Top 10 tài nguyên năng lượng tái tạo
Tài nguyên tái tạo là những tài nguyên có thể được tạo ra liên tục trong tự nhiên và không cạn kiệt, ví dụ như gỗ, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, thủy điện, năng lượng sinh khối, nhiên liệu sinh học, năng lượng địa nhiệt và hydro. Chúng còn được gọi là nguồn không thông thường. năng lượng và chúng có thể được sử dụng nhiều lần một cách vô tận.
1. Năng lượng mặt trời:
Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng lý tưởng, cung cấp không giới hạn, đắt tiền, không làm tăng thêm gánh nặng nhiệt của trái đất và không tạo ra các chất gây ô nhiễm không khí và nước. Nó là sự thay thế mạnh mẽ cho nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân. Năng lượng mặt trời rất phong phú nhưng, với hiệu suất thu thập chỉ 10%.
Tỷ lệ năng lượng mặt trời hàng ngày là từ 5 đến 7 kWh / m2 tại các khu vực khác nhau của đất nước. Nguồn năng lượng mặt trời khổng lồ này có thể được chuyển đổi thành dạng năng lượng khác thông qua các tuyến chuyển đổi nhiệt hoặc quang điện. Con đường nhiệt mặt trời sử dụng bức xạ dưới dạng nhiệt mà lần lượt có thể được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, điện hoặc hóa học.
Hạn chế cho sản xuất điện mặt trời:
1. Cường độ năng lượng mặt trời không đổi.
2. Mật độ năng lượng mặt trời thấp so với dầu, khí hoặc than, v.v.
3. Có vấn đề thu thập kinh tế năng lượng mặt trời trên diện tích lớn.
4. Các vấn đề về thiết kế các cơ sở có thể sử dụng ánh sáng mặt trời khuếch tán.
Các thiết bị nhiệt mặt trời như bếp năng lượng mặt trời, máy nước nóng năng lượng mặt trời, máy sấy năng lượng mặt trời, pin quang điện, bình năng lượng mặt trời, lò năng lượng mặt trời, v.v.
Thu nhiệt mặt trời:
Đây có thể là thụ động hoặc chủ động trong tự nhiên. Bộ thu nhiệt mặt trời thụ động là các vật liệu tự nhiên như đá, gạch, vv hoặc vật liệu như thủy tinh hấp thụ nhiệt vào ban ngày và giải phóng nó chậm vào ban đêm. Bộ thu năng lượng mặt trời hoạt động bơm một môi trường hấp thụ nhiệt (không khí hoặc nước) thông qua một bộ thu nhỏ thường được đặt trên đỉnh của tòa nhà.
Pin mặt trời:
Chúng còn được gọi là tế bào quang điện hoặc tế bào PV. Pin mặt trời được làm bằng các tấm mỏng của vật liệu bán dẫn như silicon và gallium. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào chúng, một sự khác biệt tiềm năng được tạo ra gây ra dòng điện tử và tạo ra điện.
Silicon có thể được lấy từ silica và cát, có sẵn rất nhiều và không tốn kém. Bằng cách sử dụng gallium arsenide, cadmium sulphide hoặc boron, hiệu quả của tế bào PV có thể được cải thiện. Sự khác biệt tiềm năng được tạo ra bởi một tế bào có kích thước 4 cm 2 là khoảng 0, 4-0, 5 V và tạo ra dòng điện có cường độ 60 milli.
Nồi cơm điện năng lượng mặt trời:
Bếp năng lượng mặt trời sử dụng nhiệt mặt trời bằng cách phản xạ các bức xạ mặt trời bằng cách sử dụng gương trực tiếp trên một tấm kính bao phủ hộp cách nhiệt màu đen trong đó thực phẩm thô được giữ.
Máy sưởi năng lượng mặt trời:
Nó bao gồm một hộp cách nhiệt được sơn đen từ bên trong và có nắp thủy tinh để nhận và lưu trữ nhiệt mặt trời. Bên trong chiếc hộp có cuộn dây đồng được sơn màu đen, qua đó nước lạnh được tạo ra để chảy vào, được làm nóng và chảy ra bể chứa. Nước nóng từ bể chứa được trang bị trên mái nhà sau đó được cung cấp qua đường ống vào các tòa nhà như khách sạn và bệnh viện.
Lò năng lượng mặt trời:
Tại đây, hàng ngàn gương máy bay nhỏ được bố trí trong các gương phản xạ lõm, tất cả đều thu nhiệt mặt trời và tạo ra nhiệt độ cao tới 3000 ° C.
