Top 10 Erneuerbare Energien

Erneuerbare Ressourcen sind solche, die kontinuierlich in der Natur erzeugt werden können und unerschöpflich sind, z. B. Holz, Sonnenenergie, Windenergie, Gezeitenenergie, Wasserkraft, Biomasseenergie, Biokraftstoffe, Geothermie und Wasserstoff. Sie werden auch als nicht konventionelle Quellen bezeichnet und sie können immer wieder endlos verwendet werden.

1. Sonnenenergie:

Die Sonne bietet eine ideale Energiequelle, die unbegrenzt zur Verfügung steht und teuer ist, was die Gesamtwärmebelastung der Erde nicht erhöht und keine Luft- und Wasserschadstoffe erzeugt. Es ist eine leistungsstarke Alternative zu fossilen und nuklearen Brennstoffen. Solarenergie ist jedoch so reichlich vorhanden, jedoch mit einem Wirkungsgrad von nur 10%.

Die tägliche Sonnenenergie beträgt in verschiedenen Teilen des Landes zwischen 5 und 7 kWh / m ² . Diese enorme solare Energiequelle kann durch thermische oder photovoltaische Umwandlungswege in andere Energieformen umgewandelt werden. Der solarthermische Weg verwendet Strahlung in Form von Wärme, die wiederum in mechanische, elektrische oder chemische Energie umgewandelt werden kann.

Einschränkungen für die solare Stromerzeugung:

1. Die Intensität der Sonnenenergie ist nicht konstant.

2. Die Dichte der Sonnenenergie ist im Vergleich zu Öl, Gas oder Kohle usw. niedrig.

3. Es besteht das Problem, Sonnenenergie auf einer großen Fläche wirtschaftlich zu sammeln.

4. Probleme beim Entwerfen von Einrichtungen, die diffuses Sonnenlicht nutzen können.

Solarthermiegeräte wie Solarkocher, Solarwarmwasserbereiter, Solartrockner, Photovoltaikzellen, Solarstromplatten, Solarofen usw.

Sonnenkollektor:

Diese können passiv oder aktiv sein. Passive Sonnenkollektoren sind natürliche Materialien wie Steine, Ziegelsteine ​​usw. oder Materialien wie Glas, die tagsüber Wärme aufnehmen und nachts langsam abgeben. Aktive Sonnenkollektoren pumpen ein wärmeabsorbierendes Medium (Luft oder Wasser) durch einen kleinen Kollektor, der normalerweise oben auf dem Gebäude angeordnet ist.

Solarzellen:

Sie werden auch als Photovoltaikzellen oder PV-Zellen bezeichnet. Solarzellen bestehen aus dünnen Wafern aus Halbleitermaterialien wie Silizium und Gallium. Wenn Sonnenstrahlen auf sie fallen, wird eine Potentialdifferenz erzeugt, die den Fluss von Elektronen verursacht und Elektrizität erzeugt.

Silizium kann aus Siliziumdioxid und Sand gewonnen werden, das reichlich verfügbar und kostengünstig ist. Durch die Verwendung von Galliumarsenid, Cadmiumsulfid oder Bor kann die Effizienz der PV-Zelle verbessert werden. Die von einer einzelnen Zelle mit einer Größe von 4 cm ² erzeugte Potentialdifferenz beträgt etwa 0, 4 bis 0, 5 V und erzeugt einen Strom von 60 Milliampere.

Solarkocher:

Solarkocher nutzen Sonnenwärme, indem sie die Sonnenstrahlung mithilfe eines Spiegels direkt auf eine Glasscheibe reflektieren, die die schwarze Isolierbox abdeckt, in der sich das Rohkostgut befindet.

Solarheizungen:

Es besteht aus einer isolierten Box, die von innen schwarz lackiert ist und einen Glasdeckel zur Aufnahme und Speicherung von Sonnenwärme besitzt. In der Box befindet sich eine schwarz lackierte Kupferspirale, durch die kaltes Wasser fließt, das erhitzt wird und in einen Vorratsbehälter fließt. Das heiße Wasser aus dem auf dem Dach angebrachten Speicher wird dann über Rohrleitungen in Gebäude wie Hotels und Krankenhäuser geleitet.

Solaröfen:

Hier sind tausende von kleinen Spiegeln in konkaven Reflektoren angeordnet, die alle Sonnenwärme sammeln und eine Temperatur von bis zu 3000 ° C erzeugen.

