الطاقة المتجددة - تنتمي إلى القرن التاسع عشر

على موقع BP Statistical Review of World Energy على الويب ، يمكنك العثور على معلومات تفيد أنه بحلول عام 2030 ، سيتجاوز استهلاك الطاقة العالمي المستوى الحالي بنحو الثلث. لذلك ، فإن رغبة الدول المتقدمة هي تلبية الاحتياجات المتزايدة بمساعدة التقنيات "الخضراء" من مصادر متجددة (RES).

1. مزرعة الرياح البحرية

في بولندا ، بحلول عام 2020 ، يجب أن يأتي 19٪ من الطاقة من مثل هذه المصادر. في ظل الظروف الحالية ، هذه ليست طاقة رخيصة ، لذا فهي تتطور بشكل أساسي بفضل الدعم المالي من الدول.

وفقًا لتحليل أجراه معهد الطاقة المتجددة عام 2013 ، فإن تكلفة إنتاج 1 ميجاوات في الساعة طاقة متجددة يختلف ، اعتمادًا على المصدر ، من 200 إلى 1500 زلوتي.

للمقارنة ، كان سعر الجملة البالغ 1 ميجاوات ساعة من الكهرباء في عام 2012 حوالي 200 زلوتي بولندي. كان أرخص هذه الدراسات هو الحصول على الطاقة من محطات الاحتراق متعددة الوقود ، أي غازات الحرق المشترك وطمر النفايات. أغلى طاقة يتم الحصول عليها من المياه والمياه الحرارية.

أكثر أشكال RES شهرة ومرئية ، مثل توربينات الرياح (1) والألواح الشمسية (2) ، تكون أكثر تكلفة. ومع ذلك ، على المدى الطويل ، سترتفع أسعار الفحم ، وعلى سبيل المثال ، الطاقة النووية لا محالة. تظهر دراسات مختلفة (على سبيل المثال ، دراسة أجرتها مجموعة RWE في عام 2012) أن الفئتين "المحافظة" و "الوطنية" ، أي مصادر الطاقة سيصبح أكثر تكلفة على المدى الطويل (3).

وهذا سيجعل الطاقة المتجددة بديلاً ليس فقط بيئيًا ، بل اقتصاديًا أيضًا. يُنسى أحيانًا أن الوقود الأحفوري مدعوم بشكل كبير من قبل الدولة ، وسعره ، كقاعدة عامة ، لا يأخذ في الاعتبار التأثير السلبي الذي يتركه على البيئة.

كوكتيل الطاقة الشمسية والرياح المائية

في عام 2009 ، نشر الأستاذان مارك جاكوبسون (جامعة ستانفورد) ومارك ديلوتشي (جامعة كاليفورنيا ، ديفيس) مقالًا في مجلة Scientific American يجادلان فيه أنه بحلول عام 2030 يمكن للعالم بأسره التحول إلى طاقة متجددة. في ربيع 2013 ، كرروا حساباتهم لولاية نيويورك الأمريكية.

في رأيهم ، قد تتخلى قريبًا تمامًا عن الوقود الأحفوري. هذا مصادر متجددة يمكنك الحصول على الطاقة اللازمة للنقل والصناعة والسكان. ستأتي الطاقة مما يسمى بخليط WWS (الرياح ، الماء ، الشمس - الرياح ، الماء ، الشمس).

سيأتي ما يصل إلى 40 في المائة من الطاقة من مزارع الرياح البحرية ، وسيتعين نشر ما يقرب من ثلاثة عشر ألفًا منها. على الأرض ، سيتطلب الأمر أكثر من 4 أشخاص. التوربينات التي ستوفر 10 في المائة أخرى من الطاقة. ستأتي نسبة 10 في المائة التالية من حوالي XNUMX في المائة من مزارع الطاقة الشمسية المزودة بتكنولوجيا تركيز الإشعاع.

