ЭкоВидео - смотреть фильмы о экологии онлайн

Биотопливо: люди и машины соревнуются за зерно

darkmesser — Tue, 29 May 2012 11:08:50 GMT

Спорный вопрос биотоплива уже рассматривался на страницах нашего сайта. Сегодня мы поговорим о лишь один его аспект - рациональное использование земли, отведенной под посевы. Как все мы знаем, земельные ресурсы нашей планеты ограничены, поэтому мы не можем одновременно выращивать технические культуры для массового производства биоэтанола и прокормить семимиллиардный населения Земли. Приходится выбирать и выбор этот сделать довольно трудно.

«Через возникающую конкуренцию между владельцами 910 000 000 автомобилей мира и 2 миллиардами бедных людей, человечество оказалось на неизведанной территории. Неожиданно мы столкнулись с моральным и политическим вопросам: зерно должно использоваться как автомобильное топливо или кормить людей? Средний доход владельца автомобиля составляет примерно $ 30 000 в год, в то время как 2 миллиарда бедных людей зарабатывают в среднем меньше, чем $ 3000 в год. Рынок, тем временем, требует топлива для автомобилей », - рассказывает Лестер Р. Браун, основатель и президент Института политики Земли.

Главным экспортером зерна на мировой рынок являются США.Рассмотрим этот вопрос на примере этой страны и проиллюстрируем его для наглядности инфографикой.

Согласно данным Министерства сельского хозяйства США, в 2009 году на производство биотоплива было выделено количество зерна, достаточное, чтобы прокормить 330 млн. человек в течение одного года. Это зерно составляет 25% от общего урожая американских зерновых. 200 заводов по производству этанола превращают продукты питания в топливо, при чем количество зерна, которое они перерабатывают, утроилось с 2004 года.

Эти данные привели к обвинениям биотопливной революции, которая началась при администрации президента Буша в 2007 году, в том, что она наносит ущерб мировым запасам продовольствия. При президенте Буше производство биоэтанола было увеличено благодаря сельскохозяйственным субсидиям и законам, которыми он стимулировал фермеров к увеличению объемов производства на 500% к 2017 году, с целью сокращения выбросов углекислого газа и уменьшение зависимости от импорта нефти.

Однако, в условиях глобализации продовольственной базы, повышение спроса на продукты питания, которые идут на производство топлива для американских автомобилей, оказывает дополнительное давление на мировые запасы пищи. В то время как развитие биотопливной индустрии является безусловно важным, поскольку мы стараемся отойти от традиционных источников энергии, Америка столь сильно влияет на мировую продовольственную экономику, что это развитие происходит фактически за счет производства продуктов питания, что делает его довольно опасным.

Одним из наиболее тревожных выводов является то, что, поскольку уже колеса этой революции так неистово закружилась, свернуть производство биотоплива теперь практически невозможно. С 2007 года было построено 80 новых заводов по производству биоэтанола и еще больше ожидается в 2015 году. В то время США планируют увеличить объемы производства биотоплива еще на 5 млрд. галлонов.

Кроме того, даже если весь урожай зерновых в США будет преобразован в этанол (не оставляя зерна не на производство хлеба, ни на корм для домашних животных), он удовлетворил бы в лучшем случае 18% потребностей американцев в топливе.

По словам Лестера Р. Брауна, растущий спрос на зерновые для производства этанола подтолкнул мировые цены на зерно до рекордно высокого уровня. Как следствие, больше всего пострадали жители стран-импортеров. Этот беспрецедентный скачок цен на продовольствие увеличил число голодающих в мире в 1 млрд. И даже мировой экономический спад не помог снизить цены на продовольствие, они по-прежнему значительно выше свой долгосрочный средний уровень.

В настоящее время производители биоэтанола отрицают, что их рекордные объемы производства приводят к уменьшению продовольственных запасов. По словам Тома Буйса, исполнительного директора промышленной группы Growth Energy, инновации и развитие технологий предусматривают опровержение «надуманного выбора между едой и топливом».

Американские налогоплательщики прежнему финансируют субсидирования производства биоэтанола в размере $ 6 млрд. ежегодно, поэтому преобразования пищи в топливо продолжаться.Но в тот момент, когда земельные, водные и продовольственные ресурсы Земли начнут исчерпываться, нам, возможно, придется пересмотреть наши приоритеты, чтобы не ставить большое количество людей в группу риска и избежать потенциальных источников конфликта.

Создано солнечную батарею из хлорофилла бактерии

darkmesser — Tue, 29 May 2012 11:02:12 GMT

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) построили опытные солнечные батареи на основе хлорофилла цианобактерии Thermosynechococcus elongates. Развитие этого эксперимента, по мнению его авторов, приведет к тому, что через несколько лет жители отдаленных сел смогут электрифицировать свои дома с помощью ряда покупных реактивов и стога свежескошенной травы.

Андреас Мершин (Andreas Mershin) и его коллеги построили свои батареи на основе светособирающего комплекса биологических молекул - фотосистемы I (PS-I). Под обычным солнечным светом ячейки показали напряжение холостого хода в 0,5 В, удельную мощность 81 мкВт/см2 и плотность фототока в 362 мкА/см2. А это, по словам изобретателей, в 10 000 раз выше, чем в любой показанной ранее биофотовольтаикы, основанной на натуральных фотосистема.

КПД полученных батарей составил всего лишь около 0,1%. Однако создатели диковинки считают ее важным шагом на пути массового внедрения солнечной энергетики в быт. Ведь потенциально такие устройства могут производиться с низкими издержками.

В идеале биологические батареи могли бы делать сами потребители у себя дома, пользуясь недорогими химреактивами, которые продаются в пакетике как набор «сделай сам», а также мусором с участка или фермы. «Вы сможете использовать в качестве сырья все зеленое, даже скошенную траву», - прогнозирует Мершин.

