Nishati mbadala - ni ya karne ya XNUMX

Kwenye tovuti ya BP Statistical Review of World Energy, unaweza kupata taarifa kwamba kufikia 2030, matumizi ya nishati duniani yatazidi kiwango cha sasa kwa theluthi moja. Kwa hiyo, tamaa ya nchi zilizoendelea ni kukidhi mahitaji ya kukua kwa msaada wa teknolojia za "kijani" kutoka kwa vyanzo vinavyoweza kurejeshwa (RES).

1. Kilimo cha upepo baharini

Huko Poland, ifikapo 2020, 19% ya nishati inapaswa kutoka kwa vyanzo kama hivyo. Katika hali ya sasa, hii sio nishati ya bei nafuu, kwa hiyo inakua hasa kutokana na msaada wa kifedha wa majimbo.

Kulingana na uchambuzi wa 2013 wa Taasisi ya Nishati Mbadala, gharama ya kuzalisha MWh 1. Nishati mbadala inatofautiana, kulingana na chanzo, kutoka 200 hadi 1500 zloty.

Kwa kulinganisha, bei ya jumla ya MWh 1 ya umeme katika 2012 ilikuwa takriban PLN 200. Ya gharama nafuu katika masomo haya ilikuwa kupata nishati kutoka kwa mimea ya mwako wa mafuta mengi, i.e. kurusha pamoja na gesi ya kutupa taka. Nishati ya gharama kubwa zaidi hupatikana kutoka kwa maji na maji ya joto.

Aina zinazojulikana zaidi na zinazoonekana za RES, yaani mitambo ya upepo (1) na paneli za jua (2), ni ghali zaidi. Hata hivyo, kwa muda mrefu, bei ya makaa ya mawe na, kwa mfano, kwa nishati ya nyuklia itaongezeka bila shaka. Tafiti mbalimbali (kwa mfano, utafiti wa kundi la RWE mwaka 2012) zinaonyesha kuwa kategoria za "kihafidhina" na "kitaifa", i.e. vyanzo vya nishati itakuwa ghali zaidi baada ya muda mrefu (3).

Na hii itafanya nishati mbadala kuwa mbadala sio tu ya mazingira, bali pia ya kiuchumi. Wakati mwingine husahauliwa kuwa mafuta ya mafuta pia yanafadhiliwa sana na serikali, na bei yao, kama sheria, haizingatii athari mbaya ambayo ina mazingira.

Cocktail ya jua-maji-upepo

Mnamo mwaka wa 2009, Maprofesa Mark Jacobson (Chuo Kikuu cha Stanford) na Mark DeLucchi (Chuo Kikuu cha California, Davis) walichapisha makala katika Scientific American wakisema kwamba kufikia 2030 dunia nzima inaweza kubadili Nishati mbadala. Katika chemchemi ya 2013, walirudia mahesabu yao kwa jimbo la Amerika la New York.

Kwa maoni yao, hivi karibuni inaweza kuachana kabisa na mafuta. Hii ni vyanzo mbadala unaweza kupata nishati inayohitajika kwa usafiri, viwanda na idadi ya watu. Nishati itatoka kwa kinachojulikana mchanganyiko wa WWS (upepo, maji, jua - upepo, maji, jua).

Kiasi cha asilimia 40 ya nishati itatoka kwenye mashamba ya upepo ya baharini, ambayo karibu elfu kumi na tatu itahitaji kutumwa. Kwenye ardhi, zaidi ya watu 4 watahitajika. mitambo ambayo itatoa asilimia 10 nyingine ya nishati. Asilimia 10 inayofuata itatoka kwa karibu asilimia XNUMX ya mashamba ya jua yenye teknolojia ya mkusanyiko wa mionzi.

Ufungaji wa kawaida wa photovoltaic utaongeza asilimia 10 kwa kila mmoja. Asilimia nyingine 18 itatoka kwa mitambo ya jua - katika nyumba, majengo ya umma na makao makuu ya shirika. Nishati inayokosekana itajazwa tena na mitambo ya jotoardhi, mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji, jenereta za mawimbi na vyanzo vingine vyote vya nishati mbadala.