Nhà máy nhiệt điện mặt trời:
Năng lượng mặt trời được khai thác trên quy mô lớn bằng cách sử dụng các gương phản xạ lõm gây ra sự sôi của nước để tạo ra hơi nước. Tua bin hơi điều khiển một máy phát điện để sản xuất điện. Một nhà máy điện mặt trời (công suất 50 K watt) đã được lắp đặt tại Gurgaon, Haryana.
2. Năng lượng gió:
Năng lượng gió là năng lượng từ các tuabin tạo ra điện khi gió biến các lưỡi dao của cối xay gió. Một số lượng lớn các nhà máy gió được lắp đặt trong các cụm được gọi là trang trại gió. Tua bin gió được chế tạo theo một đặc điểm kỹ thuật nhất định để tối đa hóa hiệu quả của việc phát điện.
Tuabin điển hình xoay vào khoảng 10 đến 25 vòng mỗi phút và loại gió để mang lại luân chuyển này là khoảng tám đến 10 hải lý hoặc 10 dặm một giờ (16 km / h). Từ góc độ khí tượng học, gió được mô tả là không khí chuyển động và về cơ bản là sự chuyển động từ một khu vực có áp suất cao đến một nơi có áp suất thấp.
Chuyển động này được tăng cường khi có rất ít để phá vỡ dòng chảy tổng thể. Vì vậy, việc tạo ra năng lượng tuabin gió hiệu quả nhất nên được thực hiện ở những khu vực có độ cao lớn hoặc trên mặt nước mở. Tiềm năng năng lượng gió của nước ta ước tính là khoảng 20.000 MW, trong khi hiện tại chúng tôi đang tạo ra khoảng 1020 MW. Trang trại gió lớn nhất của nước ta là gần Kanyakumari ở Tamil Nadu tạo ra 380 MW, điện.
3. Thủy điện:
Trạm thủy điện đầu tiên ở Ấn Độ là một trạm thủy điện nhỏ công suất 130 kW được vận hành vào năm 1897 tại Sidrapong gần Darjeeling ở Tây Bengal. Với sự tiến bộ trong công nghệ và yêu cầu ngày càng tăng của điện, sự nhấn mạnh đã được chuyển sang các nhà máy thủy điện có quy mô lớn.
Nước chảy trong một dòng sông được thu thập bằng cách xây dựng một con đập lớn nơi nước được lưu trữ và cho phép rơi từ độ cao. Lưỡi của tuabin nằm ở đáy đập di chuyển với dòng nước chuyển động nhanh, làm quay máy phát điện và tạo ra điện.
Chúng ta cũng có thể xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ hoặc siêu nhỏ trên sông ở vùng đồi núi để khai thác năng lượng thủy điện ở quy mô nhỏ, nhưng độ cao tối thiểu của thác nước phải là 10 mét.
Ưu điểm:
Thủy điện có một số lợi thế như:
a. Đó là một nguồn năng lượng sạch.
b. Nó cung cấp các cơ sở thủy lợi.
c. Nó cung cấp nước uống cho những người sống, đặc biệt là ở sa mạc Rajasthan và Gujarat.
d. Nó hoàn toàn không gây ô nhiễm, có tuổi thọ cao và chi phí vận hành và bảo trì rất thấp.
e. Giúp kiểm soát lũ lụt và làm cho nước có sẵn trong mùa không mưa để tưới tiêu và sử dụng khác.
Các vấn đề:
Trang web thủy điện (đập) có vấn đề môi trường lớn:
a. Các vị trí đập đặc biệt là các khu vực rừng và nông nghiệp và bị ngập trong quá trình xây dựng.
b. Nó gây ra sự khai thác nước và phù sa.
c. Nó gây mất đa dạng sinh học và quần thể cá và các sinh vật dưới nước khác bị ảnh hưởng xấu.
d. Người dân địa phương di dời và tạo ra các vấn đề phục hồi chức năng và các vấn đề kinh tế xã hội liên quan.
e. Tăng địa chấn do khối lượng nước lớn.
4. Năng lượng thủy triều:
Thủy triều được tạo ra bởi lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng chứa lượng năng lượng khổng lồ. 'Thủy triều cao' và 'thủy triều thấp' đề cập đến sự lên xuống của nước trong đại dương. Một sự khác biệt vài mét là cần thiết giữa chiều cao của thủy triều cao và thủy triều thấp để quay các tuabin.
Năng lượng thủy triều có thể được khai thác bằng cách xây dựng một rào chắn thủy triều. Khi thủy triều lên, nước biển chảy vào hồ chứa của đập và làm quay tuabin, từ đó tạo ra điện bằng cách quay các máy phát. Khi thủy triều xuống, khi mực nước biển thấp, nước biển được lưu trữ trong hồ chứa đập tràn ra biển và một lần nữa quay tuabin.
5. Năng lượng nhiệt đại dương:
Năng lượng có sẵn do sự khác biệt về nhiệt độ của nước ở bề mặt đại dương nhiệt đới và ở mức độ sâu hơn được gọi là Năng lượng Nhiệt Đại dương (OTE). Cần có sự khác biệt từ 20 ° C trở lên để vận hành các nhà máy điện OTEC (Chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương). Nước mặt ấm của đại dương được sử dụng để đun sôi một chất lỏng như amoniac.
Hơi áp suất cao của chất lỏng hình thành khi đun sôi sau đó được sử dụng để quay tuabin của máy phát điện và sản xuất điện. Nước lạnh hơn từ các đại dương sâu hơn được bơm để làm mát và ngưng tụ hơi thành chất lỏng.
6. Năng lượng địa nhiệt:
Năng lượng địa nhiệt là nhiệt từ Trái đất. Nó sạch sẽ và bền vững. Nguồn lực của dải năng lượng địa nhiệt từ mặt đất cạn nước nóng và đá nóng tìm thấy một vài dặm bên dưới bề mặt trái đất, và xuống thậm chí sâu hơn đến nhiệt độ rất cao của đá nóng chảy gọi là magma.
Hơi nước hoặc nước nóng thoát ra khỏi mặt đất một cách tự nhiên thông qua các vết nứt dưới dạng mạch nước phun tự nhiên. Đôi khi hơi nước hoặc nước sôi bên dưới trái đất không tìm thấy nơi nào thoát ra. Chúng ta có thể khoan lỗ một cách nhân tạo lên những tảng đá nóng và bằng cách đặt một đường ống vào đó làm cho hơi nước hoặc nước nóng chảy ra qua đường ống ở áp suất cao làm quay tuabin của máy phát điện để sản xuất điện.
7. Năng lượng sinh khối:
Chúng tôi đã sử dụng năng lượng sinh khối hoặc năng lượng sinh học, năng lượng từ chất hữu cơ trong hàng ngàn năm, kể từ khi con người bắt đầu đốt củi để nấu thức ăn hoặc để giữ ấm. Và ngày nay, gỗ vẫn là nguồn năng lượng sinh khối lớn nhất của chúng tôi.
Nhưng nhiều nguồn sinh khối khác hiện có thể được sử dụng, bao gồm cả thực vật, tàn dư từ nông nghiệp hoặc lâm nghiệp, và thành phần hữu cơ của chất thải công nghiệp và đô thị. Ngay cả khói từ các bãi chôn lấp cũng có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng sinh khối.
Việc sử dụng năng lượng sinh khối có khả năng làm giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính của chúng ta. Sinh khối tạo ra lượng carbon dioxide tương đương với nhiên liệu hóa thạch, nhưng mỗi khi một nhà máy mới phát triển, carbon dioxide thực sự được loại bỏ khỏi khí quyển.
Lượng khí thải carbon dioxide ròng sẽ bằng không miễn là thực vật tiếp tục được bổ sung cho mục đích năng lượng sinh khối. Những cây trồng năng lượng này, chẳng hạn như cây và cỏ phát triển nhanh, được gọi là nguồn dự trữ sinh khối. Việc sử dụng nguồn dự trữ sinh khối cũng có thể giúp tăng lợi nhuận cho ngành nông nghiệp.
Việc đốt tàn dư thực vật hoặc chất thải động vật gây ô nhiễm không khí và tạo ra rất nhiều tro làm chất thải. Việc đốt phân phá hủy các chất dinh dưỡng thiết yếu như Nitơ và Phốt pho. Do đó, hữu ích hơn để chuyển đổi sinh khối thành khí sinh học hoặc nhiên liệu sinh học.
