5 risorse energetiche rinnovabili più importanti

Alcune delle risorse energetiche rinnovabili più importanti sono: 1. Bioenergia 2. Energia geotermica 3. Energia idroelettrica 4. Sistema di riscaldamento solare attivo 5. Energia eolica.

1. Bioenergia:

La bioenergia utilizza risorse di biomassa rinnovabile per produrre una serie di prodotti connessi all'energia, tra cui combustibili liquidi solidi e gassosi, calore, sostanze chimiche e altri materiali. La bioenergia rappresenta circa il tre per cento della produzione di energia primaria.

Questo proviene dalla biomassa, vale a dire qualsiasi materia organica derivata dalla pianta disponibile su base rinnovabile, comprese colture energetiche e alberi, colture agricole e mangimistiche, rifiuti e residui delle colture agricole, scarti e residui di legno, piante acquatiche, rifiuti animali, rifiuti urbani e altri materiali di scarto.

Tipi di bioenergia e bio-carburanti:

Combustibili liquidi inclusi etanolo, metanolo, biodiesel e combustibili gassosi come l'idrogeno e il metano derivati ​​da scorte di mangimi a biomassa. I biocarburanti sono combustibili liquidi prodotti da esteri, alcoli, eteri e altri prodotti chimici a base di biomassa. Sono carburanti rinnovabili che possono essere prodotti in qualsiasi clima utilizzando pratiche agricole già sviluppate. I bio-carburanti comuni includono: etanolo e biodiesel. L'etanolo è costituito da amidi o zuccheri, in genere grano o mais. Il biodiesel è un estere fatto da grassi o oli. L'etanolo cellulosico è il futuro.

Vantaggi dei bio-combustibili:

1. Poiché i biocarburanti sono rinnovabili, possono essere utilizzati indefinitamente senza esaurire le riserve di risorse naturali della terra

2. I biocarburanti possono essere prodotti in breve tempo (ad esempio: una stagione di crescita) mentre non rinnovabili, come i combustibili fossili, richiedono 40 milioni di anni o più per essere prodotti.

3. I bio-carburanti sono neutri rispetto al carbonio, il che significa che le uscite C0 ₂ nette equivalgono agli input netti di C0 ₂ . I biocarburanti riducono le emissioni nocive nell'atmosfera. È rinnovabile e non contribuisce al riscaldamento globale a causa di
il suo ciclo di carbonio chiuso.

Il carbonio nel carburante è stato originariamente rimosso dall'aria dalle piante, quindi non vi è un aumento netto dei livelli di anidride carbonica. Fornisce sostanziali riduzioni del monossido di carbonio, degli idrocarburi incombusti e delle emissioni di particolato dei motori diesel.

La maggior parte dei test di emissione ha mostrato un lieve aumento degli ossidi di azoto (NOx) con il biodiesel. Questo aumento di NOx può essere eliminato con una piccola regolazione della fasatura dell'iniezione del motore, pur mantenendo la riduzione del particolato. Il biodiesel ha eccellenti proprietà lubrificanti, quando aggiunto al normale gasolio in quantità pari all'1-2%, può convertire il combustibile con scarse proprietà lubrificanti, come il moderno combustibile diesel a bassissimo tenore di zolfo, in un combustibile accettabile.

4. Il biodiesel è ottenuto da una varietà di scorte di mangimi:

un. Olio di soia, olio di mais, olio di colza (una varietà commestibile di semi di colza), olio di semi di cotone, olio di senape, olio di palma, olio di semi di girasole, olio di lino, olio di Jatropha, ecc.

b. Oli residui del ristorante come gli oli per friggere

c. Grassi animali come il sego di manzo o il lardo di maiale

d. Grasso trappola (da trappole per grasso di ristoranti), grasso galleggiante (proveniente da impianti di trattamento delle acque reflue), ecc.

5. I bio-carburanti rafforzano l'economia:

un. Riduzione della dipendenza dal petrolio straniero (con conseguente riduzione del deficit commerciale)

b. Incoraggiare la crescita nel settore agricolo

c. Elettricità di bioenergia generata da biomassa. Basato sulla tecnologia a combustione diretta: combustione di biomassa per produrre vapore nelle caldaie. Il vapore viene utilizzato per produrre elettricità nei generatori di turbine a vapore. La maggior parte della bioenergia prodotta proviene da scarti di legno. Le future tecnologie di bio-potenza possono includere co-combustione, gassificazione (biogas), pirolisi e digestione anaerobica.

d. Prodotti chimici e prodotti industriali a base biologica, diversi da alimenti e mangimi, derivati ​​da scorte di mangimi da biomassa. Esempi: prodotti chimici verdi, plastiche rinnovabili, fibre naturali e materiali strutturali naturali.

2. Energia geotermica:

Gli sviluppi nelle fonti energetiche alternative scatenate dalle minacce dell'esaurimento delle risorse energetiche tradizionali, spingono all'autosufficienza e spingono a trovare fonti energetiche alternative che siano ampiamente disponibili, versatili, rinnovabili e abbiano un impatto limitato sull'ambiente.

L'energia geotermica è il calore energetico generato dai processi naturali che avvengono all'interno della terra. Fumarole, sorgenti calde e vasi di fango sono fenomeni naturali che derivano dall'attività geotermica. Calore interno dalla terra (che è prodotto dalla decomposizione di materiali radioattivi naturali).

I siti più probabili si trovano vicino ai confini delle placche con vulcani attivi e flusso di calore elevato, ad esempio la costa del Pacifico, l'Islanda, il Mediterraneo. Le strutture per lo sfruttamento dell'energia geotermica sono ampiamente utilizzate in Italia, Stati Uniti, Giappone, Nuova Zelanda, Messico, Unione Sovietica.

Utilizzo tradizionale dell'energia geotermica: i rilasci naturali di energia geotermica sono stati utilizzati per secoli in balneologia (guarigione, igiene), servizi domestici come cucina, lavanderia, (ex nativi neozelandesi), estrazione minerale, dove l'acqua geotermica può contenere minerali utili come acido borico, zolfo, vetriolo o alluminio.

Sfruttamento dell'energia geotermica:

Le temperature nella terra variano con la profondità, come mostrato in Fig. 3.2. All'interno della Terra, diverse aree hanno diversi gradienti termici e quindi diversi potenziali di utilizzo. I gradienti termici più alti corrispondono alle aree che contengono più energia geotermica. Le aree geotermiche che possono essere utilizzate per operazioni su larga scala come la generazione di energia richiedono gradienti termici specifici.

Le aree che possiedono questi gradienti sono classificate come campi geotermici e si trovano solo in aree selezionate del globo. I campi geotermici sono le aree termali, dove le formazioni rocciose permeabili sottoterra contengono un fluido di lavoro senza il quale l'area non può essere sfruttata su larga scala.

un. Campo semi termico: produce acqua fino a 100 ° C da profondità di perforazione di 1-2 km

b. Il campo ipertermico bagnato (dominato dall'acqua) - produce acqua pressurizzata> 100 ° C

c. Il campo ipertermico secco (dominato dal vapore) produce vapore secco saturo o leggermente surriscaldato a P> P _atm

Sfruttando i campi geotermici, in particolare i campi ipertermali, l'energia geotermica può essere sfruttata su larga scala. Campi semi-termici che si trovano tipicamente in aree con gradienti di temperatura anormalmente elevati, campi ipertermali generalmente localizzati sui bordi delle placche tettoniche in zone sismiche. Il calore scorre verso l'esterno dal centro a causa del decadimento radioattivo.

La crosta (circa 30 e 60 km di spessore), ci isola dal calore interno, un nucleo interno solido seguito da un nucleo esterno liquido, con il mantello per stato semi-fuso e la temperatura alla base della crosta circa 1000 ° C, aumenta lentamente nel nucleo. I punti caldi si trovano da 2 a 3 km dalla superficie.

