieograniczoną podażą, drogie, co nie zwiększa całkowitego obciążenia cieplnego Ziemi i nie powoduje zanieczyszczeń powietrza i wody. Jest potężną alternatywą dla paliw kopalnych i jądrowych. Energia słoneczna jest tak obfita, ale ze sprawnością zbierania zaledwie 10%.

Dzienne zużycie energii słonecznej wynosi od 5 do 7 kWh / m ² w różnych częściach kraju. Ten ogromny zasób energii słonecznej może zostać przekształcony w inną formę energii poprzez termiczne lub fotowoltaiczne trasy konwersji. Słoneczna droga cieplna wykorzystuje promieniowanie w postaci ciepła, które z kolei może zostać przekształcone w energię mechaniczną, elektryczną lub chemiczną.

Ograniczenia dla generacji energii słonecznej:

1. Intensywność energii słonecznej nie jest stała.

2. Gęstość energii słonecznej jest niska w porównaniu z olejem, gazem lub węglem itp.

3. Istnieje problem ekonomicznego gromadzenia energii słonecznej na dużym obszarze.

4. Problemy z projektowaniem obiektów, które mogą wykorzystywać rozproszone światło słoneczne.

Słoneczne urządzenia termiczne, takie jak kuchenki słoneczne, słoneczne podgrzewacze wody, suszarnie słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne, panele słoneczne, piec słoneczny itp.

Kolektor energii słonecznej:

Mogą one mieć charakter bierny lub aktywny. Pasywne kolektory słoneczne to naturalne materiały, takie jak kamienie, cegły itp. Lub materiały, takie jak szkło, które pochłaniają ciepło w ciągu dnia i uwalniają go powoli w nocy. Aktywne kolektory słoneczne pompują medium absorbujące ciepło (powietrze lub wodę) przez mały kolektor, który zwykle umieszcza się na szczycie budynku.

Ogniwa słoneczne:

Są one również znane jako ogniwa fotowoltaiczne lub ogniwa PV. Ogniwa słoneczne wykonane są z cienkich płytek półprzewodnikowych, takich jak krzem i gal. Kiedy spadają na nie promieniowanie słoneczne, powstaje różnica potencjałów, która powoduje przepływ elektronów i wytwarza energię elektryczną.

Krzem można otrzymać z krzemionki i piasku, który jest obficie dostępny i niedrogi. Dzięki zastosowaniu arsenku galu, siarczku kadmu lub boru można poprawić wydajność ogniwa PV. Różnica potencjałów wytwarzana przez pojedynczą komórkę o wielkości 4 cm2 wynosi około 0, 4-0, 5 V i wytwarza prąd o natężeniu 60 miliamperów.

Solar Cooker:

Kuchenki solarne wykorzystują ciepło słoneczne, odbijając promieniowanie słoneczne za pomocą lustra bezpośrednio na tafli szkła, która pokrywa czarne, izolowane pudełko, w którym przechowywana jest surowa żywność.

Grzejniki solarne:

Składa się z izolowanego pudełka pomalowanego na kolor czarny od wewnątrz i posiadającego szklaną pokrywę do odbierania i przechowywania ciepła słonecznego. Wewnątrz pudełka znajduje się czarna miedziana cewka, przez którą przepływa zimna woda, która nagrzewa się i wypływa do zbiornika magazynowego. Ciepła woda ze zbiornika magazynowego zamontowanego na dachu jest następnie dostarczana rurami do budynków takich jak hotele i szpitale.

Piece solarne:

Tutaj tysiące małych lusterek rozmieszczonych jest we wklęsłych reflektorach, z których wszystkie zbierają ciepło słoneczne i wytwarzają tak wysoką temperaturę jak 3000 ° C.

Słoneczna elektrownia cieplna:

Energia słoneczna jest wykorzystywana na dużą skalę przez zastosowanie wklęsłych reflektorów, które powodują gotowanie wody do wytwarzania pary. Turbina parowa napędza generator do produkcji energii elektrycznej. W Gurgaon, Haryana zainstalowano elektrownię słoneczną o mocy 50 KW.