Wanasayansi wamehesabu hilo kupitia matumizi ya mfumo kulingana na Nishati mbadala mahitaji ya nishati—shukrani kwa ufanisi mkubwa wa mfumo huo—yatashuka katika jimbo lote kwa takriban asilimia 37, na bei ya nishati itatengemaa.

Ajira nyingi zaidi zitatolewa kuliko zitakazopotea kwani nishati yote itazalishwa jimboni. Aidha, imekadiriwa kuwa takriban watu 4 watakufa kila mwaka kutokana na kupungua kwa uchafuzi wa hewa. watu wachache, na gharama ya uchafuzi wa mazingira itashuka kwa dola bilioni 33 kwa mwaka.

3. Bei za nishati hadi 2050 - utafiti wa RWE

Hii inamaanisha kuwa uwekezaji wote utalipa ndani ya miaka 17. Inawezekana kwamba itakuwa haraka, kwani serikali inaweza kuuza sehemu ya nishati. Je, maafisa wa Jimbo la New York wanashiriki matumaini ya hesabu hizi? Nafikiri ndiyo kidogo na hapana kidogo.

Baada ya yote, hawana "kuacha" kila kitu ili kufanya pendekezo hilo kuwa kweli, lakini, bila shaka, wanawekeza katika teknolojia za uzalishaji. Nishati mbadala. Aliyekuwa Meya wa Jiji la New York, Michael Bloomberg alitangaza miezi michache iliyopita kwamba eneo kubwa zaidi la taka duniani, Freshkills Park kwenye Kisiwa cha Staten, litageuzwa kuwa mojawapo ya mitambo mikubwa zaidi ya nishati ya jua duniani.

Ambapo taka za New York hutengana, megawati 10 za nishati zitatolewa. Sehemu zingine za eneo la Freshkills, au karibu hekta 600, zitageuzwa kuwa maeneo ya kijani kibichi ya mhusika wa mbuga.

Ziko wapi sheria zinazoweza kufanywa upya

Nchi nyingi tayari ziko njiani kuelekea mustakabali wa kijani kibichi. Nchi za Skandinavia kwa muda mrefu zimevuka kizingiti cha 50% cha kupata nishati kutoka vyanzo mbadala. Kulingana na data iliyochapishwa katika msimu wa vuli wa 2014 na shirika la kimataifa la mazingira WWF, Scotland tayari inazalisha nishati zaidi kutoka kwa windmills kuliko kaya zote za Scotland zinahitaji.

Takwimu hizi zinaonyesha kuwa mnamo Oktoba 2014, mitambo ya upepo ya Scotland ilizalisha umeme sawa na asilimia 126 ya mahitaji ya nyumba za mitaa. Kwa ujumla, asilimia 40 ya nishati inayozalishwa katika eneo hili inatoka kwa vyanzo vinavyoweza kutumika tena.

Ze vyanzo mbadala zaidi ya nusu ya nishati ya Kihispania inatoka. Nusu ya nusu hiyo inatoka kwenye vyanzo vya maji. Moja ya tano ya nishati yote ya Kihispania hutoka kwa mashamba ya upepo. Katika jiji la Mexico la La Paz, kwa upande wake, kuna kiwanda cha nguvu cha jua cha Aura Solar I chenye uwezo wa 39 MW.

Aidha, uwekaji wa shamba la pili la MW 30 la Groupotec I unakaribia kukamilika, kutokana na hilo jiji linaweza kusambazwa kikamilifu na nishati kutoka vyanzo mbadala. Mfano wa nchi ambayo imetekeleza mara kwa mara sera ya kuongeza sehemu ya nishati kutoka kwa vyanzo mbadala kwa miaka mingi ni Ujerumani.