ستضيف التركيبات الكهروضوئية التقليدية 10 بالمائة لبعضها البعض. 18 في المائة أخرى ستأتي من التركيبات الشمسية - في المنازل والمباني العامة ومقار الشركات. سيتم تجديد الطاقة المفقودة من خلال محطات الطاقة الحرارية الأرضية ومحطات الطاقة الكهرومائية ومولدات المد والجزر وجميع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

لقد حسب العلماء ذلك من خلال استخدام نظام قائم على طاقة متجددة الطلب على الطاقة - بسبب زيادة كفاءة مثل هذا النظام - سينخفض ​​على مستوى الولاية بنحو 37 في المائة ، وستستقر أسعار الطاقة.

سيتم إنشاء المزيد من الوظائف أكثر مما سيتم فقده حيث سيتم إنتاج كل الطاقة في الولاية. بالإضافة إلى ذلك ، تشير التقديرات إلى أن حوالي 4 شخص سيموتون كل عام بسبب انخفاض تلوث الهواء. عدد أقل من الناس ، وستنخفض تكلفة التلوث بمقدار 33 مليار دولار سنويًا.

3. أسعار الطاقة حتى عام 2050 - دراسة RWE

هذا يعني أن الاستثمار بأكمله سيؤتي ثماره في غضون 17 عامًا تقريبًا. من الممكن أن يكون أسرع ، لأن الدولة يمكن أن تبيع جزءًا من الطاقة. هل يشارك مسؤولو ولاية نيويورك التفاؤل بهذه الحسابات؟ أعتقد قليلا "نعم" و "لا".

بعد كل شيء ، فهم لا "يسقطون" كل شيء لجعل الاقتراح حقيقة واقعة ، لكنهم بالطبع يستثمرون في تقنيات الإنتاج طاقة متجددة. أعلن عمدة نيويورك السابق مايكل بلومبرج قبل بضعة أشهر أن أكبر مكب نفايات في العالم ، Freshkills Park في جزيرة ستاتن ، سيتم تحويله إلى واحدة من أكبر محطات الطاقة الشمسية في العالم.

حيث تتحلل نفايات نيويورك ، سيتم توليد 10 ميغاواط من الطاقة. سيتم تحويل باقي أراضي Freshkills ، أو ما يقرب من 600 هكتار ، إلى مناطق خضراء ذات طابع متنزه.

أين هي القواعد القابلة للتجديد

العديد من البلدان في طريقها بالفعل إلى مستقبل أكثر خضرة. لقد تجاوزت الدول الاسكندنافية منذ فترة طويلة عتبة 50٪ للحصول على الطاقة منها مصادر متجددة. وفقًا للبيانات المنشورة في خريف عام 2014 من قبل المنظمة البيئية الدولية WWF ، فإن اسكتلندا تنتج بالفعل طاقة من طواحين الهواء أكثر مما تحتاجه جميع الأسر الاسكتلندية.

تظهر هذه الأرقام أنه في أكتوبر 2014 ، أنتجت توربينات الرياح الاسكتلندية كهرباء تعادل 126 بالمائة من احتياجات المنازل المحلية. بشكل عام ، 40 في المائة من الطاقة المنتجة في هذه المنطقة تأتي من مصادر متجددة.

Ze مصادر متجددة أكثر من نصف الطاقة الإسبانية تأتي من. نصف هذا النصف يأتي من مصادر المياه. يأتي خمس الطاقة الإسبانية من مزارع الرياح. في مدينة لاباز المكسيكية ، توجد بدورها محطة طاقة شمسية أورا سولار 39 بقدرة XNUMX ميجاوات.

بالإضافة إلى ذلك ، أوشك تركيب مزرعة Groupotec I الثانية بقدرة 30 ميجاوات على الانتهاء ، وبفضل ذلك يمكن إمداد المدينة بالكامل بالطاقة من مصادر متجددة. ألمانيا هي مثال لدولة نفذت باستمرار سياسة لزيادة حصة الطاقة من مصادر متجددة على مر السنين.

