Erneuerbare Energie – sie gehört zum XNUMX. Jahrhundert

Auf der Website BP Statistical Review of World Energy finden Sie Informationen, dass der weltweite Energieverbrauch bis 2030 das aktuelle Niveau um etwa ein Drittel übersteigen wird. Daher besteht der Wunsch der Industrieländer darin, den wachsenden Bedarf mit Hilfe „grüner“ Technologien aus erneuerbaren Quellen (RES) zu decken.

1. Offshore-Windpark

In Polen sollen bis 2020 19 % der Energie aus solchen Quellen stammen. Unter den gegenwärtigen Bedingungen ist dies keine billige Energie, daher entwickelt sie sich hauptsächlich dank der finanziellen Unterstützung der Staaten.

Laut einer Analyse des Renewable Energy Institute aus dem Jahr 2013 betragen die Kosten für die Produktion von 1 MWh erneuerbare Energie variiert je nach Quelle zwischen 200 und sogar 1500 PLN.

Zum Vergleich: Der Großhandelspreis für 1 MWh Strom betrug im Jahr 2012 etwa 200 PLN. Am günstigsten war in diesen Studien die Energiegewinnung aus Mehrstofffeuerungsanlagen, d.h. Mitverbrennung und Deponiegas. Die teuerste Energie wird aus Wasser und Thermalwasser gewonnen.

Die bekanntesten und sichtbarsten Formen erneuerbarer Energien, d. h. Windkraftanlagen (1) und Sonnenkollektoren (2), sind teurer. Allerdings werden auf lange Sicht die Preise für Kohle und beispielsweise auch für Kernenergie zwangsläufig steigen. Verschiedene Studien (zum Beispiel eine Studie des RWE-Konzerns aus dem Jahr 2012) zeigen, dass die Kategorien „konservativ“ und „national“, also Energiequellen wird auf lange Sicht teurer (3).

Und das wird erneuerbare Energien nicht nur zu einer ökologischen, sondern auch wirtschaftlichen Alternative machen. Es wird manchmal vergessen, dass auch fossile Brennstoffe stark vom Staat subventioniert werden und ihr Preis die negativen Auswirkungen, die sie auf die Umwelt haben, in der Regel nicht berücksichtigt.

Solar-Wasser-Wind-Cocktail

Im Jahr 2009 veröffentlichten die Professoren Mark Jacobson (Stanford University) und Mark DeLucchi (University of California, Davis) einen Artikel im Scientific American, in dem sie argumentierten, dass bis 2030 die ganze Welt auf umsteigen könnte erneuerbare Energie. Im Frühjahr 2013 wiederholten sie ihre Berechnungen für den US-Bundesstaat New York.

Ihrer Meinung nach könnte es bald zu einem vollständigen Verzicht auf fossile Brennstoffe kommen. Das erneuerbare Ressourcen Sie können die Energie erhalten, die für Verkehr, Industrie und Bevölkerung benötigt wird. Die Energie wird aus dem sogenannten WWS-Gemisch (Wind, Wasser, Sonne – Wind, Wasser, Sonne) gewonnen.

Bis zu 40 Prozent der Energie werden aus Offshore-Windparks stammen, von denen fast 4 errichtet werden müssen. An Land sind mehr als 10 Personen erforderlich. Turbinen, die weitere 10 Prozent der Energie liefern werden. Die nächsten XNUMX Prozent werden aus fast XNUMX Prozent Solarparks mit Strahlungskonzentrationstechnologie stammen.

Herkömmliche Photovoltaikanlagen addieren sich gegenseitig um 10 Prozent. Weitere 18 Prozent werden aus Solaranlagen stammen – in Wohnhäusern, öffentlichen Gebäuden und Firmenzentralen. Die fehlende Energie wird durch Geothermieanlagen, Wasserkraftwerke, Gezeitengeneratoren und alle anderen erneuerbaren Energiequellen ergänzt.

Wissenschaftler haben dies mithilfe eines Systems berechnet, das darauf basiert erneuerbare Energie Der Energiebedarf wird – aufgrund der höheren Effizienz eines solchen Systems – landesweit um etwa 37 Prozent sinken und die Energiepreise werden sich stabilisieren.

Es werden mehr Arbeitsplätze geschaffen als verloren gehen, da die gesamte Energie im Staat produziert wird. Darüber hinaus wird geschätzt, dass jedes Jahr etwa 4 Menschen aufgrund der geringeren Luftverschmutzung sterben werden. weniger Menschen, und die Kosten der Umweltverschmutzung werden um 33 Milliarden US-Dollar pro Jahr sinken.