Kulingana na Agora Energiewende, mwaka 2014 nishati mbadala ilichangia 25,8% ya usambazaji katika nchi hii. Kufikia 2020, Ujerumani inapaswa kupokea zaidi ya asilimia 40 kutoka kwa vyanzo hivi. Mabadiliko ya nishati ya Ujerumani sio tu juu ya kuachwa kwa nishati ya nyuklia na makaa ya mawe kwa niaba ya Nishati mbadala katika sekta ya nishati.

Haipaswi kusahau kwamba Ujerumani pia ni kiongozi katika kuundwa kwa ufumbuzi wa "nyumba za passive", ambazo kwa kiasi kikubwa hufanya bila mifumo ya joto. "Lengo letu la kuwa na asilimia 2050 ya umeme wa Ujerumani unatokana na vyanzo vinavyoweza kutumika tena ifikapo 80 bado lipo," Kansela wa Ujerumani Angela Merkel alisema hivi karibuni.

Paneli mpya za jua

Katika maabara, kuna mapambano ya mara kwa mara ili kuboresha ufanisi. vyanzo vya nishati mbadala - kwa mfano, seli za photovoltaic. Seli za jua, ambazo hubadilisha nishati ya nuru ya nyota yetu kuwa umeme, zinakaribia rekodi ya ufanisi ya asilimia 50.

4. Graphene-on-povu kwa ubadilishaji wa jua-hadi-mvuke na MIT

Walakini, mifumo kwenye soko leo inaonyesha ufanisi wa si zaidi ya asilimia 20. Paneli za hali ya juu za photovoltaic zinazobadilika kwa ufanisi nishati ya wigo wa jua - kutoka kwa infrared, kupitia safu inayoonekana, hadi ultraviolet - kwa kweli hujumuisha sio moja, lakini seli nne.

Tabaka za semiconductor zimewekwa juu ya kila mmoja. Kila mmoja wao anajibika kwa kupata aina tofauti za mawimbi kutoka kwa wigo. Teknolojia hii ni kifupi CPV (concentrator photovoltaics) na hapo awali imejaribiwa angani.

Mwaka jana, kwa mfano, wahandisi katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (MIT) waliunda nyenzo zinazojumuisha flakes za grafiti zilizowekwa kwenye povu ya kaboni (4). Ikiwekwa ndani ya maji na kuelekezwa kwayo na miale ya jua, huunda mvuke wa maji, ukibadilisha hadi asilimia 85 ya nishati yote ya mionzi ya jua ndani yake.

Nyenzo mpya hufanya kazi kwa urahisi sana - grafiti ya porous katika sehemu yake ya juu ina uwezo wa kunyonya kikamilifu na kuhifadhi nishati ya juana chini kuna safu ya kaboni, iliyojaa sehemu ya Bubbles za hewa (ili nyenzo ziweze kuelea juu ya maji), kuzuia nishati ya joto kutoka kwenye maji.

5. Antenna za photovoltaic katika uwanja wa alizeti

Mifumo ya awali ya mvuke ya jua ilibidi kuzingatia miale ya jua hata mara elfu ili kufanya kazi.

Suluhisho jipya la MIT linahitaji tu mkusanyiko mara kumi, na kufanya usanidi mzima kuwa nafuu.

Au labda jaribu kuchanganya sahani ya satelaiti na alizeti katika teknolojia moja? Wahandisi katika Airlight Energy, kampuni ya Uswizi iliyoko Biasca, wanataka kuthibitisha kuwa inawezekana.

Wametengeneza sahani za mita 5 zilizo na muundo wa safu ya jua zinazofanana na antena za TV za satelaiti au darubini za redio na kufuatilia miale ya jua kama alizeti (XNUMX).

Wanapaswa kuwa watoza wa nishati maalum, kutoa sio tu umeme kwa seli za photovoltaic, lakini pia joto, maji safi na hata, baada ya kutumia pampu ya joto, kuimarisha jokofu.

Vioo vilivyotawanyika juu ya uso wao husambaza tukio la mionzi ya jua na kuielekeza kwenye paneli, hata hadi mara 2. Kila paneli sita za kufanya kazi zina vifaa vya chip 25 vya photovoltaic vilivyopozwa na maji yanayopita kupitia njia ndogo.