2. Energia wiatrowa:

Energia wiatru to energia z turbin, które wytwarzają energię elektryczną, gdy wiatr zamienia ostrza wiatraków. Duża liczba wiatraków jest instalowana w klastrach zwanych farmami wiatrowymi. Turbina wiatrowa jest zbudowana zgodnie z określoną specyfikacją, aby zmaksymalizować efektywność wytwarzania energii.

Typowa turbina obraca się od około 10 do 25 obrotów na minutę, a rodzaj wiatru, który daje ten obrót, wynosi około 8 do 10 węzłów lub 10 mil na godzinę (16 km / h). Z perspektywy meteorologicznej wiatr jest określany jako ruchome powietrze i jest zasadniczo ruchem od obszaru wysokiego ciśnienia do jednego z niskiego ciśnienia.

Ten ruch jest zwiększany, gdy niewiele jest, aby zakłócić ogólny przepływ. Zatem najbardziej efektywne wytwarzanie energii z turbin wiatrowych powinno odbywać się na obszarach o dużej wysokości nad poziomem morza lub na otwartej wodzie. Potencjał energetyczny wiatru w naszym kraju szacuje się na około 20 000 MW, a obecnie generujemy około 1020 MW. Największa farma wiatrowa naszego kraju znajduje się w pobliżu Kanyakumari w Tamil Nadu, wytwarzając 380 MW energii elektrycznej.

3. Energia wodna:

Pierwszą elektrownię wodną w Indiach stanowiła niewielka elektrownia wodna o mocy 130 kW oddana do użytku w 1897 r. W Sidrapong w pobliżu Darjeeling w Zachodnim Bengalu. Wraz z rozwojem technologii i rosnącym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, nacisk został przeniesiony na duże elektrownie wodne.

Woda płynąca w rzece jest zbierana poprzez budowę wielkiej tamy, w której woda jest magazynowana i może spadać z wysokości. Ostrze turbiny znajdujące się na dnie zapory porusza się szybko poruszającą się wodą, która z kolei obraca generator i wytwarza energię elektryczną.

Możemy również skonstruować mini lub mikro elektrownię wodną na rzece w regionach pagórkowatych do wykorzystania energii wodnej na małą skalę, ale minimalna wysokość wodospadów powinna wynosić 10 metrów.

Zalety:

Energia wodna ma kilka zalet, takich jak:

za. Jest czystym źródłem energii.

b. Zapewnia urządzenia do nawadniania.

do. Zapewnia wodę pitną ludziom żyjącym, szczególnie na pustyni Radżastan i Gudżarat.

re. Jest absolutnie niezanieczyszczający, ma długą żywotność i ma bardzo niskie koszty eksploatacji i konserwacji.

mi. Pomoc w kontrolowaniu powodzi i udostępnianiu wody w porach deszczowych i innych zastosowaniach.

Problemy:

Stanowisko hydroenergetyczne (zapora) ma poważne problemy środowiskowe:

za. Miejsca zaporowe to w szczególności obszary leśne i rolnicze, które podczas budowy są zanurzone.

b. Powoduje to rejestrację i zamulanie wody.

do. Powoduje to utratę bioróżnorodności, a niekorzystny wpływ mają populacja ryb i inne organizmy wodne.

re. Wysiedlili miejscową ludność i stworzyli problemy związane z rehabilitacją i pokrewnymi problemami społeczno-ekonomicznymi.

mi. Zwiększ sejsmiczność z powodu dużej ilości wody zatrzymanej.

4. Energia pływów:

Pływy oceaniczne wytwarzane przez siły grawitacyjne Słońca i Księżyca zawierają ogromną ilość energii. "Przypływ" i "odpływ" odnoszą się do wzrostu i spadku wody w oceanie. Wymagana jest różnica kilku metrów między wysokością przypływu i odpływu w celu obracania turbin.

