Обновљиви извори енергије
Обновљиви извори енергије су извори енергије који се добијају из природе те се могу обнављати; данас се све више користе због своје нешкодљивости према околишу. Најчешће се користе енергије вјетра, сунца и воде.
Технологије обновљивих извора енергије
[уреди | уреди извор]Већина технологије обновљивих извора енергије се на директан или индиректан начин напаја из Сунца. Сустав Земљине атмосфере је уравнотежен тако да је топлинско зрачење у свемир једнако пристиглом сунчевом зрачењу што резултира одређеним енергетским ступњем унутар Земљиног атмосферског сустава што у грубо можемо описати као Земљина клима. Хидросфера (вода) упије већи удио долазећег зрачења. Највише зрачења се апсорбира при малој географској ширини у подручју око екватора, али се та енергија распршује у облику вјетрова и морских струја по цијелом планету. Гибање валова могло би имати важну улогу у процесу претворбе механичке енергије између атмосфере и оцеана кроз оптерећење узроковано вјетром. Сунчева енергија је такођер одговорна за дистрибуцију падалина, које су стваране хидроелектричним пројектима, и за узгој биљака које су потребне за производњу биогорива.
Струјање обновљиве енергије укључује природне феномене као што су: сунчева свјетлост, вјетар, валови, геотермална топлина као што Интернационална Агенција за Енергију објашњава:
„Обновљива енергија је добивена из природних процеса који се константно обнављају. У својим различитим облицима, добива се директно из сунца или из топлине стваране дубоко у Земљи. То још укључује електричну струју и топлину добивену из извора попут сунчеве свјетлости, вјетра, оцеана, хидроенергије, биомасе и геотермалне енергије те биогорива и хидрогена добивеног из обновљивих извора.“
Сваки од ових извора има јединствене карактеристике које утјечу на то како и гдје су кориштени.
Снага вјетра
[уреди | уреди извор]
Проток зрака може се употребљавати за покретање вјетротурбина. Новије вјетротурбине имају распон снаге од 600 кW до 5 МW премда су турбине са излазном снагом од 1.5 до 3 МW постале типичне за комерцијалне сврхе; излазна снага турбине је функција кубне брзине вјетра, тако се с повећањем брзине вјетра драматично повећа излазна снага. Подручја гдје су вјетрови снажнији и учесталији, попут приобаља и мјеста велике надморске висине, препоручљива су за изградњу вјетропаркова.
Будући да брзина вјетра није константна, произведена енергија вјетропарка у години није никад велика као зброј називних вриједности генератора помножених са бројем радних сати. Омјер стварно произведене енергије на годину до теоријског максимума се назива фактор капацитета. Уобичајени фактор капацитета износи од 20% до 40% са вриједностима у горњим границама на погодним мјестима производње. На примјер, турбина снаге 1 МW са фактором капацитета од 35% неће производити 8760 МWх на годину већ само 0,35x24x365=3066 МWх, што у просјеку износи 0.35 МW. Уз помоћ података доступних на Интернету за неке локације, фактор капацитета се може израчунати на темељу годишње излазне снаге.
Глобално гледајући, сматра се да дугорочни технички потенцијал енергије вјетра је заправо пет пута већи од коначне свјетске производње енергије, тј. да је 40 пута већи од тренутне потражње енергије. То би могло захтијевати велику количину тла за изградњу вјетротурбина, посебно у подручјима с већим изворима вјетра. Искуства с приобалним изворима указују на то да је тамо брзина вјетра ~90% већа од оне на копну, па би тако приобални извори могли придонијети знатно више енергије. Тај број би се такођер могао повећати с повећањем надморске висине вјетротурбина смјештених на копну или у зраку.
Снага вјетра је обновљива и не узрокује стакленичке плинове (угљиков диоксид и метан) тијеком рада.
Снага воде
[уреди | уреди извор]Снага воде (у облику кинетичке енергије, температурне разлике или градијента сланости) може се сакупљати и користити. С обзиром да је вода 800 пута гушћа од зрака, чак и спори водени ток или умјерени вал може придонијети размотриву количину енергије.