وفقًا لـ Agora Energiewende ، في عام 2014 ، شكلت الطاقة المتجددة 25,8 ٪ من العرض في هذا البلد. بحلول عام 2020 ، يجب أن تحصل ألمانيا على أكثر من 40 في المائة من هذه المصادر. إن تحول الطاقة في ألمانيا لا يتعلق فقط بالتخلي عن الطاقة النووية والفحمية لصالحها طاقة متجددة في قطاع الطاقة.

لا ينبغي أن ننسى أن ألمانيا أيضًا رائدة في إيجاد حلول "للمنازل السلبية" ، والتي تعمل إلى حد كبير بدون أنظمة التدفئة. قالت المستشارة الألمانية أنجيلا ميركل مؤخرًا: "إن هدفنا المتمثل في الحصول على 2050 في المائة من الكهرباء في ألمانيا من مصادر متجددة بحلول عام 80 لا يزال قائمًا".

ألواح شمسية جديدة

في المختبرات ، هناك صراع مستمر لتحسين الكفاءة. مصادر الطاقة المتجددة - على سبيل المثال ، الخلايا الكهروضوئية. الخلايا الشمسية ، التي تحول الطاقة الضوئية لنجمنا إلى كهرباء ، تقترب من 50 في المائة من سجل الكفاءة.

4. الجرافين على الرغوة للتحويل من الطاقة الشمسية إلى البخار باستخدام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

ومع ذلك ، تظهر الأنظمة الموجودة في السوق اليوم كفاءة لا تزيد عن 20 بالمائة. أحدث الألواح الكهروضوئية التي يتم تحويلها بكفاءة عالية طاقة الطيف الشمسي - من الأشعة تحت الحمراء ، من خلال النطاق المرئي ، إلى الأشعة فوق البنفسجية - فهي في الواقع لا تتكون من خلية واحدة ، بل أربع خلايا.

يتم فرض طبقات أشباه الموصلات على بعضها البعض. كل واحد منهم مسؤول عن الحصول على مجموعة مختلفة من الموجات من الطيف. هذه التقنية هي اختصار CPV (الخلايا الكهروضوئية المركزة) وقد سبق اختبارها في الفضاء.

في العام الماضي ، على سبيل المثال ، ابتكر المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مادة تتكون من رقائق الجرافيت الموضوعة على رغوة الكربون (4). عند وضعه في الماء وتوجيهه بواسطة أشعة الشمس ، فإنه يشكل بخار الماء ، مما يؤدي إلى تحويل ما يصل إلى 85 في المائة من جميع طاقة الإشعاع الشمسي إلى ذلك.

تعمل المادة الجديدة ببساطة شديدة - الجرافيت المسامي في الجزء العلوي منه قادر على امتصاص وامتصاص جيد تخزين الطاقة الشمسيةوفي الجزء السفلي توجد طبقة كربون مملوءة جزئيًا بفقاعات هواء (بحيث يمكن للمادة أن تطفو على الماء) ، مما يمنع الطاقة الحرارية من التسرب إلى الماء.

5. هوائيات كهروضوئية في حقل عباد الشمس

كان على حلول الطاقة الشمسية البخارية السابقة تركيز أشعة الشمس حتى ألف مرة من أجل العمل.

لا يتطلب حل MIT الجديد سوى عشرة أضعاف التركيز ، مما يجعل الإعداد بأكمله رخيصًا نسبيًا.

أو ربما تحاول الجمع بين طبق الأقمار الصناعية وعباد الشمس في تقنية واحدة؟ يرغب المهندسون في شركة Airlight Energy ، وهي شركة سويسرية مقرها في Biasca ، في إثبات إمكانية ذلك.

لقد طوروا لوحات طولها 5 أمتار مزودة بمصفوفات شمسية تشبه هوائيات التليفزيون الفضائي أو التلسكوبات الراديوية وتتبع أشعة الشمس مثل عباد الشمس (XNUMX).

من المفترض أن يكونوا مجمعين خاصين للطاقة ، لا يزودون الخلايا الكهروضوئية بالكهرباء فحسب ، بل يوفرون أيضًا التدفئة والمياه النظيفة ، وحتى بعد استخدام المضخة الحرارية ، يزودون الثلاجة بالطاقة.

