5 أهم مصادر الطاقة الطبيعية المتجددة
بعض أهم مصادر الطاقة الطبيعية المتجددة هي: 1. الطاقة الحيوية 2. الطاقة الحرارية الأرضية 3. الطاقة الكهرمائية 4. نظام التدفئة بالطاقة الشمسية 5. طاقة الرياح.
1. الطاقة الحيوية:
تستخدم الطاقة الحيوية موارد الكتلة الحيوية المتجددة لإنتاج مجموعة من المنتجات ذات الصلة بالطاقة بما في ذلك الكهرباء الصلبة الصلبة والوقود الغازي والحرارة والمواد الكيميائية والمواد الأخرى. تمثل الطاقة الحيوية حوالي ثلاثة في المائة من إنتاج الطاقة الأولية.
يأتي ذلك من الكتلة الحيوية ، أي أي مادة عضوية مشتقة من النبات متاحة على أساس متجدد ، بما في ذلك محاصيل الطاقة المخصصة والأشجار ، والأغذية الزراعية ومحاصيل العلف ، ومخلفات المحاصيل الزراعية والمخلفات ، ومخلفات الخشب والمخلفات ، والنباتات المائية ، ومخلفات الحيوانات ، والنفايات البلدية وغيرها من النفايات.
أنواع الطاقة الحيوية والوقود الحيوي:
الوقود السائل بما في ذلك الإيثانول والميثانول والديزل الحيوي والوقود الغازي مثل الهيدروجين والميثان المشتق من مخزونات الكتلة الحيوية. الوقود الحيوي هو وقود سائل مصنوع من الاسترات والكحوليات والإيثرات ومواد كيميائية أخرى للكتلة الحيوية. وهي وقود متجدد يمكن إنتاجه في أي مناخ باستخدام ممارسات زراعية تم تطويرها بالفعل. وتشمل أنواع الوقود الحيوي الشائعة: الإيثانول والديزل الحيوي. يتكون الإيثانول من النشويات أو السكريات ، وعادةً ما تكون الحبوب أو الذرة. وقود الديزل الحيوي هو استر مصنوع من الدهون أو الزيوت. الإيثانول السليولوزي هو المستقبل.
مزايا الوقود الحيوي:
1. لأن الوقود الحيوي قابلة للتجديد ، فإنه يمكن استخدامه لأجل غير مسمى دون استنزاف احتياطيات الأرض الطبيعية
2. يمكن إنتاج الوقود الحيوي في وقت قصير (على سبيل المثال: موسم نمو واحد) في حين أن الوقود غير المتجدد ، مثل الوقود الأحفوري ، يستغرق 40 مليون سنة أو أكثر لإنتاجه.
3. الوقود الحيوي محايدة الكربون ، مما يعني أن صافي ناتج C0 2 يساوي مدخلات C0 2 الصافية. الوقود الحيوي يقلل من الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي. وهو متجدد ولا يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري بسبب
دورة الكربون المغلقة.
تمت إزالة الكربون في الوقود أصلا من الهواء من قبل النباتات لذلك لا يوجد أي زيادة صافية في مستويات ثاني أكسيد الكربون. ويوفر تخفيضات كبيرة في أول أكسيد الكربون ، والهيدروكربونات غير المحروقة ، وانبعاثات الجسيمات من محركات الديزل.
أظهرت معظم اختبارات الانبعاثات وجود أكاسيد طفيفة من زيادة النيتروجين (NOx) باستخدام الديزل الحيوي. ويمكن القضاء على هذه الزيادة في أكاسيد النيتروجين مع تعديل صغير لتوقيت حقن المحرك مع الاحتفاظ بنقص الجسيمات. يتمتع وقود الديزل الحيوي بخصائص تشحيم ممتازة ، عند إضافته إلى وقود الديزل العادي بمقدار 1-2٪ ، يمكنه تحويل الوقود بخصائص تشحيم منخفضة ، مثل وقود الديزل منخفض الكبريت الحديث ، إلى وقود مقبول.