Авторы нового преобразователя считают, что опыт с его построением может быть повторен даже в колледже или школе с более-менее развитой химической лабораторией. А в дальнейшем инструкцию по сборке «фотогальванической ячейки травы» можно будет поместить на одной странице, причем отразить практически без слов, одними картинками.

Упрощение всех этапов создания такой батареи - основная заслуга изобретателей из MIT. Раньше для концентрации молекул PS-I использовались центрифуги, но команда Андреаса предложила альтернативу - недорогие мембраны.

Никаких специальных лабораторных условий для их использования не требуется. «Сырье может быть очень грязной, и она все равно будет работать, так ее спроектировала природа, - рассказывает исследователь. - Природа работает в грязной среде, это результат миллиардов экспериментов в течение миллиардов лет ».

После ряда усовершенствований КПД «травяных батарей» можно поднять до 1-2%, и это уже будет коммерчески жизнеспособным уровнем.

Для того чтобы добиться выдающихся параметров прибора, ученым пришлось решить ряд проблем, которые возникли далеко не вчера. Поясним, данный опыт стал продолжением работы, начатой в MIT еще восемь лет назад молекулярным биологом Шугуан Чжан (Shuguang Zhang) и рядом его соратников. Чжан, кстати, стал одним из основных авторов и нового эксперимента.

Предыдущие ячейки, которые заимствовали фотосистемы у растений или бактерий, могли нормально работать только под концентрированным светом лазера, т.е. в узком диапазоне длин волн.

Второй недостаток прежних вариантов «живой батареи» - для ее изготовления были необходимы дорогостоящие химические вещества и современное оборудование лаборатории.

Третий важный момент - надежная и долгосрочная стабилизация извлеченных из растений молекулярных комплексов. Вне клетки PS-I существует недолго. Но команда MIT разработала набор поверхностно активных пептидов, способных обволакивать систему PS-I, сохраняя ее на большой срок.

И, наконец, была еще одна давняя помеха. Все та же фотосистема пошкоджувалась ультрафиолетом. Ее удалось преодолеть в ходе решения другой задачи - повышение эффективности сбора света.

Комплексы PS-I Мершин с товарищами сеяли не на ровной подложке, как это было в прежних подобных экспериментах, а на поверхности с огромным эффективной площадью.

В качестве такой основы выступила губка из диоксида титана (толщиной 3,8 микрометра и с размером пор в 60 нанометров) и плотный «лес» стержней из оксида цинка (с высотой «деревьев» в несколько микрометров и диаметром в доли микрометра).

Оба варианта фотоаноду показали сходные результаты. Причем они не только позволили заметно увеличить число молекул хлорофилла, выставленных под свет, но и частично защитили комплексы PS-I от ультрафиолетовых лучей. Ведь оба материала являются хорошими их поглотителями.

А еще титановая наногубка и цинковый нанолис сыграли роль каркаса и выполнили функцию переносчика электронов. Ну а на PS-I возлагалась задача сбора света, его усвоения и разделения зарядов, аналогично тому, как это происходит в клетках.

В заключение скажем, что ранее ученые немало времени потратили на развитие еще одного специфического направления в солнечной энергетике. Это элементы на сенсибилизированных красителях. Последние не используют биологические фотосистемы буквально, но стараются их копировать.

Пока рано говорить, какой вариант солнечных батарей окажется более оправданным. Но вот интересный момент: в нынешнем проекте принимал участие Михаэль Гретцель (Michael Grätzel) из лаборатории фотоники и интерфейсов швейцарского политехнического института, известный нашим читателям как раз по созданию рекордного батареи на красителях.

Топ-10 крупнейших солнечных электростанций в мире

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:58:26 GMT

Фотоэлектрические солнечные электростанции - далеко не новинка на просторах рынка энергоносителей. В последнее время многие страны стали активно переходить на солнечную энергетику - чистый, неиссякаемый и теперь уже сравнительно недорогое источник альтернативной энергии. Таких электростанций уже действительно много, больших и маленьких, но, наверное, нашим читателям было бы интересно узнать, где находятся крупнейшие из них. Сегодня мы представляем вашему вниманию рейтинг самых крупномасштабных фотоэлектрических электростанций в мире.Сразу заметим, совершенно неожиданно в рейтинге отметилась Украина, возглавив рейтинг и войдя в десятку победителей целых два раза. Итак, поехали!

Perovo Solar Park
Украина
Место в рейтинге: 1

Мощность: 100 МВт
Построен: 2011 г.

Недавно компания Activ Solar завершила пятый и последний этап строительства своего крупного проекта мощностью 100 МВт в Украине недалеко от села Перово, Крым. Строительство был завершен 28 декабря 2011 года, что сделало Украина обладательницей крупнейшей в мире фотоэлектрической электростанции. Строительные работы начались в июле 2011 года, а сейчас готова электростанция, расположена на площади в 200 гектар, способен потенциально генерировать около 132500 МВт ∙ ч электроэнергии в год. Кроме того, проект обеспечит рабочие места более чем 800 крымчанам. Общая стоимость проекта составила 300 миллионов евро.

Sarnia Photovoltaic Power Plant
Канада
Место в рейтинге: 2

Мощность: 97 МВт
Построен: 2010 г.

Эта электростанция очень долго сохраняла лидерство в сфере фотоэлектрических станций. Проект, разработанный и внедренный компанией First Solar, имеет общую мощность 97 МВт и был построен в сентябре 2010 года. Электростанция работает по льготной программе, введенной канадским правительством для стимулирования предложения альтернативной энергии. Согласно этой программе, правительство дотирует проекты солнечной энергетики с целью повышения цен на производимую ими энергию без ущерба для спроса. Электростанция занимает площадь в 380 гектар и состоит более чем из 1,3 миллиона гибких солнечных панелей. Годовой выход электроэнергии от работы проекта составляет 120 000 МВт ∙ ч, а экономия выбросов окиси углерода - 39 000 тонн в год.

Montalto di Castro Photovoltaic Power Station
Италия
Место в рейтинге: 3

Мощность: 84,2 МВт
Построен: 2010 г.

Электростанция расположена недалеко от Витербо и является крупнейшей фотоэлектрической станции в стране. Проект был разработан в несколько этапов, начиная с 2009 года, независимой компанией SunRay, но затем был выкуплен гигантом SunPower. На тот момент общая мощность электростанции составляла 44 МВт, сейчас же этот показатель вырос до 84,2 МВт, что позволило Montalto di Castro занять почетное третье место в рейтинге.

Solarpark Senftenberg
Германия
Место в рейтинге: 4

Мощность: 82 МВт
Построен: 2011 г.

Данная электростанция находится недалеко от города Зенфтенберг в Восточной Германии на территории, которая ранее использовалась для добычи угля. Проект, последнее обновление которого было завершено в 2011 году, имеет мощность 82 МВт и состоит более чем из 330 000 кристаллических солнечных модулей.Такой энергетический комплекс способен обеспечить электричеством около 25 000 домов. Примечательно, что строительство проекта было завершено в рекордные сроки 3 месяца, а стоимость составила 150 миллионов евро.

Finsterwalde Solar Park
Германия
Место в рейтинге: 5

Мощность: 80,245 МВт
Построен: 2010 г.

Эта солнечная станция возглавляла рейтинг до ноября 2010 года.Общая мощность проекта, который находится вблизи города Финстервальде, Германия, составляет 80,245 МВт. Солнечный парк является совместным проектом компаний LDK Solar и Q-Cells International и разрабатывался в три этапа на протяжении 2009-2010 годов.

Okhotnykovo Solar Park
Украина
Место в рейтинге: 6

Мощность: 80 МВт
Построен: 2011 г.

Еще один украинский проект компании Activ Solar. Строительство электростанции было завершено 21 октября 2011 года, и она стала одной из крупнейших фотоэлектрических электростанций в Европе и мире. Станция включает около 160 гектар и состоит из 360 000 солнечных модулей, способных давать мощность в 80 МВт. Данные показатели позволят электростанции вырабатывать 100 000 кВт ∙ ч электроэнергии в год, что обеспечит электричеством 20 000 домохозяйств. При этом энергетическая установка позволит сократить выбросы оксида углерода на 80 000 тонн в год. Нужно отметить, что Activ Solar очень лояльно относится к украинскому региону, о чем говорит открытие представительства компании в Одессе. Будем надеяться, что сотрудничество принесет столь же весомые плоды и в последующие годы.

Lopburi Solar Farm
Таиланд
Место в рейтинге: 7

Мощность: 73 МВт
Построен: 2011 г.

Еще одна солнечная птица, которая расправила крылья в прошлом году. Солнечный проект, расположенный в провинции Лопбури, Таиланд, имеет общую мощность 73 МВт и был введен в эксплуатацию 25 декабря 2011 года. Строительство продолжалось 18 месяцев и обошлось в 70 миллионов долларов. По словам официальных лиц, проект за свой 25-летний срок действия, поможет сократить выбросы углекислого газа на 1,3 млн. тонн, а также сократить импорт топлива на 35 000 тонн в год.

Lieberose Photovoltaic Park
Германия
Место в рейтинге: 8

Мощность: 71 МВт
Построен: 2011 г.

Восьмую позицию рейтинга самых фотоэлектрических станций в мире занял еще один немецкий проект, расположенные в Либеросе, Бранденбург, Германия. Солнечный парк является собственностью компании Juwi Group, которая заключила 20-летний контракт на пользование землей. Проект был введен в эксплуатацию в 2009 году, а его общая мощность составляет 71 МВт. Парк включает в себя около 700 000 гибких солнечных панелей, питающих более 15 тысяч домов. Нужно отметить, что солнечные панели, которые используются в данном проекте, являются одними из наиболее эффективных на сегодняшний день.

San Bellino Photovoltaic Power Plant
Италия
Место в рейтинге: 9

Мощность: 70,556 МВт
Построен: 2010 г.

Данный проект был запущен 30 октября 2010 в Сан-Беллино, Италия. Объект, стоимость которого составила 250 миллионов евро, был построен американской компанией SunEdison.Строительство было завершено за 9 месяцев, однако, до этого еще два года ушло на согласование проекта с местными властями.Панчо Перес, генеральный директор европейского представительства компании сказал, что это достижение имело место благодаря партнерству местных компаний. Мощности электростанции, которая составляет 70,556 МВт, хватит на обеспечение электричеством 16 000 семей, при этом выбросы углекислого газа сократятся на 40 000 тонн в год.

Solarpark Alt Daber
Германия
Место в рейтинге: 10

Мощность: 70 МВт
Построен: 2011 г.

Еще один немецкий проект, введен в эксплуатацию в конце 2011 года, занимает площадь 133 га и имеет мощность 70 МВт.Электростанция заняла место бывшего военного полигона, что само по себе символично. Объект обошелся компании BELECTRIC, которая занималась строительством, в 150 миллионов евро.Представители компании говорят, что стартовая стоимость электроэнергии после запуска проекта составила 2,14 евро за ватт, включающий не только переменные затраты непосредственно на производство, но и расходы, связанные с вложенными инвестициями. Это означает, что проект обещает быть быстроокупаемых.

Это далеко не все крупные и перспективные проекты в области фотоэлектрических станций. Если вам интересно, кто не вошел в десятку лидеров, то вы можете узнать об этом здесь. В целом же, приятно видеть, что первое место в данном рейтинге заняла Украина. Будем надеяться, что страна продолжит этот курс на озеленение энергетического комплекса. Что касается количества проектов, то здесь бесспорным лидером является Германия.Общая мощность крупнейших фотоэлектрических проектов страны составляет 672 МВт. С большим отрывом второе место по мощности занимает Италия (316 МВт), ну а завершает тройку лидеров Испания (264 МВт).

