5 tài nguyên năng lượng tự nhiên tái tạo quan trọng nhất

Một số tài nguyên năng lượng tự nhiên tái tạo quan trọng nhất là: 1. Năng lượng sinh học 2. Năng lượng địa nhiệt 3. Năng lượng thủy điện 4. Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời hoạt động 5. Năng lượng gió.

1. Năng lượng sinh học:

Năng lượng sinh học sử dụng các nguồn sinh khối tái tạo để sản xuất một loạt các sản phẩm liên quan đến năng lượng bao gồm cả chất lỏng rắn và nhiên liệu khí, nhiệt, hóa chất và các vật liệu khác. Năng lượng sinh học chiếm khoảng ba phần trăm sản lượng năng lượng chính.

Điều này đến từ sinh khối, tức là bất kỳ chất hữu cơ có nguồn gốc thực vật nào có sẵn trên cơ sở tái tạo, bao gồm cây trồng năng lượng chuyên dụng và cây, thức ăn nông nghiệp và thức ăn chăn nuôi, chất thải và tàn dư cây trồng nông nghiệp, chất thải gỗ và chất thải, thực vật thủy sinh, chất thải động vật, chất thải đô thị và các vật liệu phế thải khác.

Các loại năng lượng sinh học và nhiên liệu sinh học:

Nhiên liệu lỏng bao gồm ethanol, metanol, diesel sinh học và nhiên liệu khí như hydro và metan có nguồn gốc từ nguồn dự trữ sinh khối. Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu lỏng được làm từ este, rượu, ete và các hóa chất sinh khối khác. Chúng là nhiên liệu tái tạo có thể được sản xuất trong bất kỳ khí hậu sử dụng các thực hành nông nghiệp đã được phát triển. Nhiên liệu sinh học phổ biến bao gồm: ethanol và diesel sinh học. Ethanol được làm từ tinh bột hoặc đường, điển hình là ngũ cốc hoặc ngô. Diesel sinh học là một ester làm từ chất béo hoặc dầu. Ethanol xenlulo là - tương lai.

Ưu điểm của nhiên liệu sinh học:

1. Vì nhiên liệu sinh học có thể tái tạo nên chúng có thể được sử dụng vô thời hạn mà không làm cạn kiệt nguồn dự trữ tài nguyên thiên nhiên của trái đất

2. Nhiên liệu sinh học có thể được sản xuất trong một khoảng thời gian ngắn (ví dụ: một mùa sinh trưởng) trong khi không thể tái tạo, như nhiên liệu hóa thạch, phải mất 40 triệu năm hoặc hơn để sản xuất.

3. Nhiên liệu sinh học là trung tính carbon, có nghĩa là đầu ra C0 ₂ ròng bằng với đầu vào C0 ₂ ròng. Nhiên liệu sinh học làm giảm khí thải độc hại vào khí quyển. Nó có thể tái tạo và không đóng góp vào sự nóng lên toàn cầu do
chu trình carbon kín của nó.

Carbon trong nhiên liệu ban đầu được loại bỏ khỏi không khí bởi các nhà máy do đó không có sự gia tăng ròng về mức độ carbon dioxide. Nó cung cấp giảm đáng kể lượng carbon monoxide, hydrocarbon không cháy và phát thải hạt từ động cơ diesel.

Hầu hết các thử nghiệm phát thải đã cho thấy lượng oxit nitơ (NOx) tăng nhẹ với dầu diesel sinh học. Sự gia tăng NOx này có thể được loại bỏ bằng một sự điều chỉnh nhỏ về thời gian phun của động cơ trong khi vẫn duy trì mức giảm hạt. Diesel sinh học có đặc tính bôi trơn tuyệt vời, khi được thêm vào nhiên liệu diesel thông thường với lượng bằng 1-2%, nó có thể chuyển đổi nhiên liệu có đặc tính bôi trơn kém, như nhiên liệu diesel cực thấp lưu huỳnh hiện đại, thành nhiên liệu chấp nhận được.

4. Diesel sinh học được sản xuất từ ​​nhiều loại thức ăn chăn nuôi:

a. Dầu đậu nành, dầu ngô, dầu canola (một loại hạt gape có thể ăn được), dầu hạt bông, dầu mù tạt, dầu cọ, dầu hướng dương, dầu hạt lanh, dầu Jatropha, v.v.

b. Dầu thải nhà hàng như dầu chiên

c. Chất béo động vật như mỡ bò hoặc mỡ lợn

d. Bẫy mỡ (từ bẫy mỡ nhà hàng), mỡ nổi (từ các nhà máy xử lý nước thải), v.v.

5. Nhiên liệu sinh học tăng cường kinh tế bằng cách:

a. Giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài (do đó giảm thâm hụt thương mại)

b. Khuyến khích tăng trưởng trong lĩnh vực nông nghiệp

c. Điện năng sinh học được tạo ra từ sinh khối. Dựa trên công nghệ đốt trực tiếp: đốt sinh khối để tạo hơi trong nồi hơi. Hơi nước được sử dụng để sản xuất điện trong máy phát tua bin hơi nước. Hầu hết năng lượng sinh học được sản xuất là từ gỗ thải. Các công nghệ năng lượng sinh học trong tương lai có thể bao gồm đốt đồng, khí hóa (khí sinh học), nhiệt phân và tiêu hóa kỵ khí.

d. Hóa chất sinh học và các sản phẩm công nghiệp, trừ thực phẩm và thức ăn, có nguồn gốc từ nguồn dự trữ sinh khối. Ví dụ: hóa chất xanh, nhựa tái tạo, sợi tự nhiên và vật liệu cấu trúc tự nhiên.

2. Năng lượng địa nhiệt:

Sự phát triển trong các nguồn năng lượng thay thế gây ra bởi các mối đe dọa cạn kiệt tài nguyên năng lượng truyền thống, hướng đến sự tự túc và nỗ lực tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế có sẵn rộng rãi, linh hoạt, có thể tái tạo và có tác động hạn chế đến môi trường.

Năng lượng địa nhiệt là nhiệt năng lượng được tạo ra bởi các quá trình tự nhiên xảy ra trong trái đất. Fumaroles, suối nước nóng và chậu bùn là những hiện tượng tự nhiên do hoạt động địa nhiệt. Nhiệt bên trong từ trái đất (được tạo ra bởi sự phân rã của các chất phóng xạ tự nhiên).

Hầu hết các địa điểm có khả năng nằm gần ranh giới mảng với các núi lửa đang hoạt động và lưu lượng nhiệt cao, ví dụ Pacific Rim, Iceland, Địa Trung Hải. Các cơ sở khai thác năng lượng địa nhiệt được sử dụng rộng rãi ở Ý, Mỹ, Nhật Bản, New Zealand, Mexico, Liên Xô.

Sử dụng năng lượng địa nhiệt truyền thống: Việc giải phóng năng lượng địa nhiệt tự nhiên đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ trong Balneology (Chữa bệnh, Vệ sinh), Các dịch vụ trong nước như Nấu ăn, giặt ủi, (Ví dụ: Người New Zealand bản địa), Khai thác khoáng sản, trong đó nước địa nhiệt có thể chứa các khoáng chất hữu ích như axit boric, lưu huỳnh, vitriol hoặc nhôm.

Khai thác năng lượng địa nhiệt:

Nhiệt độ trong trái đất thay đổi theo độ sâu như trong hình 3.2. Trong trái đất, các khu vực khác nhau có độ dốc nhiệt khác nhau và do đó tiềm năng sử dụng khác nhau. Độ dốc nhiệt cao hơn tương ứng với các khu vực chứa nhiều năng lượng địa nhiệt. Các khu vực địa nhiệt có thể được sử dụng cho các hoạt động quy mô lớn như phát điện đòi hỏi độ dốc nhiệt cụ thể.

