5 Wichtigste erneuerbare natürliche Energiequellen

Einige der wichtigsten erneuerbaren natürlichen Energiequellen sind: 1. Bioenergie 2. Geothermie 3. Wasserkraft 4. Aktives Solarheizsystem 5. Windenergie.

1. Bioenergie:

Bioenergie verwendet erneuerbare Biomasse-Ressourcen, um eine Reihe von Energieprodukten herzustellen, darunter flüssige feste und gasförmige Kraftstoffe, Wärme, Chemikalien und andere Materialien. Bioenergie macht etwa drei Prozent der Primärenergieproduktion aus.

Diese stammen aus Biomasse, dh aus jeglichen aus Pflanzen gewonnenen organischen Stoffen, die auf erneuerbarer Basis zur Verfügung stehen, einschließlich Energiepflanzen und -bäumen, landwirtschaftlichen Nahrungs- und Futterpflanzen, Abfällen und Rückständen aus landwirtschaftlichen Kulturpflanzen, Holzabfällen und -rückständen, Wasserpflanzen, tierischen Abfällen, kommunalen Abfällen und andere Abfälle.

Arten von Bioenergie und Biokraftstoffen:

Flüssige Kraftstoffe wie Ethanol, Methanol, Biodiesel und gasförmige Kraftstoffe wie Wasserstoff und Methan aus Biomasse-Einsatzstoffen. Biokraftstoffe sind flüssige Kraftstoffe aus Estern, Alkoholen, Ethern und anderen Biomassechemikalien. Es handelt sich um erneuerbare Kraftstoffe, die unter Verwendung bereits entwickelter landwirtschaftlicher Verfahren in jedem Klima hergestellt werden können. Übliche Biokraftstoffe sind: Ethanol und Biodiesel. Ethanol wird aus Stärken oder Zuckern, typischerweise Getreide oder Mais, hergestellt. Biodiesel ist ein Ester aus Fetten oder Ölen. Zellulose-Ethanol ist die Zukunft.

Vorteile von Biokraftstoffen:

1. Da Biokraftstoffe erneuerbar sind, können sie unbegrenzt genutzt werden, ohne die natürlichen Ressourcen der Erde zu erschöpfen

2. Biokraftstoffe können in kurzer Zeit hergestellt werden (zum Beispiel: eine Vegetationsperiode), wohingegen nicht erneuerbare, wie fossile Brennstoffe, 40 Millionen Jahre oder mehr benötigen, um produziert zu werden.

3. Biokraftstoffe sind CO2-neutral, dh die Netto-C0 ₂ -Ausgaben entsprechen den Netto-C0 ₂ -Eingängen. Biokraftstoffe reduzieren schädliche Emissionen in die Atmosphäre. Es ist erneuerbar und trägt nicht zur globalen Erwärmung bei
sein geschlossener Kohlenstoffkreislauf.

Der Kohlenstoff im Kraftstoff wurde ursprünglich von den Pflanzen aus der Luft entfernt, so dass der Kohlendioxidgehalt nicht netto steigt. Es führt zu einer erheblichen Reduzierung von Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Partikelemissionen von Dieselmotoren.

Die meisten Emissionstests haben gezeigt, dass leichte Stickoxide (NOx) mit Biodiesel ansteigen. Dieser NOx-Anstieg kann durch eine kleine Anpassung des Einspritzzeitpunkts des Motors unter Beibehaltung der Partikelabnahme eliminiert werden. Biodiesel hat ausgezeichnete Schmiereigenschaften. Wenn es in einer Menge von 1-2% zu normalem Dieselkraftstoff hinzugefügt wird, kann es Kraftstoff mit schlechten Schmiereigenschaften, wie beispielsweise modernen Dieseltreibstoff mit extrem niedrigem Schwefelgehalt, in akzeptablen Kraftstoff umwandeln.

4. Biodiesel kann aus verschiedenen Futtermitteln hergestellt werden:

ein. Sojabohnenöl, Maisöl, Canolaöl (eine essbare Gapssorte), Baumwollsamenöl, Senföl, Palmöl, Sonnenblumenöl, Leinsamenöl, Jatrophaöl usw.

b. Restaurantabfälle wie Frittieröle

c. Tierische Fette wie Rindertalg oder Schweinefett

d. Fett (aus Restaurantfettfallen), Schwimmfett (aus Abwasseraufbereitungsanlagen) usw.