Le placche tettoniche sono in costante movimento (alcuni centimetri / anno). Quando si verifica collisione o macinazione, può creare montagne, vulcani, geyser e terremoti. Vicino alle giunzioni di queste piastre, è dove il calore geotermico viaggia rapidamente dall'interno? La distribuzione delle principali riserve di energia geotermica è mostrata in Fig. 3.3.

1. Gli impatti ambientali per l'installazione di centrali geotermiche sono molto inferiori rispetto alle centrali elettriche tradizionali in termini di impatti territoriali, impatti atmosferici, impatti superficiali e sotterranei e impatti estetici ulteriormente ridotti nei sistemi in cui vengono reiniettate le acque reflue geotermiche e il vapore nel terreno.

Gravità degli impatti ambientali dipendenti da: tipo di risorsa termica sviluppata, composizione chimica del fluido geotermico, composizione chimica della roccia subsuperficiale, geologia, idrologia e topografia dell'area insieme alla tecnologia utilizzata per la produzione di energia e il controllo dell'inquinamento. La pianificazione della gestione può spesso ridurre gli effetti dell'inquinamento attraverso i controlli delle emissioni e una corretta pianificazione.

3. Energia idroelettrica:

L'energia idroelettrica deve essere uno dei metodi più antichi per produrre energia. L'energia idroelettrica è ottenuta dall'acqua che scorre. L'energia nell'acqua può essere sfruttata e utilizzata, sotto forma di energia motrice o differenze di temperatura. L'applicazione più comune è la diga, ma può essere utilizzata direttamente come forza meccanica o sorgente / dissipatore termico.

L'energia idroelettrica da energia potenziale dell'innalzamento delle acque, ora fornisce ancora circa 715.000 MWe o il 19% dell'elettricità mondiale e grandi dighe. A parte alcuni paesi con un'abbondanza di questo, l'energia idroelettrica viene normalmente applicata alla domanda di carico massimo, perché è così prontamente arrestata e avviata.

Tuttavia, l'energia idroelettrica non è probabilmente un'opzione importante per il futuro della produzione di energia nelle nazioni sviluppate perché la maggior parte dei siti più importanti di queste nazioni con il potenziale di sfruttare la gravità in questo modo sono già sfruttati o non sono disponibili per altri motivi come considerazioni.

L'energia idroelettrica o micro-idroelettrica su piccola scala è stata sempre più utilizzata come fonte di energia alternativa, specialmente nelle aree remote, altre fonti di energia non sono vitali. I sistemi idroelettrici su piccola scala possono essere installati in piccoli fiumi o torrenti con effetti ambientali minimi o nulli su cose come la migrazione dei pesci. La maggior parte dei sistemi idroelettrici su piccola scala non fanno uso di una diga o di una maggiore deviazione dell'acqua, ma piuttosto utilizzano ruote idrauliche a basso impatto ambientale.

L'acqua è necessaria per far funzionare un'unità di generazione idroelettrica. Si trova in un bacino idrico o lago dietro la diga e la forza dell'acqua che viene rilasciata dal serbatoio attraverso la diga gira le pale di una turbina. La turbina è collegata al generatore che produce elettricità. Dopo aver attraversato la turbina, l'acqua rientra nel fiume sul lato a valle della diga. (Fig. 3.4).

4. Sistema di riscaldamento solare attivo:

Il sistema di riscaldamento solare attivo-fluido riscaldato viene fatto circolare artificialmente. Piastra metallica piatta a collettore piatto piano assorbe l'energia del sole. Il fluido entra in contatto con la piastra e viene fatto circolare nel posto necessario. La piastra è contenuta in una scatola isolata con coperchio di vetro (il vetro è opaco alla ri-radiazione infrarossa ma consente il 90% della radiazione incidente).