Các khu vực sở hữu các độ dốc này được phân loại là các trường địa nhiệt và chỉ nằm trong các khu vực được chọn trên toàn cầu. Các lĩnh vực địa nhiệt là các khu vực nhiệt, nơi các thành tạo đá thấm dưới mặt đất có chứa một chất lỏng làm việc mà không có khu vực này không thể khai thác trên quy mô lớn.

a. Trường bán nhiệt - tạo ra nước tới 100 ° C từ độ sâu khoan 1-2 km

b. Trường siêu nhiệt ướt (thống trị nước) - tạo ra nước có áp suất> 100 ° C

c. Trường siêu nhiệt khô (chiếm ưu thế hơi) - tạo ra hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt ở P> P _atm

Bằng cách khai thác các trường địa nhiệt, đặc biệt là các trường siêu nhiệt, năng lượng địa nhiệt có thể được khai thác trên quy mô lớn. Các trường bán nhiệt thường được tìm thấy ở các khu vực có độ dốc nhiệt độ cao bất thường, các trường siêu nhiệt thường nằm ở ranh giới mảng kiến ​​tạo trong các khu vực địa chấn. Nhiệt truyền ra từ trung tâm là kết quả của sự phân rã phóng xạ.

Lớp vỏ (dày khoảng 30 và 60 km), cách ly chúng ta khỏi nhiệt bên trong, lõi bên trong rắn, tiếp theo là lõi ngoài lỏng, với lớp phủ ở trạng thái bán nóng chảy và nhiệt độ ở lớp vỏ khoảng 1000 ° C, tăng chậm vào cốt lõi. Các điểm nóng nằm cách bề mặt 2 đến 3 km.

Các mảng kiến ​​tạo đang chuyển động không đổi (vài centimet / năm). Khi va chạm hoặc mài mòn xảy ra, nó có thể tạo ra núi, núi lửa, mạch nước phun và động đất. Gần các điểm nối của các tấm này, là nơi nhiệt địa nhiệt truyền nhanh từ bên trong? Phân phối dự trữ năng lượng địa nhiệt chính được thể hiện trong hình 3.3.

1. Tác động môi trường đối với việc lắp đặt các nhà máy nhiệt điện địa lý ít hơn nhiều so với các nhà máy điện truyền thống về tác động đất, tác động không khí, tác động nước mặt và nước ngầm và các tác động thẩm mỹ tiếp tục giảm trong các hệ thống nơi nước thải và hơi nước địa nhiệt được bơm lại ở dươi đât.

Mức độ nghiêm trọng của tác động môi trường phụ thuộc vào: loại tài nguyên nhiệt được phát triển, thành phần hóa học của chất lỏng địa nhiệt, thành phần hóa học của đá ngầm, địa chất, thủy văn và địa hình của khu vực cùng với công nghệ được sử dụng để sản xuất năng lượng và kiểm soát ô nhiễm. Kế hoạch quản lý thường có thể làm giảm ảnh hưởng của ô nhiễm thông qua kiểm soát khí thải và lập kế hoạch phù hợp.

3. Năng lượng thủy điện:

Thủy điện phải là một trong những phương pháp sản xuất điện lâu đời nhất. Năng lượng thủy điện được lấy từ nước chảy. Năng lượng trong nước có thể được khai thác và sử dụng, dưới dạng chênh lệch năng lượng hoặc nhiệt độ. Ứng dụng phổ biến nhất là đập, nhưng nó có thể được sử dụng trực tiếp như một lực cơ học hoặc nguồn nhiệt / bồn rửa.

Thủy điện từ năng lượng tiềm năng của độ cao của nước, hiện cung cấp khoảng 715.000 Mwe hoặc 19% điện thế giới và các đập lớn vẫn đang được thiết kế. Ngoài một số quốc gia có sự phong phú về nó, thủy điện thường được áp dụng cho nhu cầu phụ tải cao điểm, bởi vì nó rất dễ bị dừng lại và bắt đầu.

