5 vigtigste vedvarende naturlige energiressourcer
Nogle af de vigtigste vedvarende naturlige energiressourcer er: 1. Bioenergi 2. Geotermisk energi 3. Hydroelektrisk energi 4. Aktivt solvarmeanlæg 5. Vindkraft.
1. Bioenergi:
Bioenergi anvender vedvarende biomassressourcer til at producere en vifte af energirelaterede produkter, herunder el-flydende faste og gasformige brændstoffer, varme, kemikalier og andre materialer. Bioenergi tegner sig for ca. tre procent af primærenergiproduktionen.
Dette kommer fra biomasse, dvs. ethvert planteafledt organisk materiale, der kan leveres på fornyeligt grundlag, herunder dedikerede energiafgrøder og træer, landbrugsmad og foderafgrøder, affald fra landbrugsafgrøder og rester, træaffald og rester, vandplanter, animalsk affald, kommunalt affald, og andre affaldsmaterialer.
Typer af bioenergi og biobrændstoffer:
Flydende brændstoffer, herunder ethanol, methanol, biodiesel og gasformige brændstoffer, såsom hydrogen og methan, der stammer fra biomassefoderlagre. Biobrændstoffer er flydende brændstoffer fremstillet af estere, alkoholer, ethere og andre biomasse kemikalier. De er vedvarende brændstoffer, som kan produceres i ethvert klima ved hjælp af allerede udviklede landbrugspraksis. Fælles biobrændstoffer omfatter: ethanol og biodiesel. Ethanol er lavet af stivelse eller sukkerarter, typisk korn eller majs. Biodiesel er en ester lavet af fedtstoffer eller olier. Cellulosisk ethanol er fremtiden.
Fordele ved biobrændstoffer:
1. Fordi biobrændstoffer er fornyelige, kan de bruges på ubestemt tid uden at nedbryde jordens naturressourcer
2. Biobrændstoffer kan produceres i korte mængder tid (for eksempel: en vækstsæson), mens ikke-fornyelige, som fossile brændstoffer, tager 40 millioner år eller derover at blive produceret.
3. Biobrændstoffer er kulstofneutrale, hvilket betyder, at nettet C0 2 udgange svarer til netto C0 2 indgange. Biobrændstoffer reducerer skadelige emissioner i atmosfæren. Det er vedvarende og bidrager ikke til global opvarmning på grund af
dens lukkede carboncyklus.
Kulstof i brændstoffet blev oprindeligt fjernet fra luften af planter, så der er ingen nettoforøgelse af kuldioxidniveauerne. Det giver betydelige reduktioner i kulilte, uforbrændte kulbrinter og partikelemissioner fra dieselmotorer.
De fleste emissionstest har vist, at små nitrogenoxider (NOx) stiger med biodiesel. Denne stigning i NOx kan elimineres med en lille justering til motorens indsprøjtningstid, samtidig med at den partikelformede nedgang bevares. Biodiesel har fremragende smøreegenskaber, når den tilføjes til almindeligt dieselolie i en mængde svarende til 1-2%, kan den omdanne brændstof med dårlige smøreegenskaber, såsom moderne ultra-lavsvovl diesel, til et acceptabelt brændstof.
4. Biodiesel fremstilles af en række forskellige foderstoffer:
en. Sojabønneolie, majsolie, canola (en spiselig vifte af gape-frø) olie, bomuldsfrøolie, sennepolie, palmeolie, solsikkeolie, linolie, Jatropha-olie osv.
b. Restaurantaffald olier såsom stege olier
c. Animalske fedtstoffer, såsom oksekødstal eller svinekød
d. Trapfedt (fra restaurantfedtfælder), flydende fedt (fra spildevandsrensningsanlæg) mv.
5. Biobrændstoffer styrker økonomien ved:
en. Reducere afhængigheden af udenlandsk olie (derved mindske handelsunderskuddet)
b. Fremme vækst i landbrugssektoren
c. Biobrændsel elektricitet produceret af biomasse. Baseret på direkteforbrændingsteknologi: brænding af biomasse til fremstilling af damp i kedler. Dampen bruges til at producere elektricitet i dampturbine generatorer. De fleste producerede biobrændstoffer er fra affaldstræ. Fremtidige bioteknologiske teknologier kan omfatte co-firing, forgasning (biogas), pyrolyse og anaerob fordøjelse.
d. Bio-baserede kemikalier og industriprodukter, bortset fra fødevarer og foderstoffer, der stammer fra biomassefoder. Eksempler: grønne kemikalier, vedvarende plast, naturlige fibre og naturlige strukturelle materialer.
2. Geotermisk energi:
Udviklingen i alternative energikilder udløst af trusler mod traditionel udnyttelse af energiressourcerne, kørsel til selvforsyning og kørsel for at finde alternative energikilder, der er bredt tilgængelige, alsidige, fornyelige og har begrænset indvirkning på miljøet.
Geotermisk energi er den energi, der genereres af naturlige processer, der forekommer i jorden. Fumaroler, varme kilder og mudderpotter er naturlige fænomener, der skyldes geotermisk aktivitet. Intern varme fra jorden (som er produceret ved henfald af naturlige radioaktive materialer).
Mest sandsynlige steder er tæt på tallerken grænser med aktive vulkaner og høj varme flow, f.eks. Stillehavsområdet, Island, Middelhavet. Faciliteter til udnyttelse af geotermisk energi anvendes i vid udstrækning i Italien, USA, Japan, NZ, Mexico, Sovjetunionen.
Traditionel udnyttelse af geotermisk energi: Naturlige udslip af geotermisk energi er blevet brugt i århundreder i balneologi (helbredelse, hygiejne), indenlandske tjenester som madlavning, tøjvask (for eksempel indfødte newzealandere), mineraludvinding, hvor geotermisk vand kan indeholde nyttige mineraler som borsyre, svovl, vitriol eller aluminium.
Udnyttelse af geotermisk energi:
Temperaturerne i jorden varierer med dybde som vist i figur 3.2. Inden for jorden har forskellige områder forskellige termiske gradienter og dermed forskellige udnyttelsespotentialer. Højere termiske gradienter svarer til områder, der indeholder mere geotermisk energi. Geotermiske områder, som kan bruges til storskala operationer som elproduktion kræver specifikke termiske gradienter.
Områder med disse gradienter klassificeres som geotermiske felter og er kun lokaliseret i udvalgte områder af kloden. Geotermiske felter er de termiske områder, hvor permeable stenformationer under jorden indeholder en arbejdsfluid, uden hvilken området ikke kunne udnyttes i stor skala.
en. Semitermisk felt - producerer vand op til 100 ° C fra boredybder på 1-2 km
b. Vådt hyper-termisk felt (vanddomineret) - producerer trykvand> 100 ° C
c. Tørt hyper-termisk felt (dampdemineret) - producerer tørmættet eller lidt overophedet damp ved P> P atm
Ved at udnytte geotermiske felter, især hyper-termiske felter, kan geotermisk energi udnyttes i stor skala. Semitermiske felter, der typisk findes i områder med unormalt høje temperaturgradienter, Hyper-termiske felter, der generelt er placeret ved tektoniske pladegrænser i seismiske zoner. Varme strømmer udad fra midten som følge af radioaktivt henfald.
Skorpen (ca. 30 og 60 km tykk) isolerer os fra den indre varme, en fast indre kerne efterfulgt af en væskekarre, med mantlen ved halvsmeltet tilstand og temperaturen ved skorstenens base omkring 1000 ° C, stiger langsomt ind i kernen. De hot spots er placeret 2 til 3 km fra overfladen.
Tektoniske plader er i konstant bevægelse (flere centimeter / år). Når kollision eller slibning opstår, kan det skabe bjerge, vulkaner, gejsere og jordskælv. I nærheden af krydsene på disse plader er der hvor jordvarme bevæger sig hurtigt fra indretningen? Fordeling af store geotermiske energireserver er vist i figur 3.3.
1. Miljøpåvirkninger ved installation af geotermiske kraftværker er langt mindre end traditionelle kraftværker med hensyn til jordpåvirkninger, luftpåvirkninger, overflade- og grundvandspåvirkninger og æstetiske virkninger reduceret yderligere i systemer, hvor geotermisk spildevand og damp injiceres igen ind i jorden.
Alvorlighed af miljøpåvirkninger afhængig af: type termisk ressource udviklet, geotermisk væskes kemiske sammensætning, kemisk sammensætning af undergrundsrock, geologi, hydrologi og topografi af området sammen med teknologien anvendt til energiproduktion og forureningskontrol. Ledelsesplanlægning kan ofte reducere forureningens påvirkning gennem emissionskontrol og korrekt planlægning.
3. Vandkraft:
Vandkraft skal være en af de ældste produktionsmetoder. Vandkraft er fremstillet af rennende vand. Energi i vand kan udnyttes og anvendes i form af drivkraft eller temperaturforskelle. Den mest almindelige anvendelse er dammen, men den kan bruges direkte som en mekanisk kraft eller en termisk kilde / vask.
Vandkraft fra potentiel energi i vandforhøjelsen leverer nu ca. 715.000 MWe eller 19% af verdens elektricitet, og store dams er stadig ved at blive designet. Bortset fra et par lande med en overflod af det, anvendes vandkraft normalt på højspændingsbehov, fordi den så let standses og startes.
Ikke desto mindre er vandkraft ikke nok en vigtig mulighed for fremtiden for energiproduktionen i de udviklede lande, fordi de fleste større steder inden for disse nationer med potentialet til at udnytte tyngdekraften på denne måde enten enten udnyttes eller er utilgængelige af andre grunde som miljømæssige overvejelser.
Småskala hydro- eller mikrokraft har i stigende grad været anvendt som alternative energikilder, især i fjerntliggende områder. Andre strømkilder er ikke levedygtige. Småskala vandkraftanlæg kan installeres i små floder eller vandløb med ringe eller ingen mærkbar miljøpåvirkning på ting som fiskemigration. De fleste småskala vandkraftanlæg gør ikke brug af dæmning eller større vandafledning, men bruger vandhjul med lille miljøpåvirkning.
Vand er nødvendigt for at køre en vandkraftproducerende enhed. Det holdes i et reservoir eller en sø bag dæmningen, og vandets kraft frigøres fra reservoiret gennem dæmningen spinder bladene i en turbine. Turbinen er forbundet med generatoren, som producerer elektricitet. Efter at have passeret turbinen reentrerer vandet floden på nedstrøms siden af dæmningen. (Figur 3.4).
4. Aktivt solvarmeanlæg:
Aktivt solvarmeanlæg opvarmet væske cirkuleres kunstigt. Flatplader samler-flad metalplade absorberer solens energi. Væske kommer i kontakt med pladen og cirkuleres til det nødvendige sted. Pladen er indeholdt i isolerede bokse med glas låg (glas er uigennemsigtig til infrarød re-stråling, men tillader i 90% af indfaldende stråling).
Typer af samlere:
1. Rør sandwichet mellem pladerne
2. Vanddråbe over pladen
3. Sort gummimåtte med rør og finner (lavt temp swimmingpools)
4. Samlereffektivitet = 100% x (nyttig energi leveret) / (insolation på samler) nummer kan være så høj som 60-70%
Faktorer der påvirker effektiviteten:
1. Vandtemp - da ledningstab afhænger af T, større T = flere tab
2. Strålingstab - varme ting udstråler. Coating absorber hjælper kobberoxid film-absorbans = .9, emissivitet = .15
3. Vinkel på opsamler - afhænger af brug.
Opbevaring:
Der findes flere forskellige typer lagringssystemer, brugen afhænger af plads.
Volumenvarme kapacitet = mængde energi, der kræves for at hæve en volumen enhed af materiale, en grad temperatur = specifik varme x tæthed Ex. jern 1/8 varmekapacitet vand, men 8 gange tættere Vi kan bruge vand under rocklag, især til luftsystem. Faseændrende materialer - Fusionsfrigøringsvarme, kan være mindre opbevaring, men opbevares ved specifik temperatur. Eks. Eutektiske salte.
Anvendelse:
1. Rumopvarmning - Baseboard radiatorer. Varme fra opsamler pumpes til opbevaringstanken. Væske pumpes derefter ud, og om nødvendigt tilsættes yderligere varme før man går til basisplader
2. Varmt vand - Samme som rumopvarmning, undtagen vand er helt sikkert brugt (varmeveksler i lagertank).
Fokuserede samlere:
Fokuserede samlere - et aktivt solsystem, der bruger buede spejle til at fokusere sollys på arbejdsvæske. Kan opnå temperaturer på over 180 F og op til 1000 F. Større brug er i dampgeneratorer (hvorfor skulle du have brug for 1000 F vand eller luft?)
Passive solvarmeanlæg:
Passivt solvarmesystem - opvarmet væske overføres ikke kunstigt. Naturlige midler (konvektion og ledning) bruges til at gøre al den transport, der er nødvendig. Stor gevinst i besparelser. Denne type system anvender det faktum, at mængden af solenergi, der overføres gennem glas over 24 perioder, er større end varmen tabt gennem dem. Alle typer har brug for fremragende isolering, solkollektion og termiske lagerfaciliteter.
Fire almindelige typer er:
en. Direkte gevinst - direkte sollys opvarmer rum. Behøver varmemasse til opbevaring af varme (Beton, sten osv.). Adobe huse i sydvest
b. Indirekte gevinst - indsamle og opbevare energi i en del og tillade naturlig konvektion at overføre energi til andre dele. Eks. Trombe væg
c. Vedhæftet drivhus - ligesom indirekte gevinst. Men også giver barriere om sommeren direkte sollys i boliger. Også god til madproduktion
d. Thermosiphon - kan bruges til varmt vand. Til hjemmet opvarmning eller vinduesenhed bruger naturlig opdrift til varme.
Økonomi:
Aktive systemer er dyre, passive mindre. Dyrere at tilpasse sig end at indbygge. I disse tider, der ikke er noget incitament til at gøre det (energipriserne lave, ingen soludbytte) og økonomi, er det ingen, der tænker på det.
Største push kan skyldes miljømæssige årsager:
en. Mulige besparelser - 25% af energiforbruget går til opvarmning og afkøling
b. Nordlige stater har et større behov for varm luft om vinteren, men modtager mindre insolation end sydlige stater
c. Sydens største brug sandsynligvis for varmt vand. Varmtvand udgør 4% af energiforbruget.
d. Batterier gemmer strømmen og frigiver strømmen efter behov.
e. Batteribanken består af en eller flere solcylinderbatterier.
f. Afhængigt af strøm og spænding til bestemte applikationer, forbinder batterierne serier og / eller parallelle.
Tre måder at konvertere sollys til elektricitet, hovedsagelig solceller og vindmøller.
Solar Cell principper:
Fotoelektrisk effekt - opdaget af Heinrich Hertz i 1887. Forklaret af Einstein i 1905. Elektroner udsendes, når lys rammer metaller. Puslespil var det for visse lysfarver, ingen elektroner udsendes. Forklaring - Lyset har bølge- og partikelegenskaber. Hvis vi tænker på partikel, så har hver foton energi af E = hf. Som foton absorberes af metal, hvis hf er større end bindende energi af elektroner til metal, så frigives elektroner.
Solar Cell Fremstilling:
De fleste solceller (PV) består af to halvledermaterialer, der er sammenføjet. Silicon er "doteret" med fosfor for at skabe en halvlederkrystal af n-type, som er forbundet med silicium "doteret" med bor (p-type halvlederkrystal) for at skabe et pn-kryds. Dette skaber en potentiel barriere, der "giver retning" til de frigjorte elektroner, dvs. de frigjorte elektroner drives i retning af det potentielle energitab.
p-n krydsninger kan også være dannet ud af amorft silicium (ingen krystallinsk struktur). Dangling obligationer (manglende krystallinsk struktur) kan fange gratis elektroner. Disse er billige til fremstilling og er effektive under fluorescerende lys.
Andre materialer end silicium kan bruges til at oprette pn-krydsene. Materialer som galliumarsenid, cadmium tellurid og cadmiumsulfid kan anvendes. Effektivitetsniveauer højere end siliciumbaserede PV-celler kan opnås (bøger citat på 40% er ude af købet med langvarig brug, bedste effektivitet er ca. 20-25%).
5. Vind energi:
Vindkraft er vindens kinetiske energi eller udvindingen af denne energi ved vindmøller. I 2004 blev vindkraft den billigste form for ny elproduktion, der dypper under prisen pr. Kilowatt-time kulfyrede anlæg.
Vindkraft vokser hurtigere end nogen anden form for elektrisk produktion, på ca. 37%, op fra 25% vækst i 2002. I slutningen af 1990'erne var omkostningerne ved vindkraft omkring fem gange, hvad det er i 2005, og det nedadgående Trenden forventes at fortsætte, da større turbiner med flere megawatt er masseproduceret.
Anslået 1 til 3 procent af solenergiens energi omdannes til vindenergi. Dette er omkring 50 til 100 gange mere energi end hvad der omdannes til biomasse af alle planter på jorden gennem fotosyntese. Størstedelen af denne vindenergi kan findes i høje højder, hvor kontinuerlige vindhastigheder på over 160 km / t er almindelige. Til sidst bliver vindenergien omdannet gennem friktion til diffus varme gennem jordens overflade og atmosfære.
Mens den nøjagtige kinetik af vind er ekstremt kompliceret og relativt lidt forstået, er grundene i dets oprindelse forholdsvis simple. Jorden opvarmes ikke jævnt af solen. Ikke kun får polerne mindre energi fra solen end ækvator gør, men tørt land opvarmer (og køler ned) hurtigere end havene gør.
Differentialvarmen giver et globalt atmosfærisk konvektionssystem, der når fra jordens overflade til stratosfæren, fungerer som et virtuelt loft. Ændringen af årstider, ændring af dag og nat, Coriolis-effekten er den uregelmæssige albedo (refleksivitet) af jord og vand, fugtighed og vindens friktion over forskellige terræner nogle af de mange faktorer, der komplicerer vindstrømmen over overfladen .