3. Energiepreise bis 2050 – RWE-Studie

Das bedeutet, dass sich die gesamte Investition in etwa 17 Jahren amortisiert. Möglicherweise geht es schneller, da der Staat einen Teil der Energie verkaufen könnte. Teilen Beamte des Staates New York den Optimismus dieser Berechnungen? Ich denke ein bisschen ja und ein bisschen nein.

Schließlich lassen sie nicht alles „fallen“, um den Vorschlag Wirklichkeit werden zu lassen, sondern investieren natürlich in Produktionstechnologien Erneuerbare Energie. Der ehemalige New Yorker Bürgermeister Michael Bloomberg kündigte vor einigen Monaten an, dass die weltweit größte Mülldeponie, Freshkills Park auf Staten Island, in eines der größten Solarkraftwerke der Welt umgewandelt werden soll.

Wo New Yorks Müll zersetzt wird, werden 10 Megawatt Energie erzeugt. Der Rest des Freshkills-Territoriums, also fast 600 Hektar, wird in Grünflächen mit Parkcharakter umgewandelt.

Wo sind die erneuerbaren Regeln?

Viele Länder sind bereits auf dem besten Weg in eine grünere Zukunft. Die skandinavischen Länder haben die 50-Prozent-Grenze für die Energiegewinnung längst überschritten erneuerbare Ressourcen. Nach im Herbst 2014 von der internationalen Umweltorganisation WWF veröffentlichten Daten produziert Schottland bereits mehr Energie aus Windkraftanlagen, als alle schottischen Haushalte benötigen.

Diese Zahlen zeigen, dass schottische Windkraftanlagen im Oktober 2014 Strom erzeugten, der 126 Prozent des Bedarfs der örtlichen Haushalte entsprach. Insgesamt stammen 40 Prozent der in dieser Region erzeugten Energie aus erneuerbaren Quellen.

Ze erneuerbare Ressourcen Mehr als die Hälfte der spanischen Energie stammt aus. Die Hälfte davon stammt aus Wasserquellen. Ein Fünftel der gesamten spanischen Energie stammt aus Windparks. In der mexikanischen Stadt La Paz wiederum gibt es das Solarkraftwerk Aura Solar I mit einer Leistung von 39 MW.

Darüber hinaus steht die Installation eines zweiten 30-MW-Groupotec-I-Parks kurz vor dem Abschluss, wodurch die Stadt bald vollständig mit Energie aus erneuerbaren Quellen versorgt werden kann. Ein Beispiel für ein Land, das seit Jahren konsequent die Politik verfolgt, den Anteil erneuerbarer Energien zu erhöhen, ist Deutschland.

Nach Angaben von Agora Energiewende betrug der Anteil erneuerbarer Energien im Jahr 2014 hierzulande 25,8 %. Bis 2020 soll Deutschland mehr als 40 Prozent aus diesen Quellen beziehen. Bei der Energiewende in Deutschland geht es nicht nur um den Ausstieg aus Atom- und Kohleenergie erneuerbare Energie im Energiesektor.

Es darf nicht vergessen werden, dass Deutschland auch führend bei der Entwicklung von Lösungen für „Passivhäuser“ ist, die weitgehend ohne Heizungsanlagen auskommen. „Unser Ziel, bis 2050 80 Prozent des deutschen Stroms aus erneuerbaren Quellen zu beziehen, bleibt bestehen“, sagte Bundeskanzlerin Angela Merkel kürzlich.

Neue Sonnenkollektoren

In Laboren wird ständig darum gekämpft, die Effizienz zu steigern. erneuerbaren Energiequellen – zum Beispiel Photovoltaikzellen. Solarzellen, die die Lichtenergie unseres Sterns in Elektrizität umwandeln, nähern sich einem Wirkungsgradrekord von 50 Prozent.

4. Graphen auf Schaum für die Umwandlung von Solarenergie in Dampf mit MIT

Heutzutage auf dem Markt befindliche Systeme weisen jedoch einen Wirkungsgrad von nicht mehr als 20 Prozent auf. Hochmoderne Photovoltaikmodule, die so effizient umwandeln Energie des Sonnenspektrums - von Infrarot über den sichtbaren Bereich bis hin zu Ultraviolett - bestehen sie tatsächlich nicht aus einer, sondern aus vier Zellen.

