أعلى 10 مصادر الطاقة المتجددة
الموارد المتجددة هي تلك التي يمكن توليدها بطبيعتها بشكل مستمر ولا يمكن نفاذها مثل الخشب والطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المد والجزر والطاقة الكهرمائية وطاقة الكتلة الحيوية والوقود الحيوي والطاقة الحرارية الأرضية والهيدروجين. كما تُعرف أيضًا باسم المصادر غير التقليدية الطاقة ويمكن استخدامها مرارا وتكرارا بطريقة لا نهاية لها.
1. الطاقة الشمسية:
توفر الشمس مصدر طاقة مثالي ، غير محدود في الإمداد ، باهظة الثمن ، لا تضيف إلى العبء الحراري الكلي للأرض ولا تنتج ملوثات الهواء والماء. إنه بديل قوي للوقود الأحفوري والوقود النووي. الطاقة الشمسية وفيرة للغاية ولكن بكفاءة جمع 10 ٪ فقط.
وتتراوح نسبة الطاقة الشمسية اليومية بين 5 و 7 كيلوواط ساعة / م 2 في أجزاء مختلفة من البلاد. يمكن تحويل هذا المورد الهائل للطاقة الشمسية إلى شكل آخر من أشكال الطاقة من خلال طرق التحويل الحرارية أو الضوئية. يستخدم الطريق الحراري الشمسي إشعاعًا على شكل حرارة قد يتم تحويله بدوره إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية أو كيميائية.
حدود توليد الطاقة الشمسية:
1. كثافة الطاقة الشمسية ليست ثابتة.
2. كثافة الطاقة الشمسية منخفضة مقارنة بالنفط أو الغاز أو الفحم وما إلى ذلك.
3. هناك مشكلة في جمع الطاقة الشمسية اقتصاديا على مساحة كبيرة.
4. مشاكل تصميم المرافق التي يمكن أن تستخدم أشعة الشمس المنتشرة.
الأجهزة الحرارية الشمسية مثل المواقد الشمسية ، سخانات المياه بالطاقة الشمسية ، المجففات الشمسية ، الخلايا الضوئية ، ألواح الطاقة الشمسية ، الأفران الشمسية إلخ.
جامع الحرارة الشمسية:
هذه يمكن أن تكون سلبية أو نشطة في الطبيعة. جامعي الحرارة الشمسية السلبية هي مواد طبيعية مثل الأحجار والطوب إلخ أو مواد مثل الزجاج الذي يمتص الحرارة خلال النهار ويطلقها ببطء في الليل. تقوