Energia rinnovabile: appartiene al XIX secolo

Sul sito web della BP Statistical Review of World Energy è possibile trovare informazioni sul fatto che entro il 2030 il consumo mondiale di energia supererà il livello attuale di circa un terzo. Pertanto, il desiderio dei paesi sviluppati è quello di soddisfare i crescenti bisogni con l'ausilio di tecnologie "verdi" da fonti rinnovabili (RES).

1. Parco eolico offshore

In Polonia, entro il 2020, il 19% dell'energia dovrebbe provenire da tali fonti. Nelle condizioni attuali, questa non è energia a basso costo, quindi si sviluppa principalmente grazie al sostegno finanziario degli stati.

Secondo un'analisi del 2013 del Renewable Energy Institute, il costo di produzione di 1 MWh energia rinnovabile varia, a seconda della fonte, da 200 a anche 1500 zł.

Per fare un confronto, il prezzo all'ingrosso di 1 MWh di elettricità nel 2012 era di circa 200 PLN. Il più economico in questi studi era ottenere energia da impianti di combustione multicombustibile, cioè co-combustione e gas di discarica. L'energia più costosa è ricavata dall'acqua e dalle acque termali.

Le forme più note e visibili di FER, ovvero le turbine eoliche (1) e i pannelli solari (2), sono più costose. Tuttavia, nel lungo periodo, i prezzi del carbone e, ad esempio, dell'energia nucleare aumenteranno inevitabilmente. Vari studi (ad esempio uno studio del gruppo RWE nel 2012) mostrano che le categorie "conservatori" e "nazionali", cioè fonti di energia diventerà più costoso nel lungo periodo (3).

E questo renderà le energie rinnovabili un'alternativa non solo ambientale, ma anche economica. A volte si dimentica che anche i combustibili fossili sono fortemente sovvenzionati dallo stato e il loro prezzo, di norma, non tiene conto dell'impatto negativo che ha sull'ambiente.

Cocktail solare-acqua-vento

Nel 2009, i professori Mark Jacobson (Stanford University) e Mark DeLucchi (University of California, Davis) hanno pubblicato un articolo su Scientific American sostenendo che entro il 2030 il mondo intero potrebbe passare a energia rinnovabile. Nella primavera del 2013, hanno ripetuto i loro calcoli per lo stato americano di New York.

A loro avviso, potrebbe presto abbandonare completamente i combustibili fossili. Questo è risorse rinnovabili puoi ottenere l'energia necessaria per i trasporti, l'industria e la popolazione. L'energia proverrà dalla cosiddetta miscela WWS (vento, acqua, sole - vento, acqua, sole).

Fino al 40 per cento dell'energia proverrà da parchi eolici offshore, di cui quasi tredicimila dovranno essere dispiegati. A terra, saranno necessarie più di 4 persone. turbine che forniranno un altro 10 per cento dell'energia. Il prossimo 10 percento proverrà da quasi il XNUMX percento dei parchi solari con tecnologia di concentrazione delle radiazioni.

Gli impianti fotovoltaici convenzionali si aggiungeranno il 10 percento l'uno all'altro. Un altro 18 percento proverrà da installazioni solari - nelle case, negli edifici pubblici e nelle sedi aziendali. L'energia mancante sarà reintegrata da centrali geotermiche, centrali idroelettriche, generatori di marea e tutte le altre fonti di energia rinnovabile.

Gli scienziati hanno calcolato che attraverso l'uso di un sistema basato su energia rinnovabile la domanda di energia, grazie alla maggiore efficienza di un tale sistema, diminuirà in tutto lo stato di circa il 37% e i prezzi dell'energia si stabilizzeranno.

Verranno creati più posti di lavoro di quanti andranno persi poiché tutta l'energia sarà prodotta nello stato. Inoltre, è stato stimato che circa 4 persone moriranno ogni anno a causa del ridotto inquinamento atmosferico. meno persone e il costo dell'inquinamento diminuirà di 33 miliardi di dollari all'anno.