4. يتم تصنيع وقود الديزل الحيوي من مجموعة متنوعة من مخزون العلف:
ا. زيت فول الصويا وزيت الذرة وزيت الكانولا (مجموعة متنوعة من زيت بذور العلب) وزيت بذرة القطن وزيت الخردل وزيت النخيل وزيت عباد الشمس وزيت بذر الكتان وزيت الجاتروفا وغيرها.
ب. زيوت مطعم النفايات مثل زيوت القلي
ج. الدهون الحيوانية مثل الشحم الشحم أو لحم الخنزير
د. شحم فخ (من مصائد الشحوم في المطاعم) ، الشحوم العائمة (من محطات معالجة مياه الصرف الصحي) ، إلخ.
5. الوقود الحيوي يعزز الاقتصاد عن طريق:
ا. تقليل الاعتماد على النفط الأجنبي (وبالتالي تقليل العجز التجاري)
ب. تشجيع النمو في القطاع الزراعي
ج. الكهرباء الحيوية المولدة من الكتلة الحيوية. استناداً إلى تكنولوجيا الاحتراق المباشر: حرق الكتلة الحيوية لإنتاج البخار في الغلايات. يستخدم البخار لإنتاج الكهرباء في مولدات التوربينات البخارية. معظم الطاقة الحيوية المنتجة هي من النفايات الخشبية. قد تشمل تقنيات الطاقة الحيوية المستقبلية إطلاق النار المشترك ، وتغويز (الغاز الحيوي) ، والتحلل الحراري ، والهضم اللاهوائي.
د. المواد الكيميائية والمنتجات الكيميائية القائمة على أساس بيولوجي ، بخلاف الأغذية والأعلاف ، المشتقة من مخزونات الكتلة الحيوية. أمثلة: الكيماويات الخضراء واللدائن المتجددة والألياف الطبيعية والمواد الإنشائية الطبيعية.
2. الطاقة الحرارية الأرضية:
التطورات في مصادر الطاقة البديلة التي نشأت بسبب التهديد باستنفاد موارد الطاقة التقليدية ، والانتقال إلى الاكتفاء الذاتي ، والسعي لإيجاد مصادر بديلة للطاقة متاحة على نطاق واسع ومتنوعة ، ومتجددة ، ولها تأثير محدود على البيئة.
الطاقة الحرارية الأرضية هي طاقة الطاقة الناتجة عن العمليات الطبيعية التي تحدث داخل الأرض. Fumaroles ، الينابيع الساخنة وأواني الطين هي الظواهر الطبيعية التي تنتج عن النشاط الحراري. الحرارة الداخلية من الأرض (التي يتم إنتاجها عن طريق اضمحلال المواد المشعة الطبيعية).
تقع معظم المواقع على الأرجح بالقرب من حدود اللوحة مع البراكين النشطة وتدفق الحرارة العالية ، على سبيل المثال الباسيفيك ريم ، أيسلندا ، البحر الأبيض المتوسط. وتستخدم مرافق استغلال الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق واسع في إيطاليا والولايات المتحدة واليابان ونيوزيلندا والمكسيك والاتحاد السوفياتي.
الاستخدام التقليدي للطاقة الحرارية الأرضية: تم استخدام الطاقات الطبيعية للطاقة الحرارية الأرضية لعدة قرون في علم الأعشاب (الشفاء والنظافة) ، والخدمات المنزلية مثل الطبخ ، وغسيل الملابس ، (النيوزيلنديين الأصليين) ، واستخراج المعادن ، حيث يمكن أن تحتوي المياه الجوفية على معادن مفيدة مثل حمض البوريك أو الكبريت أو الزاج أو الألمنيوم.
تسخير الطاقة الحرارية الأرضية:
درجات الحرارة في الأرض تختلف مع العمق كما هو موضح في الشكل 3.2. داخل الأرض ، تتميز المناطق المختلفة بتدرجات حرارية مختلفة وبالتالي إمكانات استخدام مختلفة. تتوافق التدرجات الحرارية العالية مع المناطق التي تحتوي على المزيد من الطاقة الحرارية الجغرافية. تتطلب المناطق الحرارية الأرضية التي يمكن استخدامها لعمليات واسعة النطاق مثل توليد الطاقة تدرجات حرارية محددة.
تصنف المناطق التي تمتلك هذه التدرجات على أنها حقول جوفية ، وتقع فقط في مناطق محددة من الكرة الأرضية. والحقول الحرارية الأرضية هي المناطق الحرارية ، حيث تحتوي التكوينات الصخرية المنفذة تحت الأرض على سائل عامل لا يمكن استغلال المنطقة به على نطاق واسع.
ا. ينتج حقل شبه حراري مياه تصل إلى 100 درجة مئوية من أعماق الحفر لمسافة 1-2 كم
ب. حقل حراري رطب (يهيمن عليه الماء) - ينتج ماء مضغوط> 100 درجة مئوية
ج. حقل حراري جاف جاف (يهيمن عليه بخار) - ينتج بخار مشبع جاف أو شديد السخونة قليلا عند P> P atm
من خلال استغلال حقول الطاقة الحرارية الأرضية ، وخاصة الحقول الحرارية الشديدة ، يمكن تسخير الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق واسع. توجد الحقول شبه الحرارية عادة في المناطق ذات تدرجات درجات الحرارة الشاذة بشكل غير طبيعي ، وتقع الحقول الحرارية الشديدة بشكل عام عند حدود الصفائح التكتونية في المناطق السيزمية. تتدفق الحرارة إلى الخارج من المركز كنتيجة للتآكل الإشعاعي.
القشرة (حوالي 30 و 60 كيلومترًا من السُمك) ، تعزلنا عن الحرارة الداخلية ، نواة داخلية صلبة متبوعة بالنواة الخارجية السائلة ، مع الوشاح بواسطة حالة شبه منصهرة ، ودرجة الحرارة عند قاعدة القشرة حوالي 1000 درجة مئوية ، تزداد ببطء في القلب. تقع البقع الساخنة على بعد 2 إلى 3 كيلومترات من السطح.
الصفائح التكتونية في حركة ثابتة (عدة سنتيمترات / سنة). عندما يحدث الاصطدام أو الطحن ، فإنه يمكن أن يخلق الجبال والبراكين والسخانات والزلازل. بالقرب من تقاطعات هذه اللوحات ، هل تسافر الحرارة الجوفية بسرعة من الداخل؟ توزيع احتياطي الطاقة الحرارية الأرضية الرئيسي موضح في الشكل 3.3.
1- الآثار البيئية لتركيب محطات الطاقة الحرارية الأرضية أقل بكثير من محطات الطاقة التقليدية فيما يتعلق بتأثيرات الأراضي وآثار الهواء والتأثيرات السطحية والجوفية والتأثيرات الجمالية بشكل أكبر في الأنظمة التي يتم فيها إعادة حقن مياه الصرف الجوفية والبخار في الأرض.
شدة التأثيرات البيئية التي تعتمد على: نوع الموارد الحرارية المطورة ، التركيب الكيميائي للسوائل الحرارية الأرضية ، التركيب الكيميائي للصخور تحت السطحية ، الجيولوجيا ، الهيدرولوجيا وطبوغرافيا المنطقة مع التكنولوجيا المستخدمة لإنتاج الطاقة ومكافحة التلوث. يمكن للتخطيط الإداري في كثير من الأحيان الحد من آثار التلوث من خلال ضوابط الانبعاثات والتخطيط السليم.
3. الطاقة الكهرمائية:
يجب أن تكون الطاقة الكهرمائية واحدة من أقدم الطرق لإنتاج الطاقة. يتم الحصول على الطاقة الكهرمائية من المياه المتدفقة. يمكن تسخير الطاقة في الماء واستخدامها ، في شكل اختلاف في الطاقة أو الحرارة. التطبيق الأكثر شيوعًا هو السد ، ولكن يمكن استخدامه مباشرة كقوة ميكانيكية أو مصدر / مصدر حراري.
الطاقة الكهرمائية من الطاقة المحتملة لرفع المياه ، والآن إمدادات حوالي 715،000 MWe أو 19 ٪ من الكهرباء في العالم والسدود الكبيرة لا تزال قيد التصميم. وبصرف النظر عن عدد قليل من البلدان التي تتمتع بوفرة منها ، فإن الطاقة الكهرومائية تُطبَّق عادة على الطلب على ذروة الحمل ، لأنه من السهل إيقافها وبدء تشغيلها.