Solarthermisches Kraftwerk:

Solarenergie wird in großem Umfang genutzt, indem konkave Reflektoren verwendet werden, die das Kochen von Wasser zur Erzeugung von Dampf verursachen. Die Dampfturbine treibt einen Generator an, um Strom zu erzeugen. In Gurgaon, Haryana, wurde ein Solarkraftwerk (Kapazität 50 K) installiert.

2. Windenergie:

Windenergie ist Energie aus Turbinen, die den Strom erzeugen, wenn der Wind die Flügel von Windmühlen dreht. Eine große Anzahl von Windmühlen ist in Clustern, den sogenannten Windparks, installiert. Die Windkraftanlage ist auf bestimmte Spezifikationen ausgelegt, um die Effizienz der Stromerzeugung zu maximieren.

Die typische Turbine dreht sich mit etwa 10 bis 25 Umdrehungen pro Minute, und der Windtyp, der diese Drehung bewirkt, beträgt etwa acht bis zehn Knoten oder 16 km / h. Aus meteorologischer Sicht wird Wind als sich bewegende Luft bezeichnet und ist im Wesentlichen eine Bewegung von einem Hochdruckbereich zu einem Niederdruckbereich.

Diese Bewegung wird verbessert, wenn der Gesamtfluss kaum gestört wird. Daher sollte die effektivste Windenergieanlagenergieerzeugung in Gebieten mit großer Höhe oder über offenem Wasser erfolgen. Das Windenergiepotenzial unseres Landes wird auf etwa 20.000 MW geschätzt, während wir derzeit etwa 1020 MW erzeugen. Der größte Windpark unseres Landes liegt in der Nähe von Kanyakumari in Tamil Nadu und erzeugt 380 MW Strom.

3. Wasserkraft:

Das erste Wasserkraftwerk in Indien war ein kleines Wasserkraftwerk mit 130 kW, das 1897 in Sidrapong in der Nähe von Darjeeling in Westbengalen in Betrieb genommen wurde. Mit dem technologischen Fortschritt und dem steigenden Strombedarf wurde der Schwerpunkt auf große Wasserkraftwerke gelegt.

Das in einem Fluss fließende Wasser wird gesammelt, indem ein großer Damm errichtet wird, in dem das Wasser gespeichert wird und aus der Höhe fallen kann. Die Schaufel der Turbine, die sich am Boden des Damms befindet, bewegt sich mit dem sich schnell bewegenden Wasser, das wiederum den Generator dreht und Strom erzeugt.

Wir können auch kleine oder kleine Wasserkraftwerke am Fluss in hügeligen Regionen bauen, um die Wasserkraft in kleinem Maßstab zu nutzen. Die Mindesthöhe der Wasserfälle sollte jedoch 10 Meter betragen.

Vorteile:

Wasserkraft hat mehrere Vorteile wie:

ein. Es ist eine saubere Energiequelle.

b. Es bietet Bewässerungsmöglichkeiten.

c. Es versorgt die Menschen mit Trinkwasser, vor allem in der Wüste von Rajasthan und Gujarat.

d. Es ist absolut umweltfreundlich, hat eine lange Lebensdauer und hat sehr niedrige Betriebs- und Wartungskosten.

e. Hilfe bei der Eindämmung von Überschwemmungen und zur Bereitstellung von Wasser in nicht regnerischen Jahreszeiten für die Bewässerung und andere Zwecke.

Probleme:

Wasserkraftwerk (Damm) hat erhebliche Umweltprobleme:

ein. Die Dammstandorte sind speziell die Wald- und Landwirtschaftsflächen und werden während des Baus versenkt.

b. Es verursacht Staunässe und Verschlammung.

c. Dies führt zu einem Verlust an Biodiversität und Fischbestand und anderen Wasserorganismen werden nachteilig beeinflusst.

d. Vertriebene Menschen vor Ort und schaffen Probleme der Rehabilitation und damit verbundene sozioökonomische Probleme.

e. Erhöhen Sie die Seismizität durch große Wassermengen.

4. Gezeitenenergie:

Die Gezeiten, die durch die Gravitationskräfte von Sonne und Mond erzeugt werden, enthalten enorme Mengen an Energie. "Flut" und "Ebbe" beziehen sich auf das Auf und Ab des Wassers im Ozean. Beim Hochdrehen der Turbinen ist zwischen der Höhe der Flut und der Ebbe eine Differenz von mehreren Metern erforderlich.