5. Biokraftstoffe stärken die Wirtschaft durch:

ein. Verringerung der Abhängigkeit von ausländischem Öl (dadurch Verringerung des Handelsdefizits)

b. Förderung des Wachstums im Agrarsektor

c. Bioenergie aus Biomasse erzeugt. Basierend auf der Direktverbrennungstechnologie: Verbrennung von Biomasse zur Erzeugung von Dampf in Kesseln. Der Dampf wird zur Erzeugung von Elektrizität in Dampfturbinengeneratoren verwendet. Der größte Teil der Bioenergie stammt aus Altholz. Zukünftige Bio-Power-Technologien können Co-Firing, Vergasung (Biogas), Pyrolyse und anaerobe Vergärung umfassen.

d. Biobasierte Chemikalien und gewerbliche Produkte, außer Lebens- und Futtermitteln, aus Biomasse-Futtermitteln. Beispiele: grüne Chemikalien, nachwachsende Kunststoffe, Naturfasern und natürliche Baumaterialien.

2. Geothermie:

Entwicklungen bei alternativen Energiequellen, die durch die Bedrohung durch die Erschöpfung der traditionellen Energiequellen ausgelöst wurden, führen zu einer Selbstversorgung und sind auf der Suche nach alternativen Energiequellen, die allgemein verfügbar sind, vielseitig sind, erneuerbar sind und nur begrenzte Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Geothermie ist die Wärmeenergie, die durch natürliche Prozesse in der Erde erzeugt wird. Fumarolen, heiße Quellen und Schlammtöpfe sind natürliche Phänomene, die aus geothermischer Aktivität resultieren. Innere Wärme von der Erde (die durch den Zerfall natürlicher radioaktiver Stoffe entsteht).

Die wahrscheinlichsten Standorte befinden sich in der Nähe von Plattengrenzen mit aktiven Vulkanen und hohem Wärmefluss, z. B. im pazifischen Raum, in Island oder im Mittelmeerraum. Anlagen zur Nutzung von Geothermie sind in Italien, den USA, Japan, Neuseeland, Mexiko, der UdSSR weit verbreitet.

Traditionelle Nutzung von Geothermie: Die natürliche Freisetzung von Geothermie wird seit Jahrhunderten in der Balneologie (Heilung, Hygiene), Haushalten wie Kochen, Wäsche (Ex. Native New Zealanders), Mineraliengewinnung eingesetzt, wo geothermisches Wasser nützliche Mineralien enthalten kann Borsäure, Schwefel, Vitriol oder Aluminium.

Nutzung der Geothermie:

Die Temperaturen in der Erde variieren mit der Tiefe, wie in Abb. 3.2 gezeigt. Innerhalb der Erde haben verschiedene Bereiche unterschiedliche Wärmegradienten und damit unterschiedliche Nutzungsmöglichkeiten. Höhere thermische Gradienten entsprechen Bereichen, die mehr geothermische Energie enthalten. Geothermie-Bereiche, die für Großbetriebe wie die Stromerzeugung genutzt werden können, erfordern bestimmte Wärmegradienten.

Gebiete mit diesen Gradienten werden als geothermische Felder klassifiziert und befinden sich nur in ausgewählten Gebieten der Erde. Geothermische Felder sind die thermischen Bereiche, in denen durchlässige Gesteinsformationen unter der Erde ein Arbeitsfluid enthalten, ohne das der Bereich nicht in großem Umfang genutzt werden könnte.

ein. Halbwärmes Feld - produziert Wasser aus Bohrtiefen von 1-2 km bis zu 100 ° C

b. Nasses hyperthermisches Feld (wasserdominiert) - erzeugt Druckwasser> 100 ° C

c. Trockenes hyperthermisches Feld (dampfdominiert) - produziert trockenen gesättigten oder leicht überhitzten Dampf bei P> P _atm

Durch die Nutzung von Geothermiefeldern, insbesondere von Hyperthermiefeldern, kann Geothermie in großem Umfang genutzt werden. Halbwärmefelder, die typischerweise in Gebieten mit ungewöhnlich hohen Temperaturgradienten vorkommen. Hyperthermische Felder befinden sich im Allgemeinen an tektonischen Plattengrenzen in seismischen Zonen. Wärme fließt von der Mitte infolge radioaktiven Zerfalls nach außen.

Die Kruste (etwa 30 und 60 km dick) isoliert uns von der inneren Wärme, ein fester innerer Kern, gefolgt von einem flüssigen äußeren Kern, wobei der Mantel halbgeschmolzen ist und die Temperatur an der Krustenbasis um 1000 ° C langsam ansteigt in den Kern. Die Hot Spots befinden sich 2 bis 3 km von der Oberfläche entfernt.

Tektonische Platten bewegen sich ständig (mehrere Zentimeter pro Jahr). Bei Kollisionen oder Schleifen können Berge, Vulkane, Geysire und Erdbeben entstehen. In der Nähe der Verbindungsstellen dieser Platten wandert die geothermische Wärme schnell aus dem Inneren. Die Verteilung der wichtigsten geothermischen Energiereserven ist in Abb. 3.3 dargestellt.

1. Die Auswirkungen auf die Umwelt bei der Installation geothermischer Kraftwerke sind im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken in Bezug auf Landeinflüsse, Lufteinflüsse, Oberflächen- und Grundwassereinflüsse und ästhetische Auswirkungen in Systemen, in denen geothermisches Abwasser und Dampf wieder eingespritzt werden, weit geringer in den Boden.

Der Schweregrad der Umweltauswirkungen ist abhängig von: Art der entwickelten thermischen Ressource, chemischer Zusammensetzung der geothermischen Flüssigkeit, chemischer Zusammensetzung des Gesteins unter der Oberfläche, Geologie, Hydrologie und Topographie des Gebiets sowie der für die Energieerzeugung und den Verschmutzungsschutz verwendeten Technologie. Die Managementplanung kann oft die Auswirkungen der Verschmutzung durch Emissionskontrollen und eine ordnungsgemäße Planung reduzieren.

3. Wasserkraft:

Wasserkraft muss eine der ältesten Methoden zur Stromerzeugung sein. Wasserkraft wird aus fließendem Wasser gewonnen. Energie im Wasser kann in Form von Antriebsenergie oder Temperaturunterschieden genutzt und genutzt werden. Die häufigste Anwendung ist der Damm, er kann jedoch direkt als mechanische Kraft oder als thermische Quelle / Senke verwendet werden.

Wasserkraft aus potenziellen Energiequellen in Höhe von Gewässern liefert heute etwa 715.000 MWe oder 19% des Weltstroms, und große Staudämme sind noch in Planung. Abgesehen von einigen wenigen Ländern, in denen reichlich davon vorhanden ist, wird Wasserkraft normalerweise für den Spitzenlastbedarf eingesetzt, da sie so schnell gestoppt und gestartet wird.

Trotzdem ist Wasserkraft wahrscheinlich keine wichtige Option für die Zukunft der Energieerzeugung in den Industrieländern, da die meisten großen Standorte in diesen Ländern, die möglicherweise die Schwerkraft nutzen, entweder bereits ausgenutzt werden oder aus anderen Gründen, beispielsweise aus Umweltgründen, nicht zur Verfügung stehen Überlegungen.

Kleinere Wasserkraft- oder Kleinstwasserkraftwerke werden zunehmend als alternative Energiequellen eingesetzt, insbesondere in abgelegenen Gebieten, wo andere Energiequellen nicht in Frage kommen. Kleine Wasserkraftsysteme können in kleinen Flüssen oder Bächen installiert werden, wobei die Auswirkungen auf die Umwelt, z. B. durch Fischwanderung, kaum oder gar nicht erkennbar sind. Die meisten kleinen Wasserkraftsysteme machen keinen Staudamm oder eine größere Wasserumleitung aus, sondern verwenden Wasserräder mit geringen Umweltauswirkungen.

Wasser wird benötigt, um eine Wasserkraftanlage zu betreiben. Es wird in einem Reservoir oder einem See hinter dem Damm gehalten und die Kraft des Wassers, das aus dem Reservoir durch den Damm freigesetzt wird, dreht die Schaufeln einer Turbine. Die Turbine ist an den Generator angeschlossen, der Strom erzeugt. Nach dem Durchlaufen der Turbine gelangt das Wasser auf der stromabwärts gelegenen Seite des Damms wieder in den Fluss. (Abb. 3.4).

4. Aktives Solarheizsystem:

Mit Active Solar Heating Systems beheizte Flüssigkeit wird künstlich umgewälzt. Flachkollektor-Flachmetallplatte absorbiert die Sonnenenergie. Flüssigkeit kommt mit der Platte in Kontakt und wird an den benötigten Ort umgewälzt. Die Platte befindet sich in einer isolierten Box mit Glasdeckel (Glas ist für Infrarotstrahlung undurchlässig, lässt jedoch 90% der einfallenden Strahlung zu).