Великобритания открыла крупнейшую морскую ветряную ферму

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:52:52 GMT

Walney Wind Farm - новая крупнейшая морская ветровая электростанция в мире - совместный проект энергетических компаний DONG Energy (Дания) и SSE (Великобритания), а также нескольких европейских фирм. Больше система находится в Ирландском море и состоит из 102 турбин, ротора которых имеют диаметры 107 и 120 м. Ветряная ферма будет питать электричеством 320 000 домохозяйств.

Станция расположилась примерно в 15 км от острова Walney. В этом районе уже действуют и строятся еще несколько ветровых ферм. Но Walney Wind Farm стала самой не только среди них, но и среди всех морских ветровых ферм мира. Номинальная мощность станции-рекордсмена составляет 367,2 МВт.

Новая ветряная ферма состоит из двух частей (Walney 1 и Walney 2), в каждой по 51 турбине. При их возведении DONG Energy и партнеры поставили своеобразный рекорд в отрасли. Первую очередь фермы они закончили за 7 месяцев, а вторую (включая турбины, башни, подводные кабели) - всего за 5 месяцев и 13 дней.

Walney 1 ввели в действие в июле 2011 года. В ноябре дала ток первая из турбин Walney 2. Официальное открытие готовой Walney Wind Farm состоялось 9 февраля 2012 года.

Глубина моря в месте установки турбин - 19-23 метра. Высота осей турбин над морем 84 и 90 м. Расстояние между турбинами 750-960 метров. Ветрогенераторы для Walney Wind Farm изготовил промышленный гигант Siemens. Новая ферма занимает территорию в 73 квадратных километра.

На церемонии ввода электростанции в эксплуатацию британский госсекретарь по вопросам энергетики Эдвард Дейви (Edward Davey), спрогнозировал, что 2012-2014 годы станут годами индустриализации морских ветряных ферм.

И хотя сегодня они обходятся в два с лишним раза дороже наземные (3,3 миллиона фунтов против 1250000 за мегаватт), морские фермы не отнимают ценное площадь на суше, не портят пейзаж, не досаждают местным жителям шумом.

При массовом строительстве таких конструкций затраты на них пойдут на спад, так что морские ветряки смогут производить сравнительно недорогую электроэнергию, которая сможет конкурировать с энергией от ископаемого топлива. Поэтому Великобритания выплачивает субсидии компаниям, которые развивают «ветровые» проекты.

Добавим, что в конце 2012 года звание крупнейшей морской ветровой фермы мира должна перейти к электростанции London Array, которая сейчас строится в эстуарии Темзы, в 28 километрах от побережья Кента. Тогда должна заработать первая фаза данного комплекса, которая состоит из 175 турбин общей мощностью 630 МВт.

В дальнейшем London Array будут постепенно расширять, во второй фазе до - 217 турбин, а далее до суммарного 341 ветряка (по 3,6 МВт каждый). Теоретически, пишет DONG Energy, существует возможность дальнейшего расширения и для Walney Wind Farm, но точных планов относительно этого пока нет.

Сейчас морские ветряные станции Туманного Альбиона имеют общую мощность 1,5 ГВт, а к 2020 году страна планирует поднять этот параметр до 18 ГВт. И это - в дополнение к большим ветряных станций на суше. В то время как общее число морских ветровых турбин в Великобритании к 2020 году должна вырасти до 4300, количество наземных ветровых турбин планируется приподнять до 10 000.

Швейцарцы превратили лыжный подъемник на электростанцию

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:50:24 GMT

Швейцарская коммуна Тэнна теперь может похвастаться пионерским канатным подъемником, который также является солнечной установкой. Причем, устройство не только сам себя обеспечивает энергией, но и, как показала практика, выдает немалые излишки в сеть.

Нужно сразу пояснить, что Solarskilift Tenna - первый в мире лыжный подъемник, питающийся от солнечных батарей, и все же кое в чем он определенно уникален.

Дело в том, что ранее на горнолыжных курортах инженеры просто ставили солнечные электростанции где-то в окрестностях подъемников и те питали двигатели канатных дорог (есть аналогичные примеры и с ветряными мельницами). А вот аппарат Solarskilift Tenna - сам по себе и есть электростанция.

246 фотоэлектрических панелей системы Solarskilift Tenna сгруппированы по три штуки в 82 так называемых солнечных крылья. Они находятся прямо над трассой подъемника, будучи закрепленными на тросах, протянутых над канатной дорогой.

Суммарная пиковая мощность этой солнечной электростанции достигает 60,27 кВт, в то время как подъемнике необходимо лишь 35 кВт. Причем здесь даже есть подогрев сидений.

Для повышения эффективности крылья поворачиваются вслед за солнцем. Кроме того, система оснащена датчиком ветра, так что при сильных порывах солнечные панели подправляют угол атаки, чтобы минимизировать ветровую нагрузку.

К тому же, необычная электростанция оборудована датчиком снега. Когда он собирается на солнечных панелях, те просто разворачиваются вертикально и сбрасывают снег вниз.

Отслеживание и коррекция положения фотоэлементов проводится каждые десять минут.

Подъемник Solarskilift Tenna был открыт 17 декабря 2011 года. И теперь уже можно подвести первые итоги реальной эксплуатации зимой.

Опасения, что мрачные дни или снег превратят идею в фикцию не оправдались. Более того, фактические замеры с некоторыми солнечными днями показали, что станция производит значительно больше энергии, чем необходимо подъемнике, ведь последний включен не постоянно.

Так 26 января 2012 комплекс произвел 289 кВт ∙ ч электроэнергии, а потратил всего 67,3 кВт ∙ час. А 6 февраля разница была более чем шестикратным - 55,3 кВт ∙ ч суммарного потребления при генерации 355 кВт ∙ час.

По оценке инженеров, в среднем за год новая станция будет производить 90 000 кВт ∙ ч энергии, в то время как на работу подъемника пойдет 22-29 тысяч кВт ∙ час.

Может показаться, что шестьдесят тысяч дармовых киловатт-часов - это совсем небольшое подспорье для города, и только Тэнна насчитывает всего 112 постоянных жителей.