Energia pływów może zostać wykorzystana przez skonstruowanie zapory pływowej. Podczas przypływu woda morska wpływa do zbiornika zapory i zamienia turbinę, która z kolei wytwarza energię elektryczną poprzez obracanie generatorów. Podczas odpływu, gdy poziom morza jest niski, woda morska przechowywana w zbiorniku zaporowym wypływa do morza i ponownie włącza turbinę.

5. Energia cieplna oceanu:

Energia dostępna dzięki różnicy temperatur wody na powierzchni tropikalnego oceanu i na głębszych poziomach nazywa się Ocean Thermal Energy (OTE). Różnica w wysokości 20 ° C lub więcej jest wymagana do obsługi elektrowni OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). Ciepła woda powierzchniowa oceanu służy do gotowania cieczy, takich jak amoniak.

Wysokociśnieniowe pary cieczy powstającej w wyniku wrzenia są następnie wykorzystywane do obracania turbiny generatora i wytwarzania energii elektrycznej. Chłodząca woda z głębszych oceanów jest pompowana do ostygnięcia i kondensuje opary w ciecz.

6. Energia geotermalna:

Energia geotermalna to ciepło z Ziemi. Jest czysty i zrównoważony. Zasoby energii geotermalnej sięgają od płytkiego gruntu do gorącej wody i gorącej skały znajdującej się kilka mil pod powierzchnią Ziemi, a nawet głębiej do ekstremalnie wysokich temperatur stopionej skały zwanej magmą.

Para lub gorąca woda wychodzą z ziemi naturalnie poprzez pęknięcia w postaci naturalnych gejzerów. Czasami para lub wrząca woda pod ziemią nie znajduje żadnego miejsca do wyjścia. Możemy sztucznie wywiercić otwór do gorących skał i poprzez umieszczenie w nim rury, para lub gorąca woda wylewają się przez rurę pod wysokim ciśnieniem, co zamienia turbiny generatora w elektryczność.

7. Energia biomasy:

Od tysięcy lat używamy energii biomasy lub bioenergii, energii z materii organicznej, odkąd ludzie zaczęli palić drewno, aby gotować jedzenie lub by się rozgrzać. A dziś drewno jest nadal naszym największym źródłem energii z biomasy.

Ale obecnie można wykorzystać wiele innych źródeł biomasy, w tym rośliny, pozostałości z rolnictwa lub leśnictwa oraz organiczny składnik odpadów komunalnych i przemysłowych. Nawet opary ze składowisk mogą być wykorzystywane jako źródło energii z biomasy.

Wykorzystanie energii z biomasy może znacznie zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych. Biomasy generują mniej więcej taką samą ilość dwutlenku węgla jak paliwa kopalne, ale za każdym razem, gdy nowa roślina rośnie, dwutlenek węgla jest faktycznie usuwany z atmosfery.

Emisja netto dwutlenku węgla wyniesie zero, o ile rośliny będą nadal uzupełniane w celu wykorzystania energii z biomasy. Te rośliny energetyczne, takie jak szybko rosnące drzewa i trawy, nazywane są zasobami paszowymi na biomasę. Wykorzystanie zapasów biomasy może również pomóc zwiększyć zyski dla przemysłu rolnego.

Spalanie pozostałości roślinnych lub odpadów zwierzęcych powoduje zanieczyszczenie powietrza i wytwarza dużo popiołu jako pozostałości odpadów. Spalanie łajna niszczy niezbędne składniki odżywcze, takie jak azot i fosfor. Dlatego bardziej przydatne jest przekształcenie biomasy w biogaz lub biopaliwa.

8. Biogaz:

Biogaz jest mieszaniną metanu, dwutlenku węgla, wodoru i siarczynu siarkowego, przy czym głównymi składnikami są metan. Biogaz powstaje w wyniku beztlenowej degradacji odpadów zwierzęcych (czasami odpadów roślinnych) w obecności wody. Degradacja anaerobowa oznacza rozkład materii organicznej przez bakterie przy braku tlenu.