Tuy nhiên, thủy điện có lẽ không phải là một lựa chọn chính cho tương lai của sản xuất năng lượng ở các quốc gia phát triển bởi vì hầu hết các địa điểm chính trong các quốc gia này có tiềm năng khai thác trọng lực theo cách này hoặc đã bị khai thác hoặc không có sẵn vì các lý do khác như môi trường cân nhắc.

Thủy điện quy mô nhỏ hoặc thủy điện nhỏ đã ngày càng được sử dụng như một nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là ở các vùng sâu vùng xa, các nguồn năng lượng khác không khả thi. Các hệ thống thủy điện quy mô nhỏ có thể được lắp đặt ở các con sông hoặc suối nhỏ với rất ít hoặc không có tác động môi trường rõ rệt đối với những thứ như di cư của cá. Hầu hết các hệ thống thủy điện quy mô nhỏ không sử dụng đập hoặc dòng nước lớn, mà sử dụng bánh xe nước với ít tác động môi trường.

Nước là cần thiết để chạy một đơn vị sản xuất thủy điện. Nó được giữ trong một hồ chứa hoặc hồ phía sau con đập và lực nước được giải phóng khỏi hồ chứa thông qua con đập quay các lưỡi của tuabin. Tua bin được kết nối với máy phát điện tạo ra điện. Sau khi đi qua tua-bin, nước chảy ngược dòng sông ở phía hạ lưu đập. (Hình 3.4).

4. Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời hoạt động:

Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời hoạt động - chất lỏng được làm nóng được lưu thông nhân tạo. Tấm kim loại phẳng - tấm kim loại phẳng hấp thụ năng lượng mặt trời. Chất lỏng tiếp xúc với tấm và được lưu thông đến nơi cần thiết. Tấm được chứa trong hộp cách nhiệt có nắp thủy tinh (thủy tinh mờ đối với bức xạ lại hồng ngoại nhưng cho phép 90% bức xạ sự cố).

Các loại người sưu tầm:

1. Ống kẹp giữa các tấm

2. Nước nhỏ giọt trên đĩa

3. Thảm cao su màu đen với ống và vây (bể bơi nhiệt độ thấp)

4. Hiệu suất của bộ thu = 100% x (năng lượng hữu ích được cung cấp) / (cách ly trên bộ thu) có thể lên tới 60-70%

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả:

1. Nhiệt độ nước - do tổn thất dẫn truyền phụ thuộc vào T, lớn hơn T = tổn thất nhiều hơn

2. Mất bức xạ - những thứ nóng bức xạ. Chất hấp thụ lớp phủ giúp màng oxit đồng Độ hấp thụ của = = 9, độ phát xạ = .15

3. Góc của người thu gom - phụ thuộc vào cách sử dụng.

Lưu trữ:

Một số loại hệ thống lưu trữ khác nhau tồn tại, việc sử dụng phụ thuộc vào không gian.

Nhiệt dung thể tích = lượng năng lượng cần thiết để tăng một đơn vị thể tích của vật liệu, nhiệt độ một độ = nhiệt dung riêng x mật độ Ex. sắt có khả năng chịu nhiệt bằng nước, nhưng đặc hơn 8 lần Chúng ta có thể sử dụng nước dưới các lớp đá, đặc biệt là đối với hệ thống không khí Vật liệu thay đổi pha - nhiệt giải phóng nhiệt hạch, có thể lưu trữ nhỏ hơn, nhưng giữ được nhiệt độ cụ thể. Vd Muối eutectic.