3. Prezzi dell'energia fino al 2050 - Studio RWE

Ciò significa che l'intero investimento si ripagherà in circa 17 anni. È possibile che sarebbe più veloce, poiché lo stato potrebbe vendere parte dell'energia. I funzionari dello Stato di New York condividono l'ottimismo di questi calcoli? Penso un po' si e un po' no.

Dopotutto, non "lasciano cadere" tutto per rendere la proposta una realtà, ma, ovviamente, investono in tecnologie di produzione Energia rinnovabile. L'ex sindaco di New York City Michael Bloomberg ha annunciato alcuni mesi fa che la più grande discarica del mondo, Freshkills Park a Staten Island, sarebbe stata convertita in una delle più grandi centrali solari del mondo.

Laddove i rifiuti di New York si decompongono, verranno generati 10 megawatt di energia. Il resto del territorio di Freshkills, ovvero quasi 600 ettari, sarà trasformato in aree verdi a carattere parco.

Dove sono le regole rinnovabili

Molti paesi sono già sulla buona strada per un futuro più verde. I paesi scandinavi hanno da tempo superato la soglia del 50% per ottenere energia da risorse rinnovabili. Secondo i dati pubblicati nell'autunno del 2014 dall'organizzazione ambientale internazionale WWF, la Scozia produce già più energia dai mulini a vento di quella necessaria a tutte le famiglie scozzesi.

Queste cifre mostrano che nell'ottobre 2014 le turbine eoliche scozzesi hanno prodotto elettricità pari al 126 per cento del fabbisogno delle abitazioni locali. Complessivamente, il 40 per cento dell'energia prodotta in questa regione proviene da fonti rinnovabili.

Ze risorse rinnovabili più della metà dell'energia spagnola proviene da. La metà di quella metà proviene da fonti d'acqua. Un quinto di tutta l'energia spagnola proviene dai parchi eolici. Nella città messicana di La Paz, a sua volta, è presente una centrale solare Aura Solar I con una capacità di 39 MW.

Inoltre, è in fase di completamento l'installazione di un secondo farm Groupotec I da 30 MW, grazie al quale la città potrà presto essere completamente rifornita di energia da fonti rinnovabili. Un esempio di Paese che negli anni ha costantemente attuato una politica di incremento della quota di energia da fonti rinnovabili è la Germania.

Secondo Agora Energiewende, nel 2014 l'energia rinnovabile rappresentava il 25,8% della fornitura in questo paese. Entro il 2020, la Germania dovrebbe ricevere oltre il 40% da queste fonti. La trasformazione energetica della Germania non riguarda solo l'abbandono dell'energia nucleare e del carbone a favore energia rinnovabile nel settore energetico.

Non va dimenticato che la Germania è leader anche nella creazione di soluzioni per "case passive", che in gran parte fanno a meno degli impianti di riscaldamento. "Il nostro obiettivo di ottenere l'2050 percento dell'elettricità tedesca da fonti rinnovabili entro il 80 rimane in vigore", ha affermato di recente la cancelliera tedesca Angela Merkel.

Nuovi pannelli solari

Nei laboratori, c'è una lotta costante per migliorare l'efficienza. fonti di energia rinnovabile – ad esempio celle fotovoltaiche. Le celle solari, che convertono l'energia luminosa della nostra stella in elettricità, si stanno avvicinando a un record di efficienza del 50%.

4. Grafene su schiuma per la conversione da solare a vapore con MIT

Tuttavia, i sistemi oggi sul mercato mostrano un'efficienza non superiore al 20 percento. Pannelli fotovoltaici all'avanguardia che convertono in modo così efficiente energia dello spettro solare - dall'infrarosso, attraverso la gamma visibile, all'ultravioletto - in realtà sono costituiti non da una, ma da quattro celle.