Теперь у них есть электростанция, которая сможет работать круглый год. Особенно «аборигены» оценят ее помощь в мертвый сезон, когда лыжников не будет, а солнца - сколько угодно.

Интересно, что столь передовую инновацию жители Тенни приобрели после того, как решили, наконец, заменить старый лыжный подъемник, который проработал на том же склоне ... 41 год.

С возобновляемыми источниками энергии "до конца"?

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:45:26 GMT

Чтобы поставить миллионы ветряных турбин, без которых полный переход на возобновляемые источники энергии невозможно, мировой объем производства редкоземельного металла неодима нужно увеличить в пять раз.

В мире, в котором ископаемое топливо обеспечивает более 80 процентов энергии, что можно сделать, чтобы пойти "зеленым" путем? Может ли мир полностью перейти на использование энергии ветра, солнца, волн и тепла Земли всего за несколько десятилетий?

Этот вопрос может показаться наивным, ведь сегодня мировые лидеры не могут решить даже гораздо менее сложные вопросы по сокращению выбросов углекислого газа от сжигания угля, нефти и природного газа. Но двое американских исследователей решили, что настало время по-новому взглянуть на одну из серьезнейших проблем в мире.

«Мы хотели показать, что энергия ветра, воды и солнца вполне способны удовлетворить существующий энергетический спрос", - рассказывает соавтор исследования Марк Делучи (Mark Delucchi) из Института транспортных исследований при Калифорнийском университете в Дэвисе. Он и Марк Джейкобсон (Mark Jacobson) из факультета гражданской и экологической инженерии Стэнфордского университета решили посчитать, сколько нужно достроить возобновляемых источников энергии, чтобы запитать все заводы, жилые дома и офисы мира, а также весь транспорт - автомобили, самолеты и корабли.

Сталь, бетон и минералы

Делучи и Джейкобсон считают, что движение до 100% возобновляемых источников энергии потребует массового разгула строительства. Так, мир нуждается около 4 миллионов ветряных турбин, и они должны быть мощными - по крайней мере по 5 МВт.Турбины с такой мощностью уже есть на рынке, но большинство вдвое или даже втрое "слабее".

Относительно энергии солнца, человечеству понадобится 90 000 больших солнечных электростанций, каждая мощностью около 300 МВт. Причем сюда входят и фотоэлектрические солнечные электростанции, которые производят электроэнергию непосредственно с помощью фотоэлектрических панелей, и концентрационные солнечные электростанции, которые концентрируют солнечные лучи для нагрева воды, превращаясь в пар приводит в движение турбину электрогенератора. Сегодня во всем мире эксплуатируется менее трех десятков таких солнечных электростанций, большинство из них также намного «слабее».

Кроме того, большие солнечные системы должны работать «в паре» с солнечными панелями на крышах домов. Исследователи оценили, что на кровлях домов мира необходимо установить 1,7 млрд. таких фотоэлектрических систем мощностью 3 кВт каждая.Учитывая, что нас на планете 7 млрд., соотношение «солнечных крыш» и жителей Земли составит один к четырем.

Строительство всех этих новых турбин, солнечных панелей и другой инфраструктуры будет требовать большого количества стали, бетона и других ресурсов. Тем не менее, Джейкобсон и Делучи считают, что каких-либо значительных экономических или экологических ограничений в производстве сыпучих материалов, таких как бетон и сталь, нет. Поэтому они более детально рассмотрели потребности в менее распространенных материалах.

Основным препятствием, по их мнению, могло бы стать производство редкоземельных металлов, таких как неодим, которые часто используются в создании магнитов. Чтобы изготовить электрогенераторы для указанных 4 миллионов ветровых турбин, мировое производство неодима должна увеличиться более чем в пять раз. Но по словам исследователей доступных запасов неодима должно хватить, более того, сегодняшние мировые запасы этого элемента примерно в шесть раз больше, чем необходимо.

Существуют также способы обойти это препятствие. Так, в турбинах можно использовать другие виды магнитов, а редкоземельные металлы могут быть переработаны. Правда, сегодня таких программ переработки не существует.

Исследователи утверждают, что ни одна из препятствий не является достаточно большой, чтобы блокировать полный переход на возобновляемую энергию к 2030 году. По их словам, было бы целесообразнее прекратить до тех пор строительство новых электростанций и транспортных средств, которые сжигают ископаемое топливо, а затем заменить существующие станции на возобновляемые с постепенным достижением 100% экологически чистой энергетики до 2050 года. «Технически это возможно», - говорит Джейкобсон. «Но это действительно зависит от силы воли».

Отказываясь от биотоплива

Создавая «дорожную карту» будущего без ископаемых, исследователи усложняют себе работу, отказываясь от использования биотоплива. В связи с нежелательным загрязнением воздуха и отводом драгоценных земельных ресурсов под его производство, Делучи и Джейкобсон построили свое видение будущего со 100% возобновляемых источников энергии без биотоплива. А из-за опасений по поводу утилизации ядерных отходов, они также отказались от углеродно «чистой» атомной энергии, которая сегодня покрывает около 6% мировых потребностей в энергии.

Но мир далек от пути к «возобновляемого будущего» без биотоплива. Сегодня, по данным IEA, все возобновляемые источники энергии обеспечивают лишь 13% мировых поставок энергии, и если убрать биотопливо, эта доля «сползет» до 3%.

Если человечество просто жить в соответствии с современной программы по сокращению выбросов парниковых газов, по данным IEA доля возобновляемых источников энергии без использования биомассы вырастет лишь до 7% к 2035 году. С более активными действиями против изменения климата и при условии продвижения возобновляемых источников энергии, эта доля увеличится до 11%.«Необходима значительная правительственная поддержка, чтобы сделать возобновляемые источники энергии экономически конкурентоспособным по отношению к другим источникам энергии и технологий», - добавляет IEA.