Постоји много облика снаге воде:
- 1. Хидроелектрична енергија је израз резервиран за бране великих димензија попут Гранд Цоулее Дам у држави Wасхингтон и Акосомбо брана у Гани.
- 2. Микро хидро сустави су уређаји хидроелектричне енергије који иначе производе до 100 кW снаге. Често се употребљавају у подручјима богатим водом као Ремоте Ареа Поwер Супплy (РАПС). Диљем свијета је много таквих хидроелектрана укључујући и оне од 50 кW на Соломонским отоцима.
- 3. Сустави без бране користе кинетичку енергију самих ријека или оцеана без кориштења брана.
- 4. Енергија оцеана описује све технологије за прикупљање енергије оцеана и мора.
- 5. Снага морских струја: слично као плимно-осечка снага, користи кинетичку енергију морских струја.
- 6. Претворба топлинске енергије оцеана (ПТЕО) користи температурну разлику између топлије површине оцеана и хладнијих дубина, те се на крају примјењује циклички генератор топлине. ПТЕО још није тестиран на терену у великим размјерима.
- 7. Снага морских мијена обухваћа енергију плиме и осеке. Тренутно постоје два различита начина производње енергије из плиме и осеке:
- 7.1. Плимно-осечко кретање у вертикалном смјеру - плима уђе, разина воде у базену порасте и затим дође осека. Приликом осеке, разина воде пада и она протјече кроз турбину и тако се искориштава потенцијална енергија похрањена у води.
- 7.2. Плимно-осечко кретање у хоризонталном смјеру – морска струја. Због велике густоће воде, која је 800 пута већа од густоће зрака, морске струје могу имати пуно кинетичке енергије. Неколико комерцијалних прототипова је изграђено, а многи се тек развијају.
- 8. Снага валова користи енергију похрањену у валовима. Валови иначе помичу велике понтоне горе-доље у води, остављајући дио са смањеном висином вала у „сјени“. Снага валова је досегла комерцијализацију.
- 9. Снага градијента сланости, или још снага осмозе, је енергија добивена из разлике у сланости између слане, морске воде и слатке, ријечне воде. Обрнута електродијализа и притиском одгођена осмоза су у процесу истраживања и тестирања.
- 10. Хлађење у дубоком језеру, иако заправо није права метода стварања енергије, може уштедјети пуно новаца тијеком љета. Оно користи потопљене славине и цијеви као хладњак за контролу климе. Дно језера има годишњу константу од 4˚Ц.
Упораба соларне енергије
[уреди | уреди извор]У овом контексту, под називом соларна енергија сматра се енергија прикупљена од сунчева свјетла. Соларна енергија може бити примијењена на много начина, укључујући слиједеће:
- Производња електричне енергије упорабом фотоволтних соларних ћелија
- Производња водика упорабом фотоелектрокемијских ћелија
- Производња електричне енергије упорабом концентриране соларне енергије
- Производња електричне енергије загријавањем ухваћеног зрака који окреће турбине у соларном торњу
- Загријавање зграда, директно кроз конструкцију пасивне соларне зграде
- Загријавање прехрамбених производа уз помоћ соларних пећница
- Загријавање воде или зрака за кућанства због топле воде и топлине простора помоћу соларно топлинских панела
- Загријавање и хлађење зрака кроз упорабу соларних камина
- Производња електричне енергије у геосинкроној орбити помоћу соларних сателита
- Соларне климатизацијске јединице
Биљке употребљавају фотосинтезу за раст и производњу биомасе. Позната као биоматерија, биомаса се може директно употребљавати као гориво или за производњу текућег биогорива. Биогориво произведено у пољопривреди, попут биодиезела, етанола или биоплина (често као нуспродукт култивиране шечерне трске), могу бити сагорена у моторима с унутарњим изгарањем или бојлерима. Уобичајено је да биогориво сагорјева како би ослободило похрањену кемијску енергију у себи. Активно се ради на истраживању учинковитијих начина претварања биогорива и осталих горива у електричну енергију користећи гориве ћелије.