Halbleiterschichten werden übereinander gelegt. Jeder von ihnen ist dafür verantwortlich, einen anderen Wellenbereich aus dem Spektrum zu erhalten. Diese Technologie wird mit CPV (Concentrator Photovoltaics) abgekürzt und wurde bereits im Weltraum getestet.

Letztes Jahr haben Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) beispielsweise ein Material entwickelt, das aus Graphitflocken besteht, die auf Kohlenstoffschaum aufgebracht sind (4). In Wasser gegeben und von den Sonnenstrahlen darauf gerichtet, bildet es Wasserdampf und wandelt dabei bis zu 85 Prozent der gesamten Sonnenstrahlungsenergie in Wasserdampf um.

Das neue Material funktioniert sehr einfach – poröser Graphit in seinem oberen Teil kann perfekt absorbieren und Sonnenenergie speichernund am Boden befindet sich eine Kohlenstoffschicht, die teilweise mit Luftblasen gefüllt ist (sodass das Material auf dem Wasser schwimmen kann) und verhindert, dass Wärmeenergie ins Wasser entweicht.

5. Photovoltaikantennen in einem Sonnenblumenfeld

Bisherige Dampfsolarlösungen mussten die Sonnenstrahlen sogar tausendfach bündeln, um zu funktionieren.

Die neue Lösung des MIT erfordert nur die zehnfache Konzentration, was den gesamten Aufbau relativ kostengünstig macht.

Oder versuchen Sie vielleicht, eine Satellitenschüssel mit einer Sonnenblume in einer Technologie zu kombinieren? Ingenieure von Airlight Energy, einem Schweizer Unternehmen mit Sitz in Biasca, wollen beweisen, dass es möglich ist.

Sie entwickelten 5-Meter-Platten, die mit Solaranlagen ausgestattet sind, die Satelliten-TV-Antennen oder Radioteleskopen ähneln und den Sonnenstrahlen wie Sonnenblumen folgen (XNUMX).

Sie sollen spezielle Energiekollektoren sein, die nicht nur Strom für Photovoltaikzellen liefern, sondern auch Wärme, sauberes Wasser und nach Einsatz einer Wärmepumpe sogar einen Kühlschrank mit Strom versorgen.

Über ihre Oberfläche verstreute Spiegel leiten die einfallende Sonnenstrahlung weiter und bündeln sie auf die Panels, sogar bis zu 2-fach. Jedes der sechs Arbeitsfelder ist mit 25 Photovoltaik-Chips ausgestattet, die durch durch Mikrokanäle fließendes Wasser gekühlt werden.

Dank der Energiekonzentration arbeiten Photovoltaikmodule viermal effizienter. Ausgestattet mit einer Meerwasserentsalzungsanlage produziert die Anlage mit heißem Wasser täglich 2500 Liter Frischwasser.

In abgelegenen Gebieten können anstelle von Entsalzungsanlagen Wasserfilteranlagen installiert werden. Die gesamte 10 m lange Blumenantennenstruktur kann zusammengeklappt und problemlos mit einem kleinen LKW transportiert werden. Neue Idee für Nutzung von Solarenergie in weniger entwickelten Gebieten ist es Solarkiosk (6).

Geräte dieser Art sind mit einem WLAN-Router ausgestattet und können mehr als 200 Mobiltelefone am Tag aufladen oder einen Minikühlschrank mit Strom versorgen, in dem beispielsweise notwendige Medikamente aufbewahrt werden könnten. Dutzende solcher Kioske wurden bereits eröffnet. Sie waren hauptsächlich in Äthiopien, Botswana und Kenia tätig.

7. Wolkenkratzerprojekt Pertamina

Energetische Architektur

Der 99-stöckige Wolkenkratzer Pertamina (7), der in Jakarta, der Hauptstadt Indonesiens, gebaut werden soll, soll genauso viel Energie produzieren, wie er verbraucht. Dies ist das erste Gebäude dieser Größe weltweit. Die Architektur des Gebäudes war eng mit dem Standort verbunden – sie lässt nur die notwendige Sonnenstrahlung durch und spart so die restliche Sonnenenergie.

8. Grüne Mauer in Barcelona

Der Turmstumpf dient als Tunnel Windenergie. Auf jeder Seite der Anlage sind Photovoltaik-Paneele installiert, die die Energieerzeugung den ganzen Tag über und zu jeder Jahreszeit ermöglichen.

Das Gebäude wird über ein integriertes Geothermiekraftwerk verfügen, das die Solar- und Windenergie ergänzt.