Shukrani kwa mkusanyiko wa nishati, moduli za photovoltaic hufanya kazi mara nne kwa ufanisi zaidi. Kikiwa na mtambo wa kuondoa chumvi kwenye maji ya bahari, kitengo hiki hutumia maji ya moto kutoa lita 2500 za maji safi kwa siku.

Katika maeneo ya mbali, vifaa vya kuchuja maji vinaweza kuwekwa badala ya mimea ya kuondoa chumvi. Muundo mzima wa antena ya maua ya mita 10 unaweza kukunjwa na kusafirishwa kwa urahisi na lori ndogo. Wazo jipya kwa matumizi ya nishati ya jua katika maeneo yenye maendeleo duni ni Solarkiosk (6).

Aina hii ya kitengo ina vifaa vya Wi-Fi na inaweza kuchaji simu za rununu zaidi ya 200 kwa siku au kuwasha friji ndogo ambayo, kwa mfano, dawa muhimu zinaweza kuhifadhiwa. Makumi ya vibanda kama hivyo tayari vimezinduliwa. Walifanya kazi zaidi nchini Ethiopia, Botswana na Kenya.

7. Pertamina skyscraper mradi

Usanifu wa nishati

Jengo kubwa la orofa 99 Pertamina (7), ambalo limepangwa kujengwa katika jiji la Jakarta, mji mkuu wa Indonesia, linapaswa kutoa nishati nyingi kadiri inavyotumia. Hili ni jengo la kwanza la ukubwa wake duniani. Usanifu wa jengo hilo ulihusiana kwa karibu na eneo - inaruhusu tu mionzi ya jua muhimu kuingia, kukuwezesha kuokoa nishati nyingine ya jua.

8. Ukuta wa kijani huko Barcelona

Mnara uliopunguzwa hufanya kama handaki la kutumia nishati ya upepo. Paneli za photovoltaic zimewekwa kila upande wa kituo, ambayo inaruhusu nishati kuzalishwa siku nzima, wakati wowote wa mwaka.

Jengo hilo litakuwa na mtambo uliounganishwa wa nishati ya mvuke inayosaidia nishati ya jua na upepo.

Wakati huo huo, watafiti wa Ujerumani kutoka Chuo Kikuu cha Jena wameandaa mradi wa "smart facades" za majengo. Maambukizi ya mwanga yanaweza kubadilishwa kwa kushinikiza kifungo. Sio tu kuwa na seli za photovoltaic, lakini pia kwa ajili ya kukua mwani kwa ajili ya uzalishaji wa biofuel.

Mradi wa Eneo Kubwa la Hydraulic Windows (LaWin) unasaidiwa na fedha za Ulaya chini ya mpango wa Horizon 2020. Muujiza wa teknolojia ya kisasa ya kijani kuchipua kwenye uso wa ukumbi wa michezo wa Raval huko Barcelona hauhusiani kidogo na dhana iliyo hapo juu (8).

Bustani ya wima iliyoundwa na Urbanarbolismo imejitosheleza kabisa. Mimea humwagilia na mfumo wa umwagiliaji ambao pampu zake zinaendeshwa na nishati inayotokana paneli za photovoltaic inaunganishwa na mfumo.

Maji, kwa upande wake, hutoka kwa mvua. Maji ya mvua hutiririka chini ya mifereji hadi kwenye tanki la kuhifadhia, kutoka ambapo husukumwa na pampu zinazotumia nishati ya jua. Hakuna umeme wa nje.

Mfumo wa akili humwagilia mimea kulingana na mahitaji yao. Miundo zaidi na zaidi ya aina hii inaonekana kwa kiwango kikubwa. Mfano ni Uwanja wa Kitaifa wa Umeme wa Jua huko Kaohsiung, Taiwan (9).