8. Khí sinh học:
Khí sinh học là hỗn hợp của metan, carbon dioxide, hydro và hydro sulphite, thành phần chính là metan. Khí sinh học được tạo ra bởi sự phân hủy yếm khí của chất thải động vật (đôi khi là chất thải thực vật) khi có nước. Phân hủy kỵ khí có nghĩa là phân hủy chất hữu cơ của vi khuẩn trong trường hợp không có oxy.
Khí sinh học là nhiên liệu không gây ô nhiễm, sạch và chi phí thấp, rất hữu ích cho các khu vực nông thôn nơi có nhiều chất thải động vật và chất thải nông nghiệp. Có một nguồn cung cấp khí trực tiếp từ nhà máy và không có vấn đề lưu trữ. Bùn còn lại là một loại phân bón phong phú chứa sinh khối vi khuẩn với hầu hết các chất dinh dưỡng được bảo quản như vậy.
Các nhà máy khí sinh học được sử dụng ở nước ta về cơ bản có hai loại:
1. Nhà máy khí sinh học dạng vòm cố định:
Một nhà máy mái vòm cố định bao gồm một nồi nấu với giá đỡ khí cố định, không di chuyển được, nằm trên đỉnh của nồi nấu. Khi sản xuất khí bắt đầu, bùn được chuyển vào bể bù. Áp suất khí tăng theo thể tích khí được lưu trữ và chênh lệch độ cao giữa mức bùn trong bể xử lý và mức bùn trong bể bù.
Trong khi nồi nấu ngầm được bảo vệ khỏi nhiệt độ thấp vào ban đêm và trong mùa lạnh, ánh nắng mặt trời và mùa ấm sẽ mất nhiều thời gian hơn để làm nóng nồi nấu. Không có biến động ngày / đêm của nhiệt độ trong nồi nấu ảnh hưởng tích cực đến quá trình vi khuẩn.
Việc xây dựng các nhà máy mái vòm cố định đòi hỏi nhiều lao động, do đó tạo ra việc làm tại địa phương. Các nhà máy mái vòm cố định không dễ xây dựng. Chúng chỉ nên được xây dựng ở nơi mà việc xây dựng có thể được giám sát bởi các kỹ thuật viên khí sinh học có kinh nghiệm. Nếu không, cây có thể không kín khí.
2. Nhà máy khí sinh học kiểu trống nổi:
Các nhà máy trống nổi bao gồm một nồi nấu ngầm và một bộ giữ khí di chuyển. Bình giữ khí nổi trực tiếp trên bùn lên men hoặc trong áo nước của chính nó. Khí được thu thập trong trống khí, tăng hoặc di chuyển xuống, theo lượng khí được lưu trữ. Trống khí được ngăn không cho nghiêng bởi một khung hướng dẫn. Nếu trống nổi trong áo nước, nó không thể bị kẹt, ngay cả trong chất nền có hàm lượng chất rắn cao.
Trước đây, các nhà máy trống nổi chủ yếu được xây dựng ở Ấn Độ. Một nhà máy trống nổi bao gồm một nồi nấu hình trụ hoặc hình vòm và một giá đỡ di chuyển, nổi khí hoặc trống. Bình giữ khí nổi trực tiếp trong bùn lên men hoặc trong áo nước riêng.
Trống trong đó khí sinh học thu thập có khung hướng dẫn bên trong và / hoặc bên ngoài cung cấp sự ổn định và giữ cho trống thẳng đứng. Nếu khí sinh học được sản xuất, trống di chuyển lên, nếu khí được tiêu thụ, người giữ khí chìm trở lại.
Trống thép tương đối đắt tiền và bảo trì chuyên sâu. Loại bỏ rỉ sét và sơn phải được thực hiện thường xuyên. Tuổi thọ của trống là ngắn (lên đến 15 năm; ở vùng ven biển nhiệt đới khoảng năm năm). Nếu chất nền dạng sợi được sử dụng, người giữ khí cho thấy xu hướng bị mắc kẹt trên nền tảng nổi cặn bã.
9. Nhiên liệu sinh học:
Không giống như các nguồn năng lượng tái tạo khác, sinh khối có thể được chuyển đổi trực tiếp thành nhiên liệu lỏng, được gọi là nhiên liệu sinh học, tên lửa để giúp đáp ứng nhu cầu nhiên liệu vận chuyển. Hai loại nhiên liệu sinh học phổ biến nhất được sử dụng hiện nay là ethanol và diesel sinh học.