Gli strati semiconduttori sono sovrapposti l'uno all'altro. Ognuno di essi è responsabile dell'ottenimento di una diversa gamma di onde dallo spettro. Questa tecnologia è abbreviata in CPV (concentratore fotovoltaico) ed è stata precedentemente testata nello spazio.

L'anno scorso, ad esempio, gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno creato un materiale costituito da scaglie di grafite poste su schiuma di carbonio (4). Collocato nell'acqua e diretto verso di esso dai raggi solari, forma vapore acqueo, convertendo in esso fino all'85% di tutta l'energia della radiazione solare.

Il nuovo materiale funziona in modo molto semplice: la grafite porosa nella sua parte superiore è in grado di assorbire perfettamente e immagazzinare energia solaree sul fondo c'è uno strato di carbonio, parzialmente riempito di bolle d'aria (in modo che il materiale possa galleggiare sull'acqua), impedendo all'energia termica di fuoriuscire nell'acqua.

5. Antenne fotovoltaiche in un campo di girasoli

Le precedenti soluzioni solari a vapore dovevano concentrare i raggi solari anche mille volte per funzionare.

La nuova soluzione del MIT richiede solo dieci volte la concentrazione, rendendo l'intera configurazione relativamente economica.

O forse provare a combinare una parabola satellitare con un girasole in un'unica tecnologia? Gli ingegneri di Airlight Energy, un'azienda svizzera con sede a Biasca, vogliono dimostrare che è possibile.

Hanno sviluppato lastre di 5 metri dotate di complessi di pannelli solari che assomigliano ad antenne TV satellitari o radiotelescopi e tracciano i raggi del sole come i girasoli (XNUMX).

Dovrebbero essere speciali collettori di energia, fornendo non solo elettricità alle celle fotovoltaiche, ma anche calore, acqua pulita e persino, dopo aver utilizzato una pompa di calore, alimentando un frigorifero.

Gli specchi sparsi sulla loro superficie trasmettono la radiazione solare incidente e la focalizzano sui pannelli, anche fino a 2 volte. Ciascuno dei sei pannelli di lavoro è dotato di 25 chip fotovoltaici raffreddati da acqua che scorre attraverso microcanali.

Grazie alla concentrazione di energia, i moduli fotovoltaici funzionano quattro volte in modo più efficiente. Quando è dotata di un impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare, l'unità utilizza acqua calda per produrre 2500 litri di acqua dolce al giorno.

Nelle aree remote è possibile installare apparecchiature di filtrazione dell'acqua al posto degli impianti di desalinizzazione. L'intera struttura dell'antenna floreale di 10 m può essere piegata e trasportata facilmente con un piccolo camion. Nuova idea per uso dell'energia solare nelle aree meno sviluppate è Solarkiosk (6).

Questo tipo di unità è dotata di router Wi-Fi e può caricare più di 200 cellulari al giorno o alimentare un mini-frigo in cui, ad esempio, possono essere conservati i medicinali essenziali. Decine di tali chioschi sono già stati lanciati. Hanno operato principalmente in Etiopia, Botswana e Kenya.

7. Progetto del grattacielo Pertamina

Architettura energetica

Il grattacielo di 99 piani Pertamina (7), che dovrebbe essere costruito a Jakarta, la capitale dell'Indonesia, dovrebbe produrre tanta energia quanta ne consuma. Questo è il primo edificio al mondo di queste dimensioni. L'architettura dell'edificio era strettamente correlata alla posizione: consente l'ingresso solo della radiazione solare necessaria, consentendo di risparmiare il resto dell'energia solare.

8. Muro Verde a Barcellona

La torre tronca funge da tunnel da utilizzare energia eolica. Su ogni lato dell'impianto sono installati pannelli fotovoltaici, che consentono di produrre energia nell'arco della giornata, in qualsiasi momento dell'anno.