Die Gezeitenenergie kann genutzt werden, indem eine Gezeitensperre errichtet wird. Bei Flut strömt das Meerwasser in das Reservoir des Staudamms und dreht die Turbine, die wiederum durch Drehen der Generatoren Strom erzeugt. Bei Ebbe, wenn der Meeresspiegel niedrig ist, strömt das im Staudammspeicher gespeicherte Meerwasser in das Meer und dreht die Turbine erneut.

5. Meeresenergie:

Die Energie, die aufgrund der Temperaturdifferenz des Wassers an der Oberfläche des tropischen Ozeans und in tieferen Ebenen verfügbar ist, wird als Ocean Thermal Energy (OTE) bezeichnet. Für den Betrieb von OTEC-Kraftwerken (Ocean Thermal Energy Conversion) ist eine Differenz von 20 ° C oder mehr erforderlich. Das warme Oberflächenwasser des Ozeans wird zum Kochen einer Flüssigkeit wie Ammoniak verwendet.

Hochdruckdämpfe der durch Kochen gebildeten Flüssigkeit werden dann verwendet, um die Turbine eines Generators zu drehen und Elektrizität zu erzeugen. Das kältere Wasser aus den tieferen Ozeanen wird gepumpt, um die Dämpfe in Flüssigkeit zu kühlen und zu verdichten.

6. Geothermie:

Geothermie ist die Wärme der Erde. Es ist sauber und nachhaltig. Geothermische Ressourcen reichen von flachem Boden bis zu heißem Wasser und heißem Gestein, das sich einige Kilometer unter der Erdoberfläche befindet, und noch tiefer in die extrem hohen Temperaturen von geschmolzenem Gestein, genannt Magma.

Der Dampf oder das heiße Wasser kommt auf natürliche Weise durch Risse in Form von natürlichen Geysiren aus dem Boden. Manchmal findet der Dampf oder kochendes Wasser unter der Erde keinen Platz, um herauszukommen. Wir können künstlich ein Loch bis zu den heißen Felsen bohren und durch Einführen eines Rohrs den Dampf oder heißes Wasser mit hohem Druck durch das Rohr sprudeln lassen, wodurch die Turbinen eines Generators Strom erzeugen.

7. Biomasse-Energie:

Seit Jahrtausenden nutzen wir Biomasseenergie oder Bioenergie, die Energie aus organischem Material, seit Menschen Holz verbrannt haben, um Speisen zu kochen oder sich warm zu halten. Und noch heute ist Holz unsere größte Biomasse-Energiequelle.

Aber auch viele andere Biomassequellen können genutzt werden, darunter Pflanzen, Rückstände aus der Land- oder Forstwirtschaft und die organische Komponente von kommunalen und industriellen Abfällen. Sogar die Abgase aus Deponien können als Energiequelle für Biomasse genutzt werden.

Die Nutzung von Biomasseenergie hat das Potenzial, unsere Treibhausgasemissionen stark zu reduzieren. Biomasse erzeugt etwa so viel Kohlendioxid wie fossile Brennstoffe, aber jedes Mal, wenn eine neue Pflanze wächst, wird Kohlendioxid tatsächlich aus der Atmosphäre entfernt.

Die Nettoemission von Kohlendioxid wird Null sein, solange die Anlagen zur Energiegewinnung aus Biomasse weiter aufgestockt werden. Diese Energiepflanzen, wie schnell wachsende Bäume und Gräser, werden als Biomasse-Futtermittel bezeichnet. Die Verwendung von Biomasse-Futtermitteln kann auch dazu beitragen, die Gewinne für die Landwirtschaft zu steigern.

Die Verbrennung von Pflanzenresten oder tierischen Abfällen verursacht Luftverschmutzung und produziert viel Asche als Abfall. Das Verbrennen von Dung zerstört wichtige Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor. Es ist daher sinnvoller, die Biomasse in Biogas oder Biokraftstoffe umzuwandeln.

8. Biogas:

Biogas ist eine Mischung aus Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff, wobei die Hauptbestandteile Methan sind. Biogas entsteht durch anaeroben Abbau tierischer Abfälle (manchmal Pflanzenabfälle) in Gegenwart von Wasser. Anaerober Abbau bedeutet den Abbau von organischem Material durch Bakterien in Abwesenheit von Sauerstoff.