Arten von Sammlern:

1. Röhren zwischen den Platten

2. Wasser über die Platte rieseln

3. Schwarze Gummimatte mit Schläuchen und Flossen (Schwimmbecken mit niedriger Temperatur)

4. Kollektorwirkungsgrad = 100% x (nutzbare Energie geliefert) / (Sonneneinstrahlung am Kollektor) kann bis zu 60-70% betragen

Faktoren, die die Effizienz beeinflussen:

1. Wassertemperatur - da Leitungsverluste von T abhängen, ist T größer = mehr Verluste

2. Strahlungsverluste - heiße Dinge strahlen. Beschichtungsabsorber helfen Kupferoxidfilm - Absorption = 0, 9, Emissionsgrad = 0, 15

3. Kollektorwinkel - abhängig von der Verwendung.

Lager:

Es gibt verschiedene Arten von Speichersystemen, deren Nutzung vom Platz abhängig ist.

Volumenwärmekapazität = Energiemenge, die erforderlich ist, um eine Volumeneinheit des Materials zu erhöhen, Temperatur 1 Grad = spezifische Wärme x Dichte Bsp. Eisen 1/8 Wärmekapazität von Wasser, jedoch 8-fach dichter Wir können Wasser unter Gesteinsschichten verwenden, insbesondere für das Luftsystem. Phasenwechselnde Materialien - Wärmeabgabefreisetzung kann geringere Lagermenge sein, hält aber bei einer bestimmten Temperatur. Ex. Eutektische Salze

Verwendet:

1. Raumheizung - Heizkörper für Fußleisten. Die Wärme vom Kollektor wird in den Speicher gepumpt. Das Fluid wird dann abgepumpt und bei Bedarf wird zusätzliche Wärme hinzugefügt, bevor es zu den Fußleisten kommt

2. Warmwasser - Wie Raumheizung, außer dass auf jeden Fall Wasser verwendet wird (Wärmetauscher im Speicher).

Fokussierte Sammler:

Focused Collectors - ein aktives Sonnensystem, das gebogene Spiegel verwendet, um Sonnenlicht auf das Arbeitsfluid zu fokussieren. Kann Temperaturen über 180 ° F und bis zu 1000 ° F erreichen. Hauptanwendung sind Dampferzeuger (warum benötigen Sie 1000 F Wasser oder Luft?)

Passive Solarheizungssysteme:

Passive Solarheizung - Erwärmte Flüssigkeit wird nicht künstlich übertragen. Natürliche Mittel (Konvektion und Leitung) werden verwendet, um den gesamten erforderlichen Transport durchzuführen. Ein großer Gewinn an Einsparungen. Diese Art von System nutzt die Tatsache, dass die Menge der Sonnenenergie, die über 24 Perioden durch Glas übertragen wird, größer ist als der Wärmeverlust. Alle Typen benötigen eine hervorragende Isolierung, solare Sammlung und Wärmespeicher.

Vier gängige Typen sind:

ein. Direkte Verstärkung - direktes Sonnenlicht erwärmt den Raum. Benötigt thermische Masse zur Speicherung von Wärme (Beton, Steine ​​usw.). Adobe Häuser im Südwesten

b. Indirekter Gewinn - sammeln und speichern Sie Energie in einem Teil und ermöglichen es der natürlichen Konvektion, Energie auf andere Teile zu übertragen. Ex. Trombe Wand

c. Angeschlossenes Gewächshaus - ähnlich wie der indirekte Gewinn. Es bietet jedoch auch im Sommer eine Barriere gegen direktes Sonnenlicht in Wohnräumen. Auch gut für die Lebensmittelproduktion

d. Thermosiphon - kann für heißes Wasser verwendet werden. Für die Heizung oder für die Fensterheizung werden natürliche Auftriebskörper verwendet.

Wirtschaft:

Aktive Systeme sind teuer, weniger passiv. Es ist teurer, nachzurüsten, als einzubauen. In diesen Zeiten, ohne Anreiz (niedrige Energiepreise, keine Solardividende) und Wirtschaftlichkeit, denkt niemand darüber nach.

Der größte Schub kann aus Umweltgründen mehr sein:

ein. Mögliche Einsparungen - 25% des Energieverbrauchs entfallen auf Heizen und Kühlen

b. Die nördlichen Bundesstaaten haben im Winter einen höheren Bedarf an heißer Luft, werden jedoch weniger stark in den Sonnenzustand versetzt als die südlichen Bundesstaaten

c. Süds größter Einsatz wahrscheinlich für heißes Wasser. Brauchwarmwasser macht 4% des Energieverbrauchs aus.

d. Akkus speichern die erzeugte Energie und entladen sie bei Bedarf.

e. Die Batteriebank besteht aus einer oder mehreren Solarbatterien.

f. Je nach Strom und Spannung werden die Batterien für bestimmte Anwendungen in Reihe und / oder parallel geschaltet.