Текуће биогориво
[уреди | уреди извор]Текуће биогориво је иначе или биоалкохол, попут етанолног горива, или биоуље, попут биодизела и чистог биљног уља. Биодизел се може употријебити у модерним дизел возилима с мало или без преинака на мотору те може бити произведено од остатака или чистих биљних или животињских уља и масти (липиди). Чисто биљно уље може се употребљавати у модифицираном дизел мотору. Уствари, дизел мотор је изворно замишљен с погоном на биљно уље, а не с погоном на фосилна горива. Главна предност биодизела је мало зрачење (емисија). Упорабом биодизела емисија угљиковог моноксида и осталих угљиководика смањена је за 20% до 40%.
У неким подручјима кукуруз, стабљика кукуруза, шећерна репа или просо посебно су узгајани за производњу етанола (познатог као „зрнати алкохол“ или „алкохол од зрна“), текућине која се може употријебити у моторима с унутарњим изгарањем и горивим ћелијама. Етанол се постепено употребљава у постојећој енергетској инфраструктури. Е85 је гориво састављено од 85% етанола и 15% бензина које се продаје потрошачима. Биобутанол се развија као алтернатива биоетанолу. Повећава се међународно кризитирање биогорива произведених из усјева хране због поштовања према темама као што су: осигуравање хране, утјецај на околиш (крчење шума) и енергетска равнотежа.
Крута биомаса
[уреди | уреди извор]Крута биомаса је најчешће уобичајено употребљавана директно као сагорљиво гориво, производећи 10-20 МЈ/кг топлине.
Њени облици и извори садрже гориво добивено из дрва, биогени удио из комуналног крутог отпада или неискориштени удио ратарских култура. Ратарске културе могу и не морају се узгајати намјерно као енергетски усјев, а остатак биљке се употребљава као гориво. Већина врста биомасе садрже енергију. Чак и кравље гнојиво садржи двије трећине изворне енергије коју је крава употријебила. Сакупљање енергије помоћу биореактора је исплативије рјешење за располагање отпадом с којим су суочени мљекари и могуће је произвести довољно биоплина за покретање такве фарме.
С тренутном технологијом, оно није идеално прикладно за упорабу као транспортно гориво. Већина транспортних возила захтијева изворе енергије са високом густоћом снаге попут оних који се користе у моторима с унутарњим изгарањем. Ти мотори иначе захтијевају чисто сагорљиво гориво које је обично у текућем облику и мањих димензија, компресиране плиновите фазе. Текућине су више преносиве зато што имају високу енергетску густоћу те могу бити пумпане што омогућава лакше руковање. То је разлог зашто је већина транспортних горива текућа.
Нетранспортна примјена иначе може толерирати густоћу ниске снаге мотора с вањским изгарањем који се могу погонити директно са мање скупим крутим биомасеним горивима за комбинирано гријање и погоњење. Једна врста биомасе је дрво, које је употребљавано тисућљећима у различитим количинама, а у новије доба његов проналазак је повећао упорабу. Двије милијарде људи тренутно куха сваки дан и загријава своје домове за вријеме зиме употребљавајући сагорљиву биомасу која је главни придоноситељ климатским промјенама глобалног затопљења узрокованог људском руком. Црна чађа која се преноси из Азије на поларне крајеве узрокује њихово брже топљење љети. У деветнаестом стољећу, парни мотори погоњени изгарањем дрва били су чести, доприносећи тако загађености зрака у индустријској револуцији. Угљен је облик биомасе који се компресирао тисућљећима за производњу необновљивог, високо загађујућег фосилног горива.
Дрво и његови нуспродукти сада могу бити претворени кроз процесе попут уплињавања у биогорива као што су плин добивен из дрва, биоплин, метанолно или етанолно гориво; иако даљње развијање може захтијевати да се те методе учине доступнима и практичнима. Остатак шећерне трстике, отпаци пшенице, кукурузни клип и друга биљна материја може бити и јест успјешно горљива. Чисте емисије угљиковог диоксида које су додане у атмосферу тим процесом долазе једино из фосилних горива која су употребљавана за садњу, гнојење, сакупљање и пријевоз биомасе.