Unterdessen haben deutsche Forscher der Universität Jena ein Projekt für „intelligente Fassaden“ von Gebäuden vorbereitet. Die Lichtdurchlässigkeit kann per Knopfdruck eingestellt werden. Sie sind nicht nur mit Photovoltaikzellen ausgestattet, sondern auch mit der Aufzucht von Algen für die Biokraftstoffproduktion.

Das Projekt Large Area Hydraulic Windows (LaWin) wird aus europäischen Mitteln im Rahmen des Programms Horizon 2020 gefördert. Das Wunder moderner grüner Technologie, das an der Fassade des Raval-Theaters in Barcelona sprießt, hat wenig mit dem oben genannten Konzept zu tun (8).

Der von Urbanarbolismo entworfene vertikale Garten ist völlig in sich geschlossen. Die Bewässerung der Pflanzen erfolgt über ein Bewässerungssystem, dessen Pumpen mit der erzeugten Energie betrieben werden Photovoltaik-Module integriert sich in das System.

Wasser wiederum entsteht aus Niederschlägen. Regenwasser fließt über Dachrinnen in einen Speichertank, von wo aus es dann von solarbetriebenen Pumpen gepumpt wird. Es gibt keine externe Stromversorgung.

Das intelligente System bewässert die Pflanzen bedarfsgerecht. Immer mehr Bauwerke dieser Art treten in großem Maßstab auf. Ein Beispiel ist das solarbetriebene Nationalstadion in Kaohsiung, Taiwan (9).

Es wurde vom japanischen Architekten Toyo Ito entworfen und bereits 2009 in Betrieb genommen. Es ist mit 8844 Photovoltaikzellen bedeckt und kann bis zu 1,14 Gigawattstunden Energie pro Jahr erzeugen und damit 80 Prozent des Bedarfs der Region decken.

9. Solarstadion in Taiwan

Erhalten geschmolzene Salze Energie?

Energiespeicher in Form von geschmolzenem Salz ist unbekannt. Diese Technologie wird in großen Solarkraftwerken wie dem kürzlich eröffneten Ivanpah in der Mojave-Wüste eingesetzt. Nach Angaben des noch unbekannten Unternehmens Halotechnics aus Kalifornien ist diese Technik so vielversprechend, dass ihre Anwendung auf die gesamte Energiebranche ausgeweitet werden kann, insbesondere natürlich im Bereich der erneuerbaren Energien, wo die Frage der Speicherung von Überschüssen angesichts der Energieknappheit ein zentrales Problem darstellt.

Das Unternehmen behauptet, dass die Energiespeicherung auf diese Weise nur halb so viel kostet wie Batterien, verschiedene Arten großer Batterien. Kostentechnisch kann es mit Pumpspeichersystemen mithalten, die bekanntlich nur unter günstigen Feldbedingungen einsetzbar sind. Allerdings hat diese Technologie ihre Nachteile.

Beispielsweise können nur 70 Prozent der in Salzschmelzen gespeicherten Energie als Strom wiederverwendet werden (90 Prozent in Batterien). Halotechnics arbeitet derzeit an der Effizienz dieser Systeme, unter anderem durch den Einsatz von Wärmepumpen und verschiedenen Salzmischungen.

10. Salzschmelzetanks zur Energiespeicherung

Die Demonstrationsanlage wurde bei Sandia National Laboratories in Arbuquerque, New Mexico, USA, in Betrieb genommen. Energiespeicher mit geschmolzenem Salz. Es wurde speziell für die CLFR-Technologie entwickelt, bei der Spiegel verwendet werden, die Sonnenenergie speichern, um die Sprühflüssigkeit zu erhitzen.

Es ist geschmolzenes Salz in einem Tank. Das System entnimmt das Salz aus dem kalten Tank (290 °C), nutzt die Wärme der Spiegel und erhitzt die Flüssigkeit auf eine Temperatur von 550 °C, um sie anschließend in den nächsten Tank (10) zu überführen. Bei Bedarf wird die Hochtemperatur-Salzschmelze durch einen Wärmetauscher geleitet, um Dampf für die Stromerzeugung zu erzeugen.

Abschließend wird die Salzschmelze in das Kaltreservoir zurückgeführt und der Vorgang in einem geschlossenen Kreislauf wiederholt. Vergleichsstudien haben gezeigt, dass die Verwendung von geschmolzenem Salz als Arbeitsmedium den Betrieb bei hohen Temperaturen ermöglicht, die für die Lagerung benötigte Salzmenge reduziert und den Bedarf an zwei Wärmetauschersätzen im System überflüssig macht, was die Systemkosten und -komplexität senkt.