Drei Möglichkeiten, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, hauptsächlich Photovoltaik-Windturbinen und Solarthermie- (Dampf-) Turbinen.

Solarzellenprinzipien:

Photoelektrischer Effekt - 1887 von Heinrich Hertz entdeckt. 1905 von Einstein erklärt. Wenn Licht auf Metalle trifft, werden Elektronen emittiert. Puzzle war, dass für bestimmte Lichtfarben keine Elektronen emittierten. Erklärung - Licht hat Wellen- und Partikelcharakteristika. Wenn wir an Teilchen denken, dann hat jedes Photon eine Energie von E = hf. Wenn das Photon von Metall absorbiert wird, werden Elektronen freigesetzt, wenn hf größer ist als die Bindungsenergie von Elektronen an Metall.

Solarzellenfertigung:

Die meisten Solarzellen bestehen aus zwei miteinander verbundenen Halbleitermaterialien. Silizium wird mit Phosphor "dotiert", um einen n-Typ-Halbleiterkristall zu erzeugen, der mit Silizium "dotiert" ist, der mit Bor (p-Typ-Halbleiterkristall) dotiert ist, um einen pn-Übergang zu erzeugen. Dadurch entsteht eine Potentialbarriere, die den freigesetzten Elektronen eine "Richtung gibt", dh die freigesetzten Elektronen werden in Richtung des potentiellen Energieabfalls getrieben.

pn-Übergänge können auch aus amorphem Silizium gebildet werden (keine Kristallstruktur). Durch baumelnde Bindungen (fehlende kristalline Struktur) können freie Elektronen eingefangen werden. Diese sind billig herzustellen und unter Fluoreszenzlicht effizient.

Andere Materialien als Silizium können verwendet werden, um die pn-Übergänge zu erzeugen. Materialien wie Galliumarsenid, Cadmiumtellurid und Cadmiumsulfid können verwendet werden. Höhere Wirkungsgrade als auf Silizium basierende PV-Zellen können erzielt werden (die Quote von Büchern von 40% ist bei langfristiger Nutzung außer Betrieb; die besten Wirkungsgrade liegen bei 20-25%).

5. Windenergie:

Windenergie ist die kinetische Energie des Windes oder die Gewinnung dieser Energie durch Windkraftanlagen. Im Jahr 2004 wurde die Windenergie zur kostengünstigsten Form der neuen Stromerzeugung, wobei die Kosten pro Kilowattstunde Kohlekraftwerke gesunken sind.

Die Windenergie wächst mit etwa 37% schneller als jede andere Form der Stromerzeugung, verglichen mit einem Wachstum von 25% im Jahr 2002. In den späten 1990er Jahren waren die Kosten der Windenergie etwa fünfmal so hoch wie im Jahr 2005 und damit niedriger Es wird erwartet, dass sich der Trend fortsetzt, da größere Multi-Megawatt-Turbinen in Massenproduktion hergestellt werden.

Schätzungsweise 1 bis 3 Prozent der Sonnenenergie wird in Windenergie umgewandelt. Das ist etwa 50 bis 100 Mal mehr Energie als die, die von allen Pflanzen auf der Erde durch Photosynthese in Biomasse umgewandelt wird. Der größte Teil dieser Windenergie ist in großen Höhen zu finden, in denen kontinuierliche Windgeschwindigkeiten von über 160 km / h üblich sind. Schließlich wird die Windenergie durch Reibung in diffuse Wärme über die gesamte Erdoberfläche und Atmosphäre umgewandelt.

Während die genaue Windkinetik extrem kompliziert und relativ wenig verstanden wird, sind die Grundlagen ihrer Entstehung relativ einfach. Die Erde wird nicht gleichmäßig von der Sonne erwärmt. Die Pole erhalten nicht nur weniger Energie von der Sonne als der Äquator, sondern trockenes Land erwärmt sich schneller (und kühlt sich ab) als die Meere.

Die differentielle Erwärmung versorgt ein globales atmosphärisches Konvektionssystem, das von der Erdoberfläche bis zur Stratosphäre reicht, als virtuelle Decke. Der Wechsel der Jahreszeiten, der Wechsel von Tag und Nacht, der Coriolis-Effekt, die unregelmäßige Albedo (Reflektivität) von Land und Wasser, die Luftfeuchtigkeit und die Reibung des Windes in verschiedenen Geländen sind einige der vielen Faktoren, die den Windfluss über die Oberfläche erschweren .