Но Делучи и Джейкобсон утверждают, что с ожидаемым снижением стоимости возобновляемых технологий, стоимость, как они ее называют, системы «100% WWS» (от англ. «Wind» - ветер, «water» - вода и «solar» - солнце) была б подобной стоимости энергосистемы, которая существует сегодня.

Меняющиеся ветры

«В действительности проблема заключается в согласовании спроса и предложения», - говорит Джейкобсон. Сильная зависимость от ветра, который по сценарию исследователей обеспечивал половину мировой энергии, и солнца, которое покрывало бы еще 40%, из-за изменчивости ветра и облачности дает определенный риск относительно надежности системы.Однако авторы утверждают, что во многом эти меняющиеся факторы могут быть связаны и, благодаря этому, различные возобновляемые источники энергии могут работать вместе дополняя друг друга.

«Ветер и солнце хорошо дополняют друг друга», - говорит Джейкобсон. «Когда нет ветра, день, как правило, ясный и солнечный. И наоборот, если день пасмурный и солнечного света мало, обычно дует ветер ».

Геотермальные системы которые используют тепловую энергию недр Земли, и приливные электростанции использующие энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли, по сценарию Делучи и Джейкобсона делать меньший вклад в мировую энергетику, чем ветер и солнце - примерно 6%. Но поскольку эти виды электростанций значительно стабильнее, они помогут сделать систему более надежной.

Гидроэлектростанции также входят в сценарий. По прогнозам они должны обеспечить около 4% мировой энергии. Но поскольку авторы считают, что большинство лучших мест под плотины уже заняты, расширение этого направления энергетики они не предусматривают. Все ставки здесь делаются на солнце и ветер.

Еще один плюс в надежности системы «100% WWS» заключается в том, что ей понадобится примерно на треть меньше энергии, чем системы на ископаемом топливе. «Это прежде всего обусловлено переходом от двигателей внутреннего сгорания на гораздо эффективнее электродвигатели», - рассказывает Джейкобсон.

Заметим, что данное исследование является далеко не первой попыткой анализа сложной проблемы интеграции возобновляемых источников энергии. Сара Барбер (Sarah Barber), инженер-механик Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, которая специализируется на ветровых турбинах, считает, что из-за изменчивости возобновляемых источников энергии, «энергетические пики нуждаться сбалансирования, что означает необходимость в более современной энергосистеме». По ее словам, Делучи и Джейкобсон включили в свои оценки обновленную энергосистему и различные формы накопления энергии.

«Приятно видеть такие серьезные исследования фактической возможности использования возобновляемых источников энергии», - говорит Барбер. «Исследование, подобные этому, должны помочь прояснить некоторые знаки».

Тем не менее, внедрения системы «100% WWS» в жизни связано с определенными трудностями. «Энергетические провалы должны быстро покрываться. Например, гидронасосами, как в Швейцарии », - говорит Барбер. Речь здесь идет о гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые сейчас являются наиболее эффективной формой запасания электроэнергии в промышленных масштабах. Сейчас ГАЭС используется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки, но они могли бы пригодиться и при решении проблемы изменчивости возобновляемых источников энергии.

Электроэнергетические системы, которые содержат значительное количество возобновляемых источников энергии, требуют дорогих и творческих решений. Так, разработка новых принципов организации хранилищ больших количеств энергии могла бы решить много проблем.

С переходом от автомобилей, работающих на двигателях внутреннего сгорания, к электромобилям тоже не все так просто.Даже к 2020 году доля последних в мировых продажах автомобилей по прогнозам будет составлять менее 10%.

Даниэль Каммена (Daniel Kammen), главный технический специалист по возобновляемым источникам энергии и энергоэффективности Всемирного банка, считает, что работы, подобные исследования Делучи и Джейкобсона, полезны, поскольку они умножают количество сценариев низко-и без-углеродного будущего.

«Это исследование освещает огромный потенциал возобновляемых источников энергии, но оно не рассматривает детали реальных систем производства и распределения электроэнергии», - заключает Каммена. «Как и во многих вещах, дьявол кроется в деталях. Сегодня мы все еще далеки от 100% энергии из возобновляемых источников, или даже большинству энергии от возобновляемых источников энергии. Это исследование представляет собой полезный учет возобновляемых источников энергии, который не учитывает детали работы реальных энергетических систем ».

Мира требуется более детальное исследование, которое ответило на вопрос, «как мы собираемся создать мир с нулевыми выбросами углерода», - говорит Каммена. По его словам, в настоящее время ведется много таких работ по всему миру. Что же, это не может не радовать, но нам остается только ждать новых известий от научного мира.

Ближний Восток начал с чистого (зеленого) листа?

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:42:20 GMT

В 2010 году в ближневосточном и североафриканском регионах инвестиции в возобновляемые источники энергии выросли на 104%, что составляет $ 5 млрд. (данные UNEP). Можно ли это считать началом зеленой революции?

Глядя на вдохновляющие солнечные проекты в Израиле, Египте, Алжире и впечатляющие ветряные фермы в Марокко кажется, что регион начинает признавать свой богатый потенциал в альтернативной энергетике. Но могут возобновляемые источники действительно прорваться на рынок Персидского залива и обжаловать господства углеводородного энергии?

Регион богат нефтью и всегда был сложным рынком для развития зеленой индустрии. Однако растущая вероятность истощения нефтяных запасов и беспокойство по поводу растущего энергетического спроса привели к некоторому прогрессу. Недавно Дубай объявил о своем намерении инвестировать $ 3 млрд. в солнечную ферму мощностью 1000 МВт. Строительство будет завершено к 2030 году. Впрочем, согласно ожиданиям нефтяные запасы в Дубае истощатся к 2020 и этот факт является примером того, что возобновляемые виды энергии рассматриваются не как альтернативный, а дополнительный ресурс.