المرايا المنتشرة على سطحها تنقل الإشعاع الشمسي الساقط وتركزه على الألواح ، حتى مرتين. تم تجهيز كل لوحة من لوحات العمل الست بـ 2 شريحة ضوئية يتم تبريدها بواسطة المياه المتدفقة عبر القنوات الدقيقة.

بفضل تركيز الطاقة ، تعمل الوحدات الكهروضوئية بكفاءة أكبر أربع مرات. عند تجهيزها بمحطة لتحلية مياه البحر ، تستخدم الوحدة الماء الساخن لإنتاج 2500 لتر من المياه العذبة يوميًا.

في المناطق النائية ، يمكن تركيب معدات تنقية المياه بدلاً من محطات التحلية. يمكن طي هيكل هوائي الزهرة بالكامل بطول 10 أمتار ونقله بسهولة بواسطة شاحنة صغيرة. فكرة جديدة لـ استخدام الطاقة الشمسية في المناطق الأقل تطورًا هو Solarkiosk (6).

تم تجهيز الوحدات من هذا النوع بجهاز توجيه Wi-Fi ويمكنها شحن أكثر من 200 هاتف محمول يوميًا أو تشغيل ثلاجة صغيرة حيث يمكن ، على سبيل المثال ، تخزين الأدوية الضرورية. وقد تم بالفعل إطلاق العشرات من هذه الأكشاك. كانوا يعملون بشكل رئيسي في إثيوبيا وبوتسوانا وكينيا.

7. مشروع ناطحة سحاب بيرتامينا

العمارة الحيوية

من المفترض أن تنتج ناطحة السحاب Pertamina (99) المكونة من 7 طابقًا والتي من المقرر بناؤها في جاكرتا ، عاصمة إندونيسيا ، نفس القدر من الطاقة التي تستهلكها. هذا هو أول مبنى بحجمه في العالم. ترتبط بنية المبنى ارتباطًا وثيقًا بالموقع - فهي تسمح فقط بدخول الإشعاع الشمسي الضروري ، مما يسمح لك بتوفير باقي طاقة الشمس.

8. الجدار الأخضر في برشلونة

يعمل البرج المقطوع كنفق للاستخدام طاقة الرياح. يتم تثبيت الألواح الكهروضوئية على كل جانب من جوانب المنشأة ، مما يسمح بإنتاج الطاقة على مدار اليوم ، في أي وقت من السنة.

سيحتوي المبنى على محطة طاقة حرارية أرضية متكاملة لتكملة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

في غضون ذلك ، أعد باحثون ألمان من جامعة جينا مشروع "الواجهات الذكية" للمباني. يمكن ضبط انتقال الضوء بالضغط على زر. ليس فقط أنها مجهزة بالخلايا الكهروضوئية ، ولكن أيضًا لزراعة الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي.

يتم دعم مشروع النوافذ الهيدروليكية الكبيرة (LaWin) من قبل الصناديق الأوروبية في إطار برنامج Horizon 2020. إن معجزة التكنولوجيا الخضراء الحديثة التي ظهرت على واجهة مسرح Raval في برشلونة لا علاقة لها بالمفهوم المذكور أعلاه (8).

الحديقة العمودية التي صممها Urbanarbolismo قائمة بذاتها تمامًا. يتم ري النباتات عن طريق نظام الري الذي تعمل مضخاته بالطاقة المولدة الألواح الشمسية يتكامل مع النظام.

الماء ، بدوره ، يأتي من هطول الأمطار. تتدفق مياه الأمطار عبر المزاريب إلى صهريج تخزين ، حيث يتم ضخها بعد ذلك بواسطة مضخات تعمل بالطاقة الشمسية. لا يوجد مصدر طاقة خارجي.