Iliyoundwa na mbunifu wa Kijapani Toyo Ito na kuanza kutumika mwaka wa 2009, inafunikwa na seli za photovoltaic 8844 na inaweza kuzalisha hadi saa 1,14 za gigawati za nishati kwa mwaka, na kusambaza asilimia 80 ya mahitaji ya eneo hilo.

9. Uwanja wa jua huko Taiwan

Je, chumvi iliyoyeyuka itapata nishati?

Hifadhi ya nishati kwa namna ya chumvi iliyoyeyuka haijulikani. Teknolojia hii inatumika katika mitambo mikubwa ya nishati ya jua, kama vile Ivanpah iliyofunguliwa hivi majuzi katika Jangwa la Mojave. Kwa mujibu wa kampuni ambayo bado haijajulikana ya Halotechnics kutoka California, mbinu hii ni ya kuahidi sana kwamba matumizi yake yanaweza kupanuliwa kwa sekta nzima ya nishati, hasa inayoweza kurejeshwa, bila shaka, ambapo suala la kuhifadhi ziada katika uso wa uhaba wa nishati ni tatizo muhimu.

Wawakilishi wa kampuni wanasema kwamba kuhifadhi nishati kwa njia hii ni nusu ya bei ya betri, aina mbalimbali za betri kubwa. Kwa upande wa gharama, inaweza kushindana na mifumo ya uhifadhi wa pumped, ambayo, kama unavyojua, inaweza kutumika tu chini ya hali nzuri ya shamba. Hata hivyo, teknolojia hii ina vikwazo vyake.

Kwa mfano, ni asilimia 70 tu ya nishati iliyohifadhiwa katika chumvi iliyoyeyuka inaweza kutumika tena kama umeme (asilimia 90 katika betri). Halotechnics kwa sasa inafanya kazi juu ya ufanisi wa mifumo hii, ikiwa ni pamoja na kutumia pampu za joto na mchanganyiko mbalimbali wa chumvi.

10. Mizinga ya chumvi iliyoyeyushwa kwa kuhifadhi nishati

Kiwanda cha maonyesho kiliagizwa katika Maabara ya Kitaifa ya Sandia huko Arbuquerque, New Mexico, Marekani. hifadhi ya nishati na chumvi iliyoyeyuka. Imeundwa mahususi kufanya kazi na teknolojia ya CLFR, ambayo hutumia vioo vinavyohifadhi nishati ya jua ili kupasha joto kioevu cha kupuliza.

Ni chumvi iliyoyeyuka kwenye tangi. Mfumo huchukua chumvi kutoka kwenye tank ya baridi (290 ° C), hutumia joto la vioo na joto la kioevu kwa joto la 550 ° C, baada ya hapo huihamisha kwenye tank inayofuata (10). Inapohitajika, chumvi iliyoyeyushwa ya halijoto ya juu hupitishwa kupitia kibadilisha joto ili kutoa mvuke kwa ajili ya kuzalisha nishati.

Hatimaye, chumvi iliyoyeyuka inarudishwa kwenye hifadhi ya baridi na mchakato unarudiwa katika kitanzi kilichofungwa. Tafiti linganishi zimeonyesha kuwa kutumia chumvi iliyoyeyuka huku giligili inayofanya kazi inavyoruhusu kufanya kazi kwa joto la juu, hupunguza kiwango cha chumvi kinachohitajika kuhifadhiwa, na huondoa hitaji la seti mbili za vibadilisha joto kwenye mfumo, na hivyo kupunguza gharama ya mfumo na utata.

Suluhisho ambalo hutoa hifadhi ya nishati kwa kiwango kidogo, inawezekana kufunga betri ya parafini na watoza wa jua kwenye paa. Hii ni teknolojia iliyotengenezwa katika Chuo Kikuu cha Uhispania cha Nchi ya Basque (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

Imekusudiwa kutumiwa na kaya ya wastani. Mwili kuu wa kifaa hutengenezwa kwa sahani za alumini zilizowekwa kwenye parafini. Maji hutumiwa kama njia ya uhamishaji nishati, na sio kama njia ya kuhifadhi. Kazi hii ni ya parafini, ambayo inachukua joto kutoka kwa paneli za alumini na kuyeyuka kwa joto la 60 ° C.