Sử dụng:

1. Không gian sưởi ấm - Bộ tản nhiệt chân đế. Nhiệt từ bộ thu được bơm vào bể chứa. Chất lỏng sau đó được bơm ra, và nếu cần, thêm nhiệt trước khi đi đến ván chân tường

2. Nước nóng - Tương tự như sưởi ấm không gian, ngoại trừ nước chắc chắn được sử dụng (bộ trao đổi nhiệt trong bể chứa).

Bộ sưu tập tập trung:

Bộ sưu tập tập trung - một hệ mặt trời hoạt động sử dụng gương cong để tập trung ánh sáng mặt trời vào chất lỏng làm việc. Có thể đạt được nhiệt độ lớn hơn 180 F và lên tới 1000 F. Sử dụng chính là trong máy tạo hơi nước (tại sao bạn cần 1000 F nước hoặc không khí?)

Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động:

Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động - chất lỏng nóng không được truyền nhân tạo. Phương tiện tự nhiên (đối lưu và dẫn) được sử dụng để thực hiện tất cả các vận chuyển cần thiết. Thu nhập lớn trong tiết kiệm. Loại hệ thống này sử dụng thực tế là lượng năng lượng mặt trời truyền qua thủy tinh trong 24 chu kỳ lớn hơn nhiệt lượng bị mất qua chúng. Tất cả các loại cần cách nhiệt tuyệt vời, thu thập năng lượng mặt trời và các cơ sở lưu trữ nhiệt.

Bốn loại phổ biến là:

a. Tăng trực tiếp - ánh sáng mặt trời trực tiếp làm nóng phòng. Cần khối lượng nhiệt để lưu trữ nhiệt (Bê tông, đá, vv). Nhà Adobe phía tây nam

b. Thu nhập gián tiếp - thu thập và lưu trữ năng lượng trong một phần và cho phép đối lưu tự nhiên để truyền năng lượng sang các phần khác. Vd Bức tường trombe

c. Nhà kính đính kèm - giống như lợi ích gián tiếp. Tuy nhiên cũng cung cấp rào cản trong mùa hè của ánh sáng mặt trời trực tiếp trong khu vực sinh sống. Cũng tốt cho sản xuất thực phẩm

d. Thermosiphon - có thể được sử dụng cho nước nóng. Đối với sưởi ấm nhà hoặc đơn vị cửa sổ sử dụng phao tự nhiên để sưởi ấm.

Kinh tế học:

Hệ thống hoạt động là đắt tiền, thụ động ít như vậy. Đắt tiền hơn để phù hợp với retro hơn là xây dựng. Trong những thời điểm này, không có động lực để làm điều đó (giá năng lượng thấp, không chia cổ tức mặt trời) và cách thức kinh tế, không ai nghĩ về điều đó.

Đẩy mạnh nhất có thể nhiều hơn vì lý do môi trường:

a. Tiết kiệm có thể - 25% sử dụng năng lượng cho sưởi ấm và làm mát

b. Các bang miền Bắc có nhu cầu không khí nóng nhiều hơn vào mùa đông, nhưng nhận được ít sự xấc xược hơn các bang miền Nam

c. Sử dụng lớn nhất của Nam có lẽ cho nước nóng. Nước nóng trong nước chiếm 4% năng lượng sử dụng.

d. Pin lưu trữ năng lượng được tạo ra và xả điện khi cần thiết.

e. Ngân hàng pin bao gồm một hoặc nhiều loại pin chu kỳ sâu mặt trời.

f. Tùy thuộc vào dòng điện và điện áp cho một số ứng dụng nhất định, pin được nối tiếp và / hoặc song song.

Ba cách để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, chủ yếu là tua bin gió quang điện và tua bin nhiệt mặt trời (hơi nước).

Nguyên tắc pin mặt trời:

Hiệu ứng quang điện - được phát hiện bởi Heinrich Hertz vào năm 1887. Giải thích bởi Einstein vào năm 1905. Các electron được phát ra khi ánh sáng chiếu vào kim loại. Câu đố là đối với một số màu sắc nhất định của ánh sáng, không có electron nào phát ra. Giải thích - Ánh sáng có đặc tính sóng và hạt. Nếu chúng ta nghĩ về hạt, thì mỗi photon có năng lượng E = hf. Vì photon được hấp thụ bởi kim loại, nếu hf lớn hơn năng lượng liên kết của electron với kim loại, thì electron sẽ được giải phóng.