يسقي النظام الذكي النباتات وفقًا لاحتياجاتها. المزيد والمزيد من الهياكل من هذا النوع تظهر على نطاق واسع. ومن الأمثلة على ذلك الاستاد الوطني الذي يعمل بالطاقة الشمسية في كاوشيونغ ، تايوان (9).

صممه المهندس المعماري الياباني تويو إيتو وتم تشغيله في عام 2009 ، وهو مغطى بـ 8844 خلية كهروضوئية ويمكن أن يولد ما يصل إلى 1,14 جيجاوات / ساعة من الطاقة سنويًا ، مما يوفر 80 بالمائة من احتياجات المنطقة.

9. الاستاد الشمسي في تايوان

هل ستحصل الأملاح المنصهرة على الطاقة؟

تخزين الطاقة في شكل ملح مصهور غير معروف. تُستخدم هذه التقنية في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة مثل Ivanpah التي افتتحت مؤخرًا في صحراء Mojave. وفقًا لشركة Halotechnics التي لا تزال غير معروفة من كاليفورنيا ، فإن هذه التقنية واعدة جدًا بحيث يمكن توسيع تطبيقها ليشمل صناعة الطاقة بأكملها ، وخاصة المتجددة ، بالطبع ، حيث تعد مسألة تخزين الفائض في مواجهة نقص الطاقة مشكلة رئيسية.

تدعي الشركة أن تخزين الطاقة بهذه الطريقة هو نصف سعر البطاريات ، أنواع مختلفة من البطاريات الكبيرة. من حيث التكلفة ، يمكن أن تتنافس مع أنظمة التخزين التي يتم ضخها ، والتي ، كما تعلم ، لا يمكن استخدامها إلا في ظل ظروف ميدانية مواتية. ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا لها عيوبها.

على سبيل المثال ، يمكن إعادة استخدام 70 بالمائة فقط من الطاقة المخزنة في الأملاح المنصهرة ككهرباء (90 بالمائة في البطاريات). تعمل Halotechnics حاليًا على كفاءة هذه الأنظمة ، بما في ذلك استخدام المضخات الحرارية ومخاليط الملح المختلفة.

10. خزانات الملح المصهور لتخزين الطاقة

تم تشغيل المصنع التجريبي في مختبرات سانديا الوطنية في آربوكيرك ، نيو مكسيكو ، الولايات المتحدة الأمريكية. تخزين الطاقة مع الملح المصهور. إنه مصمم خصيصًا للعمل مع تقنية CLFR ، التي تستخدم المرايا التي تخزن الطاقة الشمسية لتسخين سائل الرش.

إنه ملح مصهور في خزان. يأخذ النظام الملح من الخزان البارد (290 درجة مئوية) ، ويستخدم حرارة المرايا ويسخن السائل إلى درجة حرارة 550 درجة مئوية ، وبعد ذلك ينقله إلى الخزان التالي (10). عند الحاجة ، يتم تمرير الملح المصهور ذو درجة الحرارة العالية من خلال مبادل حراري لتوليد البخار لتوليد الطاقة.

أخيرًا ، يُعاد الملح المصهور إلى الخزان البارد وتتكرر العملية في حلقة مغلقة. أظهرت الدراسات المقارنة أن استخدام الملح المصهور كسائل عامل يسمح بالتشغيل في درجات حرارة عالية ، ويقلل من كمية الملح اللازمة للتخزين ، ويلغي الحاجة إلى مجموعتين من المبادلات الحرارية في النظام ، مما يقلل من تكلفة النظام وتعقيده.

حل يوفر تخزين الطاقة على نطاق أصغر ، من الممكن تركيب بطارية برافين مع مجمعات شمسية على السطح. هذه تقنية تم تطويرها في الجامعة الإسبانية في بلاد الباسك (Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Uniberstitatea).

الغرض منه هو الاستخدام من قبل الأسرة العادية. الهيكل الرئيسي للجهاز مصنوع من صفائح ألمنيوم مغمورة في البارافين. يستخدم الماء كوسيط لنقل الطاقة ، وليس كوسيط تخزين. تنتمي هذه المهمة إلى البارافين ، الذي يأخذ الحرارة من ألواح الألمنيوم ويذوب عند درجة حرارة 60 درجة مئوية.