Процес сакупљања биомасе из сезонских јаблана и врба те трајне траве попут дивљег проса, водене свијетлице и азијске трстике захтијевају мање учесталу култивизацију и мање душика него типични годишњи усјеви. Прављење куглица од азијске трстике и њено спаљивање се проучава и могло би постати економски одрживо.
Биоплин
[уреди | уреди извор]Биоплин се лако може произвести из тренутних остатака као што су: производња папира, производња шећера, фекалија, остатака животиња и тако даље. Ови различити остаци требају бити помијешани заједно и уз природну ферментацију производити плин метан. Ово се може учинити претворбом тренутних фекалиних постројења у биоплинска постројења. Кад електрана биоплина испусти сав метан који може, остаци су каткад погоднији за гнојиво него оригинална биомаса.
Алтернативно, биоплин може се произвести уз помоћ напредног сустава процесуирања отпада као што је механички биолошки третман. Ови сустави обнављају рециклиране елементе из кућанских отпада и процесуирају биоразградиви дио у анаробни сажети садржај.
Обновљиви природни плин је биоплин који је побољшан до квалитете сличној природном плину. Приближавајући квалитету оној квалитети природног плина, постаје могуће дистрибуирати плин масовном тржишту уз помоћ плиномреже.
Геотермална енергија
[уреди | уреди извор]Геотермална енергија је енергија добивена одвајањем топлине од саме земље, обично километрима дубоко у Земљиној кори. Скупо је саградити електрану, али трошкови рада су јефтини што резултира ниском цијеном енергије за погодне локације. Коначно, ова енергија се добива из топлине Земљине језгре. Влада Исланда каже: “Треба нагласити да геотермални извори нису нужно обновљиви у истом смислу као и водени извори.“ Процјењује се да би Исландова геотермална енергија могла пружити 1700 МW за 100 година, у успоредби са тренутном производњом од 140 МW. Интернационална Агенција за Енергију сматра геотермалну енергију обновљивом.
Три типа електране се употребљавају за производњу енергије из геотермалних извора: суха пара, „фласх“ и бинарна (мјешана). Електране сухе паре узимају пару из дијелова у земљи и употребљавају је за директни погон турбине која окреће генератор. „Фласх“ електране узимају врућу воду, обично температуре од 200 ˚Ц, из земље, и омогућавајући врење и извирање на површину те раздвајајући парни дио у парно водене фазе сепараторима кроз измјењиваче топлине, кухајући органски флуид који окреће турбину. Кондензирана пара и остатак геотермалне текућине у сва три типа електране су убачене назад у топле стијене како би прикупиле више топлине.
Геотермална енергија Земљине коре је у неким подручјима ближа површини него у другим. На мјестима вруће унутрашњости гдје пара или вода могу бити одвојени и доведене на површину то се може искористити за производњу електричне енергије. Такви извори геотермалне енергије постоје у одређеним геолошки нестабилним дијеловима свијета попут: Чилеа, Исланда, Новог Зеланда, Сједињених Америчких Држава, Филипина и Италије. Два таква најзначајнија подручја у Сједињеним Америчким Државама су у заљеву Yеллоwстонеа и у сјеверној Калифорнији. Исланд је произвео 170 МW геотермалне енергије и загријао 80% својих кућанстава у 2000. години помоћу геотермалне енергије. Дио од 8000 МW капацитета производи у цијелости.
Такођер постоји потенцијал да се геотермална енергија добије из врућих и сухих стијена. Пробушене су рупе минимално 3 км у Земљу. Неке од ових рупа пумпају воду у земљу, док друге пумпају врућу воду ван. Извори топлине састоје се од врућих подземних радиогених гранитних стијена које се загријавају када постоји довољно седимента између стијена и земљине површине. Неколико твртки у Аустралији истражује ту технологију.