Eine Lösung, die bietet Energiespeicher Im kleineren Maßstab besteht die Möglichkeit, eine Paraffinbatterie mit Solarkollektoren auf dem Dach zu installieren. Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die an der spanischen Universität des Baskenlandes (Universidad del Pais Vasco/Euskal Herriko Uniberstitatea) entwickelt wurde.

Es ist für die Nutzung durch den durchschnittlichen Haushalt gedacht. Der Hauptkörper des Geräts besteht aus in Paraffin getauchten Aluminiumplatten. Wasser dient als Energieübertragungsmedium, nicht als Speichermedium. Diese Aufgabe übernimmt Paraffin, das Aluminiumplatten Wärme entzieht und bei einer Temperatur von 60°C schmilzt.

Bei dieser Erfindung wird durch die Abkühlung des Wachses elektrische Energie freigesetzt, die Wärme an die dünnen Platten abgibt. Wissenschaftler arbeiten daran, die Effizienz des Prozesses weiter zu verbessern, indem sie das Paraffin durch ein anderes Material, beispielsweise eine Fettsäure, ersetzen.

Beim Phasenübergang entsteht Energie. Je nach den baulichen Anforderungen von Gebäuden kann die Anlage eine andere Form haben. Sie können sogar sogenannte Zwischendecken bauen.

Neue Ideen, neue Wege

Straßenlaternen, entwickelt von der niederländischen Firma Kaal Masten, können überall installiert werden, auch in nicht elektrifizierten Gebieten. Für den Betrieb benötigen sie kein Stromnetz. Sie leuchten nur dank Sonnenkollektoren.

Die Säulen dieser Leuchttürme sind mit Sonnenkollektoren bedeckt. Der Designer behauptet, dass sie tagsüber so viel Energie ansammeln können, dass sie dann die ganze Nacht leuchten. Selbst bewölktes Wetter kann sie nicht ausschalten. Enthält einen beeindruckenden Satz Batterien Energiesparlampen LEUCHTDIODE.

Die Spirit (11), wie diese Taschenlampe genannt wurde, muss alle paar Jahre ausgetauscht werden. Interessanterweise sind diese Batterien aus ökologischer Sicht einfach zu handhaben.

Inzwischen werden in Israel Solarbäume gepflanzt. Daran wäre nichts Außergewöhnliches, wenn in diesen Pflanzungen nicht anstelle von Blättern Sonnenkollektoren installiert wären, die Energie empfangen, die dann zum Aufladen mobiler Geräte, zum Kühlen von Wasser und zum Senden eines WLAN-Signals verwendet wird.

Das Design mit der Bezeichnung eTree (12) besteht aus einem „Stamm“ aus Metall, der sich verzweigt, und auf den Ästen Sonnenkollektoren. Die mit ihrer Hilfe gewonnene Energie wird lokal gespeichert und kann über einen USB-Anschluss auf die Akkus von Smartphones oder Tablets „übertragen“ werden.

12. Elektronischer Baumbaum

Es wird auch zur Herstellung einer Wasserquelle für Tiere und sogar Menschen verwendet. Bäume sollten auch nachts als Laternen genutzt werden.

Sie können mit Informations-Flüssigkristallanzeigen ausgestattet werden. Die ersten Gebäude dieser Art entstanden im Khanadiv-Park in der Nähe der Stadt Zichron Yaakov.

Die Sieben-Panel-Version erzeugt 1,4 Kilowatt Leistung, die 35 durchschnittliche Laptops mit Strom versorgen kann. Unterdessen wird das Potenzial für erneuerbare Energien immer noch an neuen Orten entdeckt, beispielsweise dort, wo Flüsse ins Meer münden und mit Salzwasser vereinen.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) beschloss, die Phänomene der Umkehrosmose in Umgebungen zu untersuchen, in denen Wasser mit unterschiedlichem Salzgehalt gemischt wird. An der Grenze dieser Zentren herrscht ein Druckunterschied. Wenn Wasser diese Grenze passiert, beschleunigt es sich, was eine erhebliche Energiequelle darstellt.

Wissenschaftler der University of Boston gingen nicht weit, dieses Phänomen in der Praxis zu testen. Sie errechneten, dass das Wasser dieser Stadt, das ins Meer fließt, genug Energie erzeugen könnte, um den Bedarf der lokalen Bevölkerung zu decken. Kläranlage.