ومع ذلك ، قد لا تكون الطاقة الكهرمائية خيارًا رئيسيًا لمستقبل إنتاج الطاقة في الدول المتقدمة نظرًا لأن معظم المواقع الرئيسية داخل هذه الدول التي لديها القدرة على تسخير الجاذبية بهذه الطريقة إما يتم استغلالها بالفعل أو غير متوفرة لأسباب أخرى مثل البيئة الاعتبارات.
وقد استخدمت الطاقة المائية الصغيرة أو الطاقة الكهرمائية الصغيرة على نحو متزايد كمصادر طاقة بديلة ، وخاصة في المناطق النائية ، ولكن مصادر الطاقة الأخرى غير قابلة للتطبيق. يمكن تركيب أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة في الأنهار الصغيرة أو الجداول مع تأثير بيئي قليل أو معدوم على أشياء مثل هجرة الأسماك. معظم أنظمة الطاقة الكهرومائية صغيرة الحجم لا تستفيد من سد أو تحول رئيسي للمياه ، بل تستخدم عجلات الماء مع تأثير بيئي ضئيل.
هناك حاجة للمياه لتشغيل وحدة توليد الطاقة الكهرومائية. يتم الاحتفاظ بها في خزان أو بحيرة خلف السد ، وقوة المياه التي يتم إطلاقها من الخزان من خلال السد تدور ريش التوربين. التوربين متصل بالمولد الذي ينتج الكهرباء. بعد المرور عبر التوربينات ، تعيد المياه النهر على الجانب السفلي من السد. (الشكل 3.4).
4. نظام التدفئة الشمسية النشيطة:
يتم تداول سائل التسخين الشمسي النشط - السائل المسخن بشكل مصطنع. لوحة معدنية مسطحة لوحة جامع يمتص طاقة الشمس. يتلامس السوائل مع اللوحة ويتم تدويرها إلى المكان المطلوب. توجد اللوحة في صندوق معزول بغطاء زجاجي (الزجاج معتم إلى إعادة إشعاع الأشعة تحت الحمراء ولكنه يسمح بـ 90٪ من الإشعاع الحادث).
أنواع من جامعي:
1. أنابيب محصورة بين الأطباق
2. الماء هزيلة على اللوحة
3. حصيرة مطاطية سوداء مع أنابيب وزعانف (حمامات سباحة منخفضة الحرارة)
4. كفاءة المجمع = 100٪ x (تسليم الطاقة المفيدة) / (التشميس على المجمع) يمكن أن يصل إلى 60-70٪
العوامل المؤثرة على الكفاءة:
1. درجة حرارة الماء - لأن خسائر التوصيل تعتمد على T ، أكبر T = المزيد من الخسائر
2. خسائر الإشعاع - أشياء ساخنة تشع. تساعد مواد امتصاص اللطخ في فيلم أكسيد النحاس - الامتصاص = 0.9 ، والانبعاث = 0.15
3. زاوية جامع - يعتمد على الاستخدام.
تخزين:
توجد عدة أنواع مختلفة من أنظمة التخزين ، يعتمد الاستخدام على الفضاء.
السعة الحرارية للحجم = كمية الطاقة اللازمة لرفع وحدة حجم واحد من المادة ، درجة حرارة واحدة = درجة حرارة محددة x كثافة Ex. الحديد 1/8 القدرة الحرارية للمياه ، ولكن 8 مرات أكثر كثافة يمكننا استخدام المياه تحت طبقات الصخور ، وخاصة بالنسبة لنظام الهواء المواد تغيير المرحلة - حرارة إطلاق الانصهار ، يمكن تخزين أصغر ، ولكن يحمل التخزين في درجة حرارة محددة. السابق. أملاح سهل الانصهار.
الاستخدامات:
1. التدفئة المركزية - مشعات الألواح. يتم ضخ الحرارة من المجمع إلى خزان التخزين. ثم يتم ضخ السائل ، وإذا لزم الأمر ، يتم إضافة حرارة إضافية قبل الذهاب إلى الألواح
2. الماء الساخن - مثل تسخين المساحات ، ما عدا الماء يستخدم بالتأكيد (المبادل الحراري في خزان التخزين).