Sản xuất pin mặt trời:

Hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời (PV) bao gồm hai vật liệu bán dẫn được nối với nhau. Silicon được pha tạp tinh thể với photpho để tạo ra một tinh thể bán dẫn loại n, được nối với silicon tinh thể pha tạp với boron (tinh thể bán dẫn loại p) để tạo ra một điểm nối pn. Điều này tạo ra một rào cản tiềm năng mà nhóm đưa ra hướng cho các electron được giải phóng, tức là các electron được giải phóng được điều khiển theo hướng giảm năng lượng tiềm năng.

mối nối p- n cũng có thể được hình thành từ silic vô định hình (không có cấu trúc tinh thể). Liên kết lơ lửng (thiếu cấu trúc tinh thể) có thể thu được các electron tự do. Đây là giá rẻ để sản xuất và có hiệu quả dưới ánh sáng huỳnh quang.

Các vật liệu khác ngoài silicon có thể được sử dụng để tạo ra các mối nối pn. Các vật liệu như gallium arsenide, cadmium Telluride và cadmium sulfide có thể được sử dụng. Hiệu quả cao hơn các tế bào PV dựa trên silicon có thể đạt được (trích dẫn sách 40% là không phù hợp với việc sử dụng lâu dài; hiệu quả tốt nhất là khoảng 20-25%).

5. Năng lượng gió:

Năng lượng gió là động năng của gió, hoặc khai thác năng lượng này bằng các tuabin gió. Năm 2004, năng lượng gió trở thành hình thức sản xuất điện mới ít tốn kém nhất, giảm xuống dưới giá thành mỗi kilowatt giờ của các nhà máy đốt than.

Năng lượng gió đang phát triển nhanh hơn bất kỳ hình thức phát điện nào khác, vào khoảng 37%, tăng từ mức tăng trưởng 25% vào năm 2002. Vào cuối những năm 1990, chi phí cho năng lượng gió gấp khoảng năm lần so với năm 2005 và giảm xuống xu hướng dự kiến ​​sẽ tiếp tục khi các tuabin đa megawatt lớn hơn được sản xuất hàng loạt.

Ước tính 1 đến 3 phần trăm năng lượng từ Mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng gió. Đây là năng lượng gấp khoảng 50 đến 100 lần so với năng lượng được chuyển đổi thành sinh khối bởi tất cả các loài thực vật trên trái đất thông qua quá trình quang hợp. Hầu hết năng lượng gió này có thể được tìm thấy ở độ cao lớn, nơi tốc độ gió liên tục trên 160 km / h (100 dặm / giờ) là phổ biến. Cuối cùng, năng lượng gió được chuyển đổi qua ma sát thành nhiệt khuếch tán khắp bề mặt và bầu khí quyển của trái đất.

Trong khi động học chính xác của gió là cực kỳ phức tạp và tương đối ít được hiểu, thì những điều cơ bản về nguồn gốc của nó là tương đối đơn giản. Trái đất không được làm nóng đều bởi mặt trời. Không chỉ các cực nhận được ít năng lượng từ mặt trời hơn so với đường xích đạo, mà đất khô cũng nóng lên (và nguội dần) nhanh hơn so với biển.

Hệ thống sưởi vi sai cung cấp năng lượng cho hệ thống đối lưu khí quyển toàn cầu vươn từ bề mặt trái đất đến tầng bình lưu hoạt động như một trần ảo. Sự thay đổi của mùa, thay đổi ngày và đêm, Coriolis ảnh hưởng đến albedo (độ phản xạ) không đều của đất và nước, độ ẩm và ma sát của gió trên các địa hình khác nhau là một số trong nhiều yếu tố làm phức tạp dòng chảy của gió trên bề mặt .