Biogas ist ein umweltfreundlicher, sauberer und kostengünstiger Brennstoff, der in ländlichen Gebieten, in denen viel tierische und landwirtschaftliche Abfälle vorhanden sind, sehr nützlich ist. Es gibt eine direkte Gaszufuhr aus der Anlage und es gibt kein Speicherproblem. Der verbleibende Schlamm ist ein reichhaltiger Dünger, der bakterielle Biomasse enthält, wobei die meisten Nährstoffe als solche erhalten bleiben.

Biogasanlagen, die in unserem Land verwendet werden, bestehen im Wesentlichen aus zwei Arten:

1. Feste Biogasanlage in Kuppelbauweise:

Eine Anlage mit festem Dom besteht aus einem Fermenter mit einem festen, nicht beweglichen Gashalter, der auf dem Fermenter sitzt. Wenn die Gasproduktion beginnt, wird die Aufschlämmung in den Ausgleichsbehälter verdrängt. Der Gasdruck steigt mit dem gespeicherten Gasvolumen und der Höhendifferenz zwischen dem Aufschlämmungsstand im Fermenter und dem Aufschlämmungsstand im Ausgleichsbehälter.

Während der unterirdische Fermenter nachts und in der kalten Jahreszeit vor niedrigen Temperaturen geschützt ist, dauert es länger, bis der Fermenter von Sonnenschein und warmen Jahreszeiten erwärmt wird. Keine Tag / Nacht-Temperaturschwankungen im Fermenter beeinflussen die bakteriologischen Prozesse positiv.

Der Bau von Anlagen mit fester Kuppel ist arbeitsintensiv und schafft lokale Arbeitsplätze. „Fixed-Dome-Anlagen sind nicht einfach zu bauen. Sie sollten nur dort gebaut werden, wo der Bau von erfahrenen Biogas-Technikern überwacht werden kann. Ansonsten dürfen Pflanzen nicht gasdicht sein.

2. Biogasanlage mit schwebender Trommel:

Floating-Drum-Anlagen bestehen aus einem unterirdischen Fermenter und einem beweglichen Gasspeicher. Der Gasspeicher schwimmt entweder direkt auf dem Gärschlamm oder in einem eigenen Wassermantel. Das Gas wird in der Gastrommel gesammelt, die je nach der gespeicherten Gasmenge auf- oder absteigt. Durch ein Führungsgestell wird verhindert, dass die Gastrommel kippt. Wenn die Trommel in einem Wassermantel schwimmt, kann sie auch bei festem Untergrund nicht hängen bleiben.

In der Vergangenheit wurden Floating-Drum-Anlagen hauptsächlich in Indien gebaut. Eine Floating-Drum-Anlage besteht aus einem zylindrischen oder kuppelförmigen Kocher und einem beweglichen, schwebenden Gashalter oder einer Trommel. Der Gasbehälter schwimmt entweder direkt in der Gärschlämme oder in einem separaten Wassermantel.

Die Trommel, in der sich das Biogas sammelt, hat einen inneren und / oder einen äußeren Führungsrahmen, die für Stabilität sorgen und die Trommel aufrecht halten. Wenn Biogas erzeugt wird, fährt die Trommel nach oben, wenn Gas verbraucht wird, sinkt der Gasspeicher zurück.

Die Stahltrommel ist relativ teuer und wartungsintensiv. Das Entfernen von Rost und Lackieren muss regelmäßig durchgeführt werden. Die Lebensdauer der Trommel ist kurz (bis zu 15 Jahre; in tropischen Küstenregionen etwa fünf Jahre). Wenn faserige Substrate verwendet werden, neigt der Gasspeicher dazu, im resultierenden Schwimmschlamm zu "stecken".

9. Biokraftstoffe:

Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energiequellen kann Biomasse direkt in flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden, die als "Biokraftstoffe" bezeichnet werden. Die zwei am häufigsten verwendeten Arten von Biokraftstoffen sind Ethanol und Biodiesel.

Ethanol ist ein Alkohol, der gleiche wie in Bier und Wein (obwohl Ethanol, das als Brennstoff verwendet wird, so modifiziert ist, dass es nicht trinkbar ist). Es wird am häufigsten durch Fermentation von kohlenhydratreicher Biomasse durch einen Prozess hergestellt, der dem Bierbrauen ähnelt.