جامعي التركيز:
جامعات مركزة - نظام شمسي نشط يستخدم مرايا منحنية لتركيز ضوء الشمس على سائل العمل. يمكن أن تحقق درجات حرارة أكبر من 180 فهرنهايت وحتى 1000 ف. الاستخدام الرئيسي في مولدات البخار (لماذا تحتاج إلى 1000 ف ماء أو هواء؟)
أنظمة التسخين الشمسي السلبي:
نظام التدفئة الشمسي السلبي - السائل الساخن لا ينتقل بشكل مصطنع. يتم استخدام الوسائل الطبيعية (الحمل الحراري والتوصيل) للقيام بكل النقل الضروري. مكسب كبير في الادخار. يستخدم هذا النوع من الأنظمة حقيقة أن كمية الطاقة الشمسية التي تنتقل عبر الزجاج خلال 24 فترة أكبر من الحرارة المفقودة من خلالها. جميع الأنواع تحتاج إلى عزل ممتاز ، جمع الطاقة الشمسية ومرافق التخزين الحراري.
أربعة أنواع شائعة هي:
ا. كسب مباشر - تسخين أشعة الشمس المباشرة. يحتاج الكتلة الحرارية لتخزين الحرارة (الخرسانة والصخور ، الخ). منازل أدوبي من الجنوب الغربي
ب. كسب غير مباشر - جمع وتخزين الطاقة في جزء واحد والسماح للحمل الحراري لنقل الطاقة إلى أجزاء أخرى. السابق. جدار ترومبي
ج. الدفيئة المرفقة - يشبه إلى حد كبير الربح غير المباشر. ومع ذلك يوفر أيضا حاجز خلال فصل الصيف من أشعة الشمس المباشرة في أحياء المعيشة. جيد أيضا لإنتاج الغذاء
د. Thermosiphon - يمكن استخدامها في الماء الساخن. لوحدة التسخين المنزلي أو وحدة النافذة تستخدم الطفو الطبيعي للتدفئة.
اقتصاديات:
الأنظمة النشطة غالية ، أقل سلبية. أكثر تكلفة لملاءمة الرجعية من البناء في. في هذه الأوقات ، مع عدم وجود حافز للقيام بذلك (أسعار الطاقة منخفضة ، لا عائد للطاقة الشمسية) وطريقة الاقتصاد هو ، لا أحد يفكر في ذلك.
أكبر دفعة قد تكون أكثر لأسباب بيئية:
ا. وفورات محتملة - 25 ٪ من استخدام الطاقة يذهب إلى التدفئة والتبريد
ب. الولايات الشمالية لديها حاجة أكبر للهواء الساخن في فصل الشتاء ، ولكنها لا تتلقى سوى القليل من التشوه من الولايات الجنوبية
ج. أكبر استخدام في الجنوب ربما للمياه الساخنة. تمثل المياه الساخنة المحلية 4٪ من استخدام الطاقة.
د. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة المولدة وتفريغ الطاقة حسب الحاجة.
ه. يتكون بنك البطارية من واحد أو أكثر من البطاريات الشمسية ذات النوع العميق.
F. اعتمادا على التيار والفولتية لبعض التطبيقات يتم توصيل البطاريات في سلسلة و / أو بالتوازي.
ثلاث طرق لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ، بشكل رئيسي ، توربينات طاقة شمسية ضوئية وتوربينات شمسية حرارية (بخار).
مبادئ الخلايا الشمسية:
التأثير الكهروضوئي - اكتشفه هاينريش هيرتز في عام 1887. شرحه آينشتاين في عام 1905. تنبعث الإلكترونات عندما تضيء ضوء المعادن. كان اللغز هو أنه بالنسبة لألوان معينة من الضوء ، لم تصدر أي إلكترونات. Explanation: الضوء له خصائص الموجات والجسيمات. إذا فكرنا في الجسيمات ، فكل فوتون له طاقة E = hf. بما أن الفوتون يمتص بواسطة المعدن ، إذا كان Hf أكبر من طاقة الإلكترونات الملزمة للمعدن ، فإنه يتم تحرير الإلكترونات.