Tipi di collezionisti:

1. Tubi inseriti tra i piatti

2. Goccia d'acqua sul piatto

3. Tappetino di gomma nero con tubi e alette (piscine a bassa temperatura)

4. Efficienza del collettore = 100% x (energia utile erogata) / (insolazione sul collettore) il numero può arrivare al 60-70%

Fattori che influenzano l'efficienza:

1. Temperatura dell'acqua - poiché le perdite di conduzione dipendono da T, T più grande = più perdite

2. Perdite di radiazioni - le cose calde si irradiano. Gli assorbitori di rivestimento aiutano l'assorbimento del film di ossido di rame = 0, 9, emissività = 0, 15

3. Angolo del collettore - dipende dall'uso.

Conservazione:

Esistono diversi tipi di sistemi di archiviazione, l'utilizzo dipende dallo spazio.

Capacità di calore del volume = quantità di energia necessaria per aumentare un'unità di volume di materiale, temperatura di un grado = calore specifico x densità Ex. ferro 1/8 di capacità termica dell'acqua, ma 8 volte più denso. Possiamo usare l'acqua sotto gli strati di roccia, soprattutto per il sistema dell'aria. Materiali che cambiano la fase: calore di rilascio della fusione, può essere più piccolo, ma mantiene lo stoccaggio a una temperatura specifica. Ex. Sali eutettici

Usi:

1. Riscaldamento dell'ambiente - Radiatori del battiscopa. Il calore del collettore viene pompato nel serbatoio di stoccaggio. Il fluido viene quindi pompato e, se necessario, viene aggiunto ulteriore calore prima di andare ai battiscopa

2. Acqua calda - Uguale al riscaldamento dell'ambiente, ad eccezione del consumo di acqua (scambiatore di calore nel serbatoio di stoccaggio).

Collezionisti focalizzati:

Focused Collectors - un sistema solare attivo che utilizza specchi curvi per focalizzare la luce solare sul fluido di lavoro. Può raggiungere temperature superiori a 180 F e fino a 1000 F. L'uso principale è nei generatori di vapore (perché avresti bisogno di 1000 F di acqua o aria?)

Sistemi di riscaldamento solare passivo:

Sistema di riscaldamento solare passivo - il fluido riscaldato non viene trasmesso artificialmente. I mezzi naturali (convezione e conduzione) sono usati per fare tutto il trasporto che è necessario. Grande guadagno in termini di risparmio. Questo tipo di sistema utilizza il fatto che la quantità di energia solare trasmessa attraverso il vetro per 24 periodi è maggiore del calore perso attraverso di essi. Tutti i tipi necessitano di isolamento eccellente, raccolta solare e impianti di stoccaggio termico.

Quattro tipi comuni sono:

un. Guadagno diretto: la luce diretta del sole riscalda lo spazio. Richiede la massa termica per immagazzinare calore (cemento, rocce, ecc.). Adobe case del sud-ovest

b. Guadagno indiretto: raccoglie e immagazzina energia in una parte e consente alla convezione naturale di trasferire energia ad altre parti. Ex. Muro di Trombe

c. Serra annesso - molto simile al guadagno indiretto. Tuttavia fornisce anche barriera durante l'estate della luce solare diretta negli alloggi. Buono anche per la produzione di cibo

d. Thermosiphon - può essere usato per l'acqua calda. Per il riscaldamento domestico o l'unità finestra utilizza l'assetto naturale per riscaldare.

Economia:

I sistemi attivi sono costosi, passivi meno così. Più costoso per il retro-fit che per la costruzione. In questi tempi, senza alcun incentivo a farlo (prezzi dell'energia bassi, nessun dividendo solare) ed economicamente così com'è, nessuno ci pensa.

La spinta maggiore potrebbe essere più dovuta a motivi ambientali:

un. Possibili risparmi: il 25% del consumo di energia è destinato al riscaldamento e al raffreddamento

b. Gli stati del nord hanno un maggiore bisogno di aria calda in inverno, ma ricevono meno insolazione rispetto agli stati meridionali

c. Il più grande uso del Sud probabilmente per l'acqua calda. L'acqua calda sanitaria rappresenta il 4% del consumo di energia.

d. Le batterie memorizzano la potenza generata e scaricano la potenza quando necessario.

e. Il banco batterie è costituito da una o più batterie del tipo a ciclo profondo solare.

f. A seconda della corrente e delle tensioni per determinate applicazioni, le batterie sono cablate in serie e / o in parallelo.