Katika uvumbuzi huu, nishati ya umeme hutolewa kwa baridi ya wax, ambayo inatoa joto kwa paneli nyembamba. Wanasayansi wanafanya kazi ili kuboresha zaidi ufanisi wa mchakato huo kwa kubadilisha mafuta ya taa na nyenzo nyingine, kama vile asidi ya mafuta.

Nishati hutolewa katika mchakato wa mpito wa awamu. Ufungaji unaweza kuwa na sura tofauti kwa mujibu wa mahitaji ya ujenzi wa majengo. Unaweza hata kujenga kinachojulikana kama dari za uwongo.

Mawazo mapya, njia mpya

Taa za barabarani, zilizotengenezwa na kampuni ya Uholanzi Kaal Masten, zinaweza kuwekwa popote, hata katika maeneo yasiyo ya umeme. Hazihitaji mtandao wa umeme kufanya kazi. Wanang'aa tu shukrani kwa paneli za jua.

Nguzo za taa hizi zimefunikwa na paneli za jua. Mbuni anadai kuwa wakati wa mchana wanaweza kujilimbikiza nishati nyingi hivi kwamba wanawaka usiku kucha. Hata hali ya hewa ya mawingu haitazizima. Inajumuisha seti ya kuvutia ya betri taa za kuokoa nishati DIODE INAYOTOA MWANGA.

Roho (11), kama tochi hii iliitwa, inahitaji kubadilishwa kila baada ya miaka michache. Inashangaza, kutoka kwa mtazamo wa mazingira, betri hizi ni rahisi kushughulikia.

Wakati huo huo, miti ya jua inapandwa katika Israeli. Hakutakuwa na kitu cha ajabu katika hili ikiwa sio kwa ukweli kwamba badala ya majani, paneli za jua zimewekwa kwenye mimea hii, ambayo hupokea nishati, ambayo hutumiwa kuchaji vifaa vya rununu, maji baridi na kutangaza ishara ya Wi-Fi.

Ubunifu unaoitwa eTree (12), una "shina" la chuma ambalo hutoka nje, na kwenye matawi. paneli za jua. Nishati iliyopokelewa kwa msaada wao huhifadhiwa ndani na inaweza "kuhamishwa" kwa betri za simu mahiri au kompyuta kibao kupitia bandari ya USB.

12. Mti wa mti wa elektroniki

Pia itatumika kuzalisha chanzo cha maji kwa ajili ya wanyama na hata binadamu. Miti pia inapaswa kutumika kama taa usiku.

Wanaweza kuwa na vifaa vya habari maonyesho ya kioo kioevu. Majengo ya kwanza ya aina hii yalionekana katika Hifadhi ya Khanadiv, karibu na jiji la Zikhron Yaakov.

Toleo la paneli saba hutoa nguvu ya kilowati 1,4, ambayo inaweza kuwasha kompyuta ndogo 35 za wastani. Wakati huo huo, uwezekano wa nishati mbadala bado unagunduliwa katika maeneo mapya, kama vile ambapo mito humwaga maji baharini na kuunganishwa na maji ya chumvi.

Kundi la wanasayansi kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (MIT) waliamua kusoma matukio ya osmosis ya nyuma katika mazingira ambayo maji ya viwango tofauti vya chumvi huchanganywa. Kuna tofauti ya shinikizo kwenye mpaka wa vituo hivi. Wakati maji hupitia mpaka huu, huharakisha, ambayo ni chanzo cha nishati muhimu.

Wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Boston hawakuenda mbali kujaribu jambo hili kwa vitendo. Walihesabu kwamba maji ya jiji hili, yanayotiririka baharini, yanaweza kutoa nishati ya kutosha kukidhi mahitaji ya wakazi wa eneo hilo. vifaa vya matibabu.