L'edificio avrà una centrale geotermica integrata per integrare l'energia solare ed eolica.

Nel frattempo, i ricercatori tedeschi dell'Università di Jena hanno preparato un progetto per le "facciate intelligenti" degli edifici. La trasmissione della luce può essere regolata premendo un pulsante. Non solo sono dotati di celle fotovoltaiche, ma anche per la coltivazione di alghe per la produzione di biocarburanti.

Il progetto Large Area Hydraulic Windows (LaWin) è sostenuto da fondi europei nell'ambito del programma Horizon 2020. Il miracolo della moderna tecnologia verde che spunta sulla facciata del Teatro Raval di Barcellona ha poco a che fare con il concetto di cui sopra (8).

Il giardino verticale progettato da Urbanarbolismo è completamente autonomo. Le piante sono irrigate da un sistema di irrigazione le cui pompe sono alimentate dall'energia generata pannelli fotovoltaici si integra con il sistema.

L'acqua, a sua volta, proviene dalle precipitazioni. L'acqua piovana scorre lungo le grondaie in un serbatoio di accumulo, da dove viene poi pompata da pompe a energia solare. Non c'è alimentazione esterna.

Il sistema intelligente irriga le piante in base alle loro esigenze. Sempre più strutture di questo tipo stanno comparendo su larga scala. Un esempio è il Solar Powered National Stadium di Kaohsiung, Taiwan (9).

Progettato dall'architetto giapponese Toyo Ito e commissionato nel 2009, è coperto da 8844 celle fotovoltaiche e può generare fino a 1,14 gigawattora di energia all'anno, fornendo l'80% del fabbisogno dell'area.

9. Stadio solare a Taiwan

I sali fusi riceveranno energia?

Accumulo di energia sotto forma di sale fuso è sconosciuto. Questa tecnologia è utilizzata in grandi centrali solari, come l'Ivanpah di recente apertura nel deserto del Mojave. Secondo la società californiana Halotechnics, ancora sconosciuta, questa tecnica è così promettente che la sua applicazione può essere estesa all'intero settore energetico, in particolare alle rinnovabili, ovviamente, dove il problema dello stoccaggio delle eccedenze di fronte alla carenza di energia è un problema chiave.

I rappresentanti dell'azienda affermano che immagazzinare energia in questo modo è la metà del prezzo delle batterie, vari tipi di batterie di grandi dimensioni. In termini di costi, può competere con i sistemi di accumulo a pompaggio, che, come sapete, possono essere utilizzati solo in condizioni favorevoli sul campo. Tuttavia, questa tecnologia ha i suoi svantaggi.

Ad esempio, solo il 70% dell'energia immagazzinata nei sali fusi può essere riutilizzata come elettricità (il 90% nelle batterie). Halotechnics sta attualmente lavorando sull'efficienza di questi sistemi, compreso l'uso di pompe di calore e varie miscele di sale.

10. Serbatoi di sale fuso per l'accumulo di energia

L'impianto dimostrativo è stato commissionato presso i Sandia National Laboratories di Arbuquerque, New Mexico, USA. accumulo di energia con sale fuso. È specificamente progettato per funzionare con la tecnologia CLFR, che utilizza specchi che immagazzinano l'energia solare per riscaldare il liquido di spruzzatura.

È sale fuso in una vasca. Il sistema preleva il sale dalla vasca fredda (290°C), sfrutta il calore degli specchi e riscalda il liquido alla temperatura di 550°C, dopodiché lo trasferisce alla vasca successiva (10). Quando necessario, il sale fuso ad alta temperatura viene fatto passare attraverso uno scambiatore di calore per generare vapore per la produzione di energia.

Infine, il sale fuso viene restituito al serbatoio freddo e il processo viene ripetuto a circuito chiuso. Studi comparativi hanno dimostrato che l'uso del sale fuso come fluido di lavoro consente il funzionamento a temperature elevate, riduce la quantità di sale necessaria per lo stoccaggio ed elimina la necessità di due serie di scambiatori di calore nel sistema, riducendo i costi e la complessità del sistema.