تصنيع الخلايا الشمسية:
تتكون معظم الخلايا الشمسية (PV) من مادتين من أشباه الموصلات متصلين ببعضهما. السليكون هو "مخدوع" بالفوسفور لإنتاج بلورة أشباه الموصلات من النوع n ، والتي يتم ربطها بالسيليكون "doped" مع البورون (أشباه الموصلات من نوع p) لإنشاء وصلة pn. وهذا يخلق حاجزًا محتملًا "يعطي اتجاهًا" للإلكترونات المحررة ، أي أن الإلكترونات المحررة يتم دفعها في اتجاه انخفاض الطاقة المحتمل.
يمكن أيضًا تكوين التقاطعات p- n من السيليكون غير المتبلور (بدون بنية بلورية). يمكن للروابط المتدلية (عدم وجود بنية بلورية) التقاط الإلكترونات الحرة. هذه رخيصة لتصنيع وكفاءة تحت ضوء الفلورسنت.
يمكن استخدام مواد أخرى غير السيليكون لإنشاء تقاطعات pn. يمكن استخدام مواد مثل زرنيخيد الغاليوم ، تيلوريد الكادميوم ، وكبريتيد الكادميوم. يمكن تحقيق كفاءة أعلى من الخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون (يقتبس اقتباس الكتب 40٪ من الاستخدام الطويل الأجل ؛ وأفضل الكفاءات حوالي 20-25٪).
5. طاقة الرياح:
طاقة الرياح هي الطاقة الحركية للرياح ، أو استخراج هذه الطاقة بواسطة توربينات الرياح. في عام 2004 ، أصبحت طاقة الرياح الشكل الأقل كلفة لتوليد الطاقة الجديدة ، حيث انخفضت بأقل من التكلفة لكل كيلوواط ساعي من محطات الفحم.
تنمو طاقة الرياح بوتيرة أسرع من أي شكل آخر من أشكال توليد الكهرباء ، عند حوالي 37٪ ، من 25٪ نمو في عام 2002. في أواخر التسعينيات ، كانت تكلفة طاقة الرياح حوالي خمسة أضعاف ما كانت عليه في عام 2005 ، وهذا الانخفاض ومن المتوقع أن يستمر الاتجاه حيث يتم إنتاج التوربينات الأكبر متعددة ميجاوات بكميات كبيرة.
يتم تحويل ما يقدر بـ 1 إلى 3 في المائة من الطاقة الناتجة عن الشمس إلى طاقة الرياح. هذه الطاقة تزيد بمقدار 50 إلى 100 مرة عن ما يتم تحويله إلى كتلة حيوية من جميع النباتات على الأرض من خلال عملية التمثيل الضوئي. يمكن العثور على معظم طاقة الرياح هذه على ارتفاعات عالية حيث تكون سرعات الرياح المستمرة لأكثر من 160 كم / ساعة (100 ميل في الساعة) شائعة. في نهاية المطاف ، يتم تحويل طاقة الرياح من خلال الاحتكاك إلى حرارة منتشرة في جميع أنحاء سطح الأرض والغلاف الجوي.
في حين أن حركية الريح الدقيقة معقدة للغاية وقليلة الفهم نسبياً ، فإن أساسيات أصولها بسيطة نسبياً. لا يتم تسخين الأرض بالتساوي عن طريق الشمس. لا يقتصر الأمر على أن تستقبل القطبين طاقة أقل من الشمس مما يفعله خط الاستواء ، ولكن الأرض الجافة ترتفع (وتبرد) بسرعة أكبر من البحار.
تعمل قوى التسخين التفاضلية على إنشاء نظام حمل جوي عالمي يمتد من سطح الأرض إلى طبقة الستراتوسفير كقوة افتراضية. تغيير الفصول ، وتغير ليلا ونهارا ، وتأثير كوريوليس على البياض غير المنتظم (الانعكاسية) للأرض والمياه ، والرطوبة ، واحتكاك الرياح على التضاريس المختلفة هي بعض العوامل العديدة التي تعقيد تدفق الرياح على السطح. .