Tre modi per convertire la luce solare in elettricità, principalmente turbine eoliche fotovoltaiche e turbine solari termiche (a vapore).

Principi di celle solari:

Effetto fotoelettrico - scoperto da Heinrich Hertz nel 1887. Spiegato da Einstein nel 1905. Gli elettroni vengono emessi quando la luce colpisce i metalli. Il puzzle era che per certi colori della luce non emettevano elettroni. Spiegazione - La luce ha caratteristiche delle onde e delle particelle. Se pensiamo alla particella, allora ogni fotone ha energia di E = hf. Poiché il fotone viene assorbito dal metallo, se hf è maggiore dell'energia legante degli elettroni in metallo, gli elettroni vengono liberati.

Fabbricazione di celle solari:

La maggior parte delle celle solari (PV) è costituita da due materiali semiconduttori uniti tra loro. Il silicio viene "drogato" con fosforo per creare un cristallo semiconduttore di tipo n, che viene unito al silicio "drogato" con il boro (cristallo semiconduttore di tipo p) per creare una giunzione pn. Questo crea una potenziale barriera che "dà direzione" agli elettroni liberati, cioè gli elettroni liberati sono guidati nella direzione della potenziale caduta di energia.

le giunzioni p-n possono anche essere formate da silicio amorfo (nessuna struttura cristallina). I legami penzolanti (mancanza di struttura cristallina) possono catturare elettroni liberi. Questi sono economici da produrre e sono efficienti sotto la luce fluorescente.

Per creare le giunzioni pn è possibile utilizzare materiali diversi dal silicio. Possono essere usati materiali come arseniuro di gallio, tellururo di cadmio e solfuro di cadmio. Si possono ottenere efficienze più elevate rispetto alle celle fotovoltaiche basate sul silicio (la quota di libri del 40% non è conforme all'uso a lungo termine, mentre le migliori efficienze sono del 20-25% circa).

5. Energia eolica:

L'energia eolica è l'energia cinetica del vento, o l'estrazione di questa energia da parte delle turbine eoliche. Nel 2004, l'energia eolica è diventata la forma meno costosa di nuova generazione di energia, scendendo al di sotto del costo per kilowattora delle centrali a carbone.

L'energia eolica sta crescendo più velocemente di qualsiasi altra forma di generazione elettrica, al 37% circa, in crescita del 25% nel 2002. Alla fine degli anni '90, il costo dell'energia eolica era circa cinque volte superiore a quello del 2005, e quello verso il basso si prevede che la tendenza continui mentre le turbine multi-megawatt più grandi sono prodotte in serie.

Si stima che dall'1 al 3% dell'energia del Sole sia convertita in energia eolica. Questo è circa 50 a 100 volte più energia di quella che viene convertita in biomassa da tutte le piante sulla terra attraverso la fotosintesi. La maggior parte di questa energia eolica può essere trovata ad alta quota dove sono frequenti velocità del vento continue superiori a 160 km / h (100 mph). Alla fine, l'energia eolica viene convertita attraverso l'attrito in calore diffuso attraverso tutta la superficie terrestre e l'atmosfera.

Mentre l'esatta cinetica del vento è estremamente complicata e relativamente poco compresa, le basi delle sue origini sono relativamente semplici. La terra non è riscaldata uniformemente dal sole. Non solo i poli ricevono meno energia dal sole di quanto non faccia l'equatore, ma la terra asciutta si riscalda (e si raffredda) più rapidamente di quanto facciano i mari.

Il riscaldamento differenziale alimenta un sistema di convezione atmosferica globale che si estende dalla superficie terrestre alla stratosfera e funge da soffitto virtuale. Il cambio di stagione, il cambiamento del giorno e della notte, l'effetto di Coriolis l'albedo irregolare (riflettività) di terra e acqua, l'umidità e l'attrito del vento su diversi terreni sono alcuni dei molti fattori che complicano il flusso del vento sulla superficie .