Biogaz to paliwo nie powodujące zanieczyszczeń, czyste i tanie, które jest bardzo przydatne na obszarach wiejskich, gdzie jest dużo odpadów zwierzęcych i odpadów rolniczych. Jest bezpośredni dopływ gazu z zakładu i nie ma problemu z magazynowaniem. Pozostały osad jest bogatym nawozem zawierającym biomasę bakteryjną z większością składników odżywczych zachowanych jako takie.

Biogazownie stosowane w naszym kraju są w zasadzie dwojakiego rodzaju:

1. Naprawiono instalację biogazu typu kopułowego:

Instalacja o stałej kopule składa się z komory fermentacyjnej ze stałym, nieruchomym zbiornikiem na gaz, który znajduje się na szczycie komory fermentacyjnej. Gdy rozpoczyna się wytwarzanie gazu, zawiesina jest przemieszczana do zbiornika wyrównawczego. Ciśnienie gazu wzrasta wraz z ilością zgromadzonego gazu i różnicą wysokości między poziomem zawiesiny w komorze fermentacyjnej a poziomem zawiesiny w zbiorniku wyrównawczym.

Podczas gdy podziemna komora fermentacyjna jest chroniona przed niskimi temperaturami w nocy i podczas zimnych pór roku, słońce i ciepłe pory roku zabierają więcej czasu na podgrzanie komory fermentacyjnej. Brak dziennych / nocnych wahań temperatury w komorze fermentacyjnej pozytywnie wpływa na procesy bakteriologiczne.

Budowa stałych kopuł jest pracochłonna, co powoduje lokalne zatrudnienie. "Stałe kopuły nie są łatwe do zbudowania. Powinny być budowane tylko tam, gdzie budowa może być nadzorowana przez doświadczonych techników biogazowych. W przeciwnym razie rośliny mogą nie być gazoszczelne.

2. Biogazownia typu pływającego bębna:

Bębny pływające składają się z podziemnej komory fermentacyjnej i ruchomego zbiornika gazu. Uchwyt gazu płynie bezpośrednio na zawiesinie fermentacyjnej lub w płaszczu wodnym. Gaz gromadzi się w bębnie gazowym, który unosi się lub przesuwa w dół, w zależności od ilości zgromadzonego gazu. Bęben gazowy nie może przechylać się przez ramę prowadzącą. Jeśli bęben unosi się w płaszczu wodnym, nie może się zablokować, nawet w podłożu o dużej zawartości części stałych.

W przeszłości pływające bębny były budowane głównie w Indiach. Instalacja z pływającym bębnem składa się z komory fermentacyjnej o kształcie cylindrycznym lub kopułowym oraz z ruchomego, pływającego pojemnika na gaz lub bębna. Uchwyt gazu płynie albo bezpośrednio w zawiesinie fermentacyjnej, albo w oddzielnym płaszczu wodnym.

Bęben, w którym zbiera się biogaz, ma wewnętrzną i / lub zewnętrzną ramę prowadzącą, która zapewnia stabilność i utrzymuje bęben w pozycji pionowej. Jeśli wytwarza się biogaz, bęben przesuwa się w górę, jeśli gaz jest zużyty, uchwyt gazu opada.

Stalowy bęben jest stosunkowo drogi i wymaga wielu prac konserwacyjnych. Usuwanie rdzy i malowania musi być przeprowadzane regularnie. Czas życia bębna jest krótki (do 15 lat, w tropikalnych regionach przybrzeżnych około pięciu lat). W przypadku zastosowania włóknistych podłoży, uchwyt gazu wykazuje skłonność do "utknięcia" w powstałym pływającym szumowisku.

9. Biopaliwa:

W przeciwieństwie do innych odnawialnych źródeł energii, biomasa może być przekształcona bezpośrednio w paliwa płynne, zwane "biopaliwami", aby pomóc w zaspokojeniu potrzeb związanych z transportem paliw. Dwoma najpopularniejszymi obecnie używanymi biopaliwami są etanol i biodiesel.

Etanol to alkohol, taki sam jak w piwie i winie (chociaż etanol stosowany jako paliwo jest zmodyfikowany, aby był nie do wypicia). Najczęściej wytwarza się go poprzez fermentację dowolnej biomasy bogatej w węglowodany w procesie podobnym do warzenia piwa.