Ethanol là một loại rượu, giống như trong bia và rượu vang (mặc dù ethanol được sử dụng làm nhiên liệu được sửa đổi để làm cho nó không thể bị phá hủy). Nó thường được thực hiện bằng cách lên men bất kỳ sinh khối carbohydrate cao thông qua một quá trình tương tự như sản xuất bia.
Ngày nay, ethanol được sản xuất từ tinh bột và đường, nhưng các nhà khoa học NREL đang phát triển công nghệ cho phép nó được sản xuất từ cellulose và hemiaellulose, vật liệu sợi chiếm phần lớn vật chất thực vật.
Ethanol cũng có thể được sản xuất bởi một quá trình gọi là khí hóa. Hệ thống khí hóa sử dụng nhiệt độ cao và môi trường oxy thấp để chuyển đổi sinh khối thành khí tổng hợp, hỗn hợp hydro và carbon monoxide. Khí tổng hợp, hay khí tổng hợp, sau đó có thể được chuyển đổi hóa học thành ethanol và các nhiên liệu khác.
Ethanol chủ yếu được sử dụng làm chất pha trộn với xăng để tăng chỉ số octan và cắt giảm carbon monoxide và các khí thải gây khói khác. Một số phương tiện, được gọi là Phương tiện nhiên liệu linh hoạt, được thiết kế để chạy trên E85, một loại nhiên liệu thay thế có hàm lượng ethanol cao hơn nhiều so với xăng thông thường.
Diesel sinh học được sản xuất bằng cách kết hợp rượu (thường là metanol) với dầu thực vật, mỡ động vật hoặc mỡ nấu ăn tái chế. Nó có thể được sử dụng làm phụ gia (thường là 20%) để giảm lượng khí thải của xe hoặc ở dạng nguyên chất làm nhiên liệu thay thế tái tạo cho động cơ diesel.
Nghiên cứu sản xuất nhiên liệu vận chuyển chất lỏng từ tảo siêu nhỏ, hay vi tảo, đang tái xuất hiện tại NREL. Những vi sinh vật này sử dụng năng lượng của mặt trời để kết hợp carbon dioxide với nước để tạo ra sinh khối hiệu quả và nhanh chóng hơn so với thực vật trên cạn.
Các chủng vi tảo giàu dầu có khả năng sản xuất nguyên liệu cho một số nhiên liệu vận chuyển - diesel sinh học, diesel và xăng xanh lá cây, và nhiên liệu máy bay - trong khi giảm thiểu tác động của carbon dioxide được giải phóng từ các nguồn như nhà máy điện.
10. Hydro:
Hydrogen (H 2 ) đang được khai thác mạnh mẽ làm nhiên liệu cho các phương tiện chở khách. Nó có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho động cơ điện hoặc đốt trong động cơ đốt trong (ICEs). Đây là một loại nhiên liệu thân thiện với môi trường, có khả năng làm giảm đáng kể sự phụ thuộc của chúng ta vào dầu nhập khẩu, nhưng một số thách thức đáng kể phải được khắc phục trước khi nó có thể được sử dụng rộng rãi.
Lợi ích của nhiên liệu hydro:
1. Sản xuất trong nước:
Hydrogen có thể được sản xuất trong nước từ nhiều nguồn, làm giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhập khẩu xăng dầu.
2. Thân thiện với môi trường:
Hydrogen không tạo ra chất gây ô nhiễm không khí hoặc khí nhà kính khi được sử dụng trong pin nhiên liệu; nó chỉ tạo ra các oxit nitơ (NO X ) khi được đốt trong ICEs.
Những thách thức của nhiên liệu hydro:
1. Chi phí nhiên liệu và tính sẵn có:
Hydrogen hiện đắt tiền để sản xuất và chỉ có sẵn tại một số địa điểm, chủ yếu ở California.
2. Chi phí và tính sẵn có của xe:
Xe chạy bằng pin nhiên liệu hiện nay quá đắt đối với hầu hết người tiêu dùng, và chúng chỉ có sẵn cho một vài đội tàu trình diễn.
3. Lưu trữ nhiên liệu trên tàu:
Hydro chứa ít năng lượng hơn so với xăng hoặc dầu diesel trên một cơ sở cho mỗi khối lượng, gây khó khăn cho xe hydro để đi xa như xe xăng giữa fill-ups- khoảng 300 dặm. Công nghệ đang cải thiện, nhưng các hệ thống lưu trữ hydro trên tàu chưa đáp ứng các mục tiêu về kích thước, trọng lượng và chi phí cho thương mại hóa.