Основная причина диверсификации энергетических источников в данном регионе заключается в увеличении спроса на электроэнергию и уменьшения субсидий. Обеспокоенность по поводу необходимости сокращения выбросов, уменьшение использования энергии и забота об окружающей среде является в лучшем случае второстепенной движущей силой. Когда речь заходит об альтернативной энергетике, нельзя сказать, что регион обделен возможностями. По приблизительным оценкам только в одной пустыне Руб-эль-Хали (Саудовская Аравия) достаточно солнечного света для энергообеспечения двух аналогичных Земле планет!

Кроме того, аналитики подсчитали, что стоимость солнечных и ветровых комплексов на Ближнем Востоке сократилось вдвое, в то время как цена на топливную энергию покоряет новые высоты. Как заметил один из обозревателей Recharge News, «политическая и экономическая логика в пользу возобновляемых источников (на Ближнем Востоке) никогда не была столь убедительной». Немного больше поддержки и субсидий - это все, что необходимо для развития отрасли.

За последние пару лет несмотря ни на что странам Персидского залива удалось сохранить свои топливные субсидии, вместо поощрения более эффективного использования ресурсов, тем или иным образом способствовали неэффективности и высокой энергоемкости производства энергии. Исследование показало, что негативное влияние сказалось и на рентабельности экологически дружественных проектов. Возможно, пришло время направить субсидии для нефтяной индустрии к чему-то более устойчивого и энергоэффективного.

Возобновляемые источники энергии медленно набирают популярность на Ближнем Востоке, но они по-прежнему не рассматриваются как жизнеспособная альтернатива углеводородов. И возвращаясь к вопросу, открыл Ближний Восток новую (зеленую) страницу истории, остается ответить - в настоящее время - нет.

Типы и особенности солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки

darkmesser — Tue, 29 May 2012 10:29:10 GMT

Использование энергии солнца позволяет экономить дорогую электроэнергию, которая поставляется в дома энергетическими компаниями, и даже зарабатывать на поставках энергии в электрическую сеть, если последнее предусмотрено местным законодательством. С этой целью все больше владельцев частных домов монтируют на крышах индивидуальные солнечные электростанции. Но прогресс не стоит на месте, сегодня рынок предлагает далеко не одно решение этой проблемы. В связи с этим, рассмотрим основные типы солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки и их особенности.

Главная составляющая домашней солнечной электростанции - солнечные батареи, или фотоэлектрические панели, как их еще называют. Их назначение - прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. Солнечная батарея состоит из отдельных фотоэлектрических элементов, соединяясь вместе, обеспечивают необходимую мощность батареи. В настоящее время на рынке можно встретить пять типов солнечных батарей, которые отличаются материалами, из которых изготовлены их элементы.

Солнечные панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов наиболее распространены в связи с оптимальным соотношением цены и КПД среди всех разновидностей панелей. Их КПД составляет 12-14%. У элементов, которые образуют панель, характерный синий цвет и кристаллическая структура.

Поликристаллическое солнечная панель

Солнечные панели с монокристаллических фотоэлектрических элементов более эффективны, но и более дорогие в пересчете на ватт мощности. Их КПД, как правило, в диапазоне 14-16%.

Монокристаллическая солнечная панель

Обычно монокристаллические элементы имеют форму многоугольников, которыми трудно заполнить всю площадь панели без остатка. В результате удельная мощность солнечной батареи чуть ниже, чем удельная мощность отдельного ее элемента.

Солнечные батареи из аморфного кремния имеют один из самых низких КПД. Обычно его значение в пределах 6-8%. Однако среди всех кремниевых технологий фотоэлектрических преобразователей они производят самую дешевую электроэнергию.

Солнечная панель на основе аморфного кремния

Солнечные панели с теллурида кадмия (CdTe) изготавливаются на основе пленочной технологии. Полупроводниковую пленку наносят тонким слоем в несколько сотен микрометров. Эффективность элементов из теллурида кадмия небольшая, КПД около 11%.Однако, по сравнению с кремниевыми панелями, ватт мощности этих батарей обходится в несколько десятков процентов дешевле.

Солнечная панель на основе теллурида кадмия

Солнечные панели на основе CIGS. CIGS - это полупроводник, который состоит из меди, индия, галлия и селена. Этот тип солнечных батарей тоже выполнен по пленочной технологии, но по сравнению с панелями из теллурида кадмия имеет более высокую эффективность, его КПД достигает 15%.

Солнечная панель на основе CIGS

Потенциальные покупатели солнечных батарей часто задают себе вопрос, сможет ли тот или иной тип фотоэлектрических преобразователей обеспечить необходимую мощность всей системы. Тут надо понимать, что эффективность солнечных батарей напрямую не влияет на количество произведенной установкой энергии.

Одинаковую мощность всей установки можно получить с помощью любых типов солнечных батарей, однако более эффективны фотоэлектрические преобразователи займут меньше места для их размещения потребуется меньшая площадь. Например, если для получения одного киловатта электроэнергии потребуется около 8 кв.м. поверхности солнечной батареи на основе монокристаллического кремния, то панели из аморфного кремния займут уже около 20 кв.м.

Приведенный пример, конечно же, не является абсолютным. На производство электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями влияет не только общая площадь солнечных панелей. Электрические параметры любой солнечной батареи определяются так называемых стандартных условиях тестирования, а именно при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт / кв.м. и рабочей температуре панели 25 ° C.

В странах Центральной и Восточной Европы интенсивность солнечного излучения редко достигает номинального значения, поэтому даже в солнечные дни фотоэлектрические панели работают с недогрузкой. Может показаться, что и температура 25 ° C тоже встречается не так уж часто. Однако речь идет о температуре солнечной панели, а не о температуре воздуха.

В рамках общей тенденции снижения производимой мощности с ростом рабочей температуры, каждый тип солнечных батарей ведет себя по-разному. Так в кремниевых элементов номинальная мощность падает с каждым градусом превышения номинальной температуры на 0,43-0,47%. В то же время элементы из теллурида кадмия теряют всего 0,25%.