Una soluzione che fornisce accumulo di energia su scala ridotta è possibile installare sul tetto una batteria a paraffina con collettori solari. Questa è una tecnologia sviluppata presso l'Università spagnola dei Paesi Baschi (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea).

È destinato all'uso da parte della famiglia media. Il corpo principale del dispositivo è costituito da lastre di alluminio immerse in paraffina. L'acqua viene utilizzata come mezzo di trasferimento di energia, non come mezzo di accumulo. Questo compito appartiene alla paraffina, che prende calore dai pannelli di alluminio e fonde a una temperatura di 60°C.

In questa invenzione, l'energia elettrica viene rilasciata raffreddando la cera, che cede calore ai pannelli sottili. Gli scienziati stanno lavorando per migliorare ulteriormente l'efficienza del processo sostituendo la paraffina con un altro materiale, come un acido grasso.

L'energia viene prodotta nel processo di transizione di fase. L'impianto può avere una forma diversa a seconda delle esigenze costruttive degli edifici. Puoi persino costruire i cosiddetti controsoffitti.

Nuove idee, nuovi modi

I lampioni, sviluppati dall'azienda olandese Kaal Masten, possono essere installati ovunque, anche in aree non elettrificate. Non hanno bisogno di una rete elettrica per funzionare. Brillano solo grazie ai pannelli solari.

I pilastri di questi fari sono ricoperti da pannelli solari. Il designer afferma che durante il giorno possono accumulare così tanta energia da brillare per tutta la notte. Anche il tempo nuvoloso non li spegne. Include un impressionante set di batterie lampade a risparmio energetico GUIDATO.

Lo Spirito (11), come è stata chiamata questa torcia, deve essere sostituito ogni pochi anni. È interessante notare che, dal punto di vista ambientale, queste batterie sono facili da maneggiare.

Nel frattempo, in Israele vengono piantati alberi solari. Non ci sarebbe nulla di straordinario in questo se non fosse per il fatto che al posto delle foglie, in queste piantagioni sono installati pannelli solari, che ricevono energia, che viene poi utilizzata per caricare i dispositivi mobili, raffreddare l'acqua e trasmettere un segnale Wi-Fi.

Il disegno, denominato eTree (12), è costituito da un "tronco" metallico che si ramifica, e sui rami pannelli solari. L'energia ricevuta con il loro aiuto viene immagazzinata localmente e può essere "trasferita" alle batterie di smartphone o tablet tramite una porta USB.

12. Albero dell'albero elettronico

Sarà anche utilizzato per produrre una fonte d'acqua per gli animali e persino per gli esseri umani. Gli alberi dovrebbero anche essere usati come lanterne di notte.

Possono essere dotati di display informativi a cristalli liquidi. I primi edifici di questo tipo sono apparsi nel Parco Khanadiv, vicino alla città di Zikhron Yaakov.

La versione a sette pannelli genera 1,4 kilowatt di potenza, che possono alimentare 35 laptop medi. Nel frattempo, il potenziale per l'energia rinnovabile viene ancora scoperto in posti nuovi, come dove i fiumi sfociano nel mare e si fondono con l'acqua salata.

Un gruppo di scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha deciso di studiare i fenomeni di osmosi inversa in ambienti in cui si mescolano acque con diversi livelli di salinità. C'è una differenza di pressione al confine di questi centri. Quando l'acqua passa attraverso questo confine, accelera, che è una fonte di energia significativa.

Gli scienziati dell'Università di Boston non sono andati lontano per testare in pratica questo fenomeno. Hanno calcolato che le acque di questa città, sfociando nel mare, potrebbero generare energia sufficiente per soddisfare i bisogni della popolazione locale. impianto di trattamento delle acque reflue.