في هذا الاختراع ، يتم إطلاق الطاقة الكهربائية عن طريق تبريد الشمع ، والذي يعطي الحرارة للألواح الرقيقة. يعمل العلماء على زيادة تحسين كفاءة العملية عن طريق استبدال البارافين بمادة أخرى ، مثل الأحماض الدهنية.

يتم إنتاج الطاقة في عملية انتقال المرحلة. يمكن أن يكون للتركيب شكل مختلف وفقًا لمتطلبات البناء للمباني. يمكنك حتى بناء ما يسمى بأسقف مستعارة.

أفكار جديدة وطرق جديدة

يمكن تركيب مصابيح الشوارع ، التي طورتها شركة Kaal Masten الهولندية ، في أي مكان ، حتى في المناطق غير المكهربة. لا يحتاجون إلى شبكة كهربائية للعمل. تتوهج فقط بفضل الألواح الشمسية.

أعمدة هذه المنارات مغطاة بألواح شمسية. يدعي المصمم أنه خلال النهار يمكن أن يراكم الكثير من الطاقة بحيث يتوهج بعد ذلك طوال الليل. حتى الطقس الغائم لن يوقفهم. يتضمن مجموعة رائعة من البطاريات مصابيح موفرة للطاقة الصمام الثنائي الباعث للضوء.

يجب استبدال الروح (11) ، كما سمي هذا المصباح ، كل بضع سنوات. ومن المثير للاهتمام ، من وجهة نظر بيئية ، أن هذه البطاريات سهلة التعامل معها.

في هذه الأثناء ، تُزرع أشجار الطاقة الشمسية في إسرائيل. لن يكون هناك شيء غير عادي في هذا الأمر لولا حقيقة أنه بدلاً من الأوراق ، يتم تثبيت الألواح الشمسية في هذه المزارع ، والتي تستقبل الطاقة ، والتي تُستخدم بعد ذلك لشحن الأجهزة المحمولة ، وتبريد المياه ، وبث إشارة Wi-Fi.

يتكون التصميم ، المسمى eTree (12) ، من "جذع" معدني يتفرع ، وعلى الفروع الألواح الشمسية. يتم تخزين الطاقة التي يتم تلقيها بمساعدتهم محليًا ويمكن "نقلها" إلى بطاريات الهواتف الذكية أو الأجهزة اللوحية عبر منفذ USB.

12. شجرة الشجرة الإلكترونية

كما سيتم استخدامه لإنتاج مصدر مياه للحيوانات وحتى البشر. يجب أيضًا استخدام الأشجار كفوانيس في الليل.

يمكن تجهيزها بشاشات عرض بلورية سائلة. ظهرت أولى المباني من هذا النوع في حديقة خناديف بالقرب من مدينة زخرون يعقوب.

يولد الإصدار المكون من سبع لوحات 1,4 كيلوواط من الطاقة ، والتي يمكنها تشغيل 35 جهاز كمبيوتر محمول متوسط ​​الحجم. وفي الوقت نفسه ، لا يزال يتم اكتشاف إمكانات الطاقة المتجددة في أماكن جديدة ، مثل حيث تصب الأنهار في البحر وتندمج مع المياه المالحة.

قررت مجموعة من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) دراسة ظاهرة التناضح العكسي في البيئات التي تختلط فيها المياه بمستويات ملوحة مختلفة. يوجد فرق ضغط عند حدود هذه المراكز. عندما يمر الماء عبر هذه الحدود ، فإنه يتسارع ، وهو مصدر كبير للطاقة.

لم يقطع العلماء من جامعة بوسطن شوطًا طويلاً لاختبار هذه الظاهرة عمليًا. لقد حسبوا أن مياه هذه المدينة ، التي تتدفق إلى البحر ، يمكن أن تولد طاقة كافية لتلبية احتياجات السكان المحليين. مرافق معالجة.