Heutzutage wird Ethanol aus Stärke und Zucker hergestellt. Die NREL-Wissenschaftler entwickeln jedoch eine Technologie, die es ermöglicht, aus Zellulose und Hemizellulose, dem Fasermaterial, das den Großteil der Pflanzenstoffe bildet, zu bestehen.

Ethanol kann auch durch ein als Vergasung bezeichnetes Verfahren hergestellt werden. Vergasungssysteme verwenden hohe Temperaturen und eine sauerstoffarme Umgebung, um Biomasse in Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, umzuwandeln. Das Synthesegas oder "Synthesegas" kann dann chemisch in Ethanol und andere Brennstoffe umgewandelt werden.

Ethanol wird meistens als Beimischungsmittel mit Benzin verwendet, um die Oktanzahl zu erhöhen und die Kohlenmonoxid- und andere Smog-Emissionen zu reduzieren. Einige Fahrzeuge, die als Flexible Fuel Vehicles bezeichnet werden, sind für den Betrieb mit E85 ausgelegt, einem alternativen Kraftstoff mit viel höherem Ethanolgehalt als normales Benzin.

Biodiesel wird durch Kombination von Alkohol (normalerweise Methanol) mit Pflanzenöl, Tierfett oder recyceltem Kochfett hergestellt. Es kann als Zusatzstoff (typischerweise 20%) zur Verringerung der Fahrzeugemissionen oder in reiner Form als erneuerbarer alternativer Kraftstoff für Dieselmotoren verwendet werden.

Die Forschung zur Herstellung von flüssigen Treibstoffen aus mikroskopisch kleinen Algen oder Mikroalgen taucht bei NREL wieder auf. Diese Mikroorganismen nutzen die Sonnenenergie, um Kohlendioxid mit Wasser zu kombinieren, um Biomasse effizienter und schneller zu erzeugen als Landpflanzen.

Ölreiche Mikroalgenstämme sind in der Lage, das Ausgangsmaterial für eine Reihe von Transportkraftstoffen herzustellen - Biodiesel, „grünen“ Diesel und Benzin sowie Düsentreibstoff - und mildern gleichzeitig die Auswirkungen von Kohlendioxid, das beispielsweise aus Kraftwerken freigesetzt wird.

10. Wasserstoff:

Wasserstoff (H ₂ ) wird als Kraftstoff für PKW aggressiv erforscht. Es kann in Brennstoffzellen zum Antrieb von Elektromotoren oder zur Verbrennung in Verbrennungsmotoren (ICEs) verwendet werden. Es handelt sich um einen umweltfreundlichen Kraftstoff, der die Abhängigkeit von importiertem Öl drastisch reduzieren kann. Es müssen jedoch einige bedeutende Herausforderungen überwunden werden, bevor er umfassend eingesetzt werden kann.

Vorteile von Wasserstoffbrennstoff:

1. Im Inland hergestellt:

Wasserstoff kann im Inland aus verschiedenen Quellen hergestellt werden, wodurch unsere Abhängigkeit von Erdölimporten verringert wird.

2. Umweltfreundlich:

Wasserstoff erzeugt bei Verwendung in Brennstoffzellen keine Luftschadstoffe oder Treibhausgase; Es produziert nur Stickoxide (NO _X ), wenn es in ICEs verbrannt wird.

Herausforderungen des Wasserstoffbrennstoffs:

1. Kraftstoffkosten und Verfügbarkeit:

Wasserstoff ist derzeit teuer in der Herstellung und ist nur an einer Handvoll Standorten verfügbar, meist in Kalifornien.

2. Fahrzeugkosten und Verfügbarkeit:

Brennstoffzellenfahrzeuge sind derzeit für die meisten Verbraucher viel zu teuer und stehen nur wenigen Demonstrationsflotten zur Verfügung.

3. Kraftstoffspeicher an Bord:

Wasserstoff enthält viel weniger Energie als Benzin oder Diesel auf Volumenbasis, was es für Wasserstofffahrzeuge schwierig macht, zwischen Tankauffüllungen - etwa 300 Meilen - bis zu Benzinfahrzeugen zu gelangen. Die Technologie verbessert sich, aber die integrierten Wasserstoffspeichersysteme erfüllen noch nicht die Größen-, Gewichts- und Kostenziele für die Kommerzialisierung.