Огромная ветряная ферма позволит Южной Корее отказаться от импорта энергии

darkmesser — Tue, 29 May 2012 09:49:54 GMT

Как много энергии ветра можно получить за $ 9 млрд.? По утверждению Южной Кореи, около 2,5 ГВт или 71% доступной на сегодняшний день совокупной оффшорной (береговой) мощности.В ноябре прошлого года Министерство экономики знаний Южной Кореи представило новый проект огромной ветряной фермы, которая будет построена вдоль юго-западного побережья страны, - проект, который уже называют самым ветроэнергетическим объектом в мире будь то на суше или на море. Но насколько именно он масштабный?

«2,5 ГВт - ветряная ферма чудовищных размеров», - говорит Шон Кастен, генеральный директор Recycled Energy Development.«Фактически, 2,5 ГВт - огромная мощность для любого типа электростанций. Таким образом, по своим масштабам это большое предприятие, это огромные инвестиции ».

По словам Стивена Копитса, управляющего директора Douglas Westwood, 2,5 ГВт примерно соответствуют "двум приличным угольным электростанциям или двум достаточно большим блокам атомной электростанции». Учитывая масштабы, проект способен повлиять на региональные энергетические рынки, потому что Южная Корея «сможет стать значимым источником энергии в регионе», и исчезнет необходимость импортировать энергию. Что касается глобального энергетического рынка, то он, скорее всего, не почувствует существенные изменения.

Копитс отмечает, что 2,5 ГВт является «номинальной мощностью» - максимально доступной мощности, генерируемой когда работают все турбины. Но ветер не постоянен. Как говорит Копитс, «ветер не дует все время». Фактическое использование будет, вероятно, ближе к 40% или около 1 ГВт.

Анатомия ветряной фермы

Судя по номинальной мощности фермы и заявленной мощности каждой турбины в 3-7 МВт, южнокорейский ветроэнергетический объект, похоже, будет состоять из нескольких сотен турбин. По словам Копитса, протяженность каждой лопасти в ширину, вероятно, достигнет 60-70 метров или более, в результате чего диаметр ротора вдвое превысит размах крыльев Boeingьа 747.Завершить строительство будет не просто.

Привлечение морского ветра - это, прежде всего, открытое море.Здесь могут быть установлены более крупные, высокие сооружения, которые не доставляют хлопот с зонированием и обзорностью, так как ветер в открытом море, как правило, дует более неизменно.

Однако, как отметил Кастен, морской ветер примерно в два раза дороже прибрежный, хотя бы по той простой причине, что морской ветер - это, опять же, открытое море.

Усложняется политика, потому что себестоимость произведенного электричества высокая, усложняются монтаж и ремонт, а также передача энергии, потому что для транспортировки необходимо прокладывать кабель. Фактически, все, что связано с морским ветром, обходится дорого. «Пойти и (в буквальном смысле) затянуть болт на морской ветряной турбине будет стоить вам много денег. Это не то, что вы захотите делать регулярно ».

Отечественная ветроэнергетика

Как было заявлено, Южная Корея надеется, что ветроэнергетика, как производство полупроводников и судостроения, станет «флагманской» индустрией. Несмотря на относительно небольшой опыт Южная Корея планирует реализовать проект, рассчитывая только на собственные силы. Это очень смелый и отчасти рискованный шаг, но в случае успеха он действительно продвинет вперед всю промышленность.

Фактически, это действительно выдающаяся инвестиция Южной Кореи, которая позволяет выдвинуть страну в качестве игрока глобальной ветроэнергетической экономики. Это момент создания экспортной индустрии.

Компании, участвующие в проекте, такие как Daewoo, Doosan, Hyundai, несомненно, способны сделать это. Эти компании являются одними из мировых лидеров в судостроении, морской инженерии и тяжелой промышленности.

Вместе с тем, они стараются занять место в высококонкурентном рыночном среде в тяжелые времена. Бум установки ветровых турбин на суше привел к падению цен, сократив доходы. Это плохо для поставщиков, но хорошо для отрасли, потому что делает энергию ветра более доступной. Действительно, цена на электричество, произведенное при эксплуатации прибрежного ветра, в настоящее время хотя и несколько выше, но все же сопоставима со стоимостью угля и природного газа. По данным исследования Bloomberg New Energy Finance, «среднестатистическая ветряная ферма станет вполне конкурентоспособной (с углем, газом и ядерными объектами) до 2016 года».

«Лес» из необычных ветрогенераторов

darkmesser — Tue, 29 May 2012 09:43:37 GMT

Традиционные лопастные ветрогенераторы имеют ряд недостатков. Они относительно шумные, представляют опасность для птиц, нарушают естественный тепловой баланс территории (повышают температуру приземного слоя воздуха ночью). Кроме того, они занимают достаточно большие площади. Всех этих недостатков лишен проект «Windstalk» от компании Atelier DNA, который представляет собой целый «лес» ветрогенераторов ... без лопастей!

Проект состоит из 1200 безлопатних стеблей из углеродного волокна выстою более 50 метров. Диаметр стебля у основания составляет около 30 см, у вершины - 5 см. Каждый стебель содержит перемежающиеся слои электродов и керамических дисков из пъезоэлектрического материала, которые превращают кинетическую энергию стебли во время раскачивания в электрическую (все необходимые технологии уже разработаны в Кембридже). На вершине стебля находится светодиодный индикатор, интенсивность света которого зависит от силы ветра.Кроме того, территория, занятая проектом «Windstalk», будет представлять собой парк для отдыха населения, богатый растительность.

Неудивительно, что «Windstalk» получил призовое место в конкурсе технологий альтернативной энергетики, которые будут использоваться при строительстве города Масдар. Этот город будет первым в истории человечества населенным пунктом, полностью лишенным от автомобильного транспорта, а энергетические потребности Масдара будут полностью обеспечиваться за счет возобновляемых источников энергии. Мусор этого ультрасовременного города будет также полностью перерабатываться.