Dzisiaj etanol wytwarza się ze skrobi i cukrów, ale naukowcy z NREL opracowują technologię, która umożliwia wytwarzanie jej z celulozy i hemicelulozy, materiału włóknistego, który stanowi większość większości substancji roślinnych.

Etanol można również wytwarzać w procesie zwanym zgazowaniem. Systemy gazyfikacji wykorzystują wysokie temperatury i środowisko o niskiej zawartości tlenu do przetwarzania biomasy w gaz syntezowy, mieszaninę wodoru i tlenku węgla. Gaz syntezowy lub "gaz syntezowy" można następnie przekształcić chemicznie w etanol i inne paliwa.

Etanol jest najczęściej używany jako środek mieszający z benzyną w celu zwiększenia liczby oktanowej i redukcji tlenku węgla i innych emisji powodujących smog. Niektóre pojazdy, zwane Flexible Fuel Vehicles, są zaprojektowane do pracy na E85, alternatywnym paliwie o znacznie wyższej zawartości etanolu niż zwykła benzyna.

Biodiesel powstaje przez połączenie alkoholu (zazwyczaj metanolu) z olejem roślinnym, tłuszczem zwierzęcym lub przetworzonym tłuszczem do gotowania. Może być stosowany jako dodatek (zazwyczaj 20%) w celu zmniejszenia emisji spalin lub w czystej postaci jako odnawialne alternatywne paliwo do silników Diesla.

Badania w zakresie produkcji płynnych paliw transportowych z mikroskopijnych alg lub mikroalg ponownie pojawiają się w NREL. Te mikroorganizmy wykorzystują energię słoneczną do połączenia dwutlenku węgla z wodą w celu wydajniejszej i szybszej produkcji biomasy niż rośliny lądowe.

Bogate w oleje szczepy mikroalg są w stanie wytwarzać surowiec dla szeregu paliw transportowych - biodiesla, "zielonego" oleju napędowego i benzyny oraz paliwa lotniczego - jednocześnie łagodząc wpływ dwutlenku węgla uwalnianego ze źródeł takich jak elektrownie.

10. Wodór:

Wodór (H2) jest agresywnie badany jako paliwo do samochodów osobowych. Może być stosowany w ogniwach paliwowych do zasilania silników elektrycznych lub spalany w silnikach spalinowych (ICE). Jest to paliwo przyjazne dla środowiska, które może znacznie zmniejszyć naszą zależność od importowanej ropy, ale wiele istotnych wyzwań należy przezwyciężyć, zanim będą mogły być szeroko stosowane.

Korzyści z paliwa wodorowego:

1. Produkowane w kraju:

Wodór może być produkowany w kraju z kilku źródeł, zmniejszając naszą zależność od importu ropy naftowej.

2. Przyjazny dla środowiska:

Wodór nie wytwarza żadnych zanieczyszczeń powietrza ani gazów cieplarnianych, gdy jest stosowany w ogniwach paliwowych; wytwarza tylko tlenki azotu (NO _X ) po spaleniu w ICE.

Wyzwania paliwa wodorowego:

1. Koszt paliwa i dostępność:

Wodór jest obecnie drogi w produkcji i jest dostępny tylko w kilku lokalizacjach, głównie w Kalifornii.

2. Koszt i dostępność pojazdu:

Pojazdy z ogniwami paliwowymi są obecnie zbyt drogie, na co stać ich większość, a są dostępne tylko dla kilku flot demonstracyjnych.

3. Wbudowane magazynowanie paliwa:

Wodór zawiera o wiele mniej energii niż benzyna lub olej napędowy w przeliczeniu na objętość, co utrudnia pojazdom napędzanym wodorem dotarcie do pojazdów benzynowych pomiędzy tankowaniami - około 300 mil. Technologia się poprawia, ale pokładowe systemy magazynowania wodoru nie spełniają jeszcze celów dotyczących rozmiaru, ciężaru i kosztów w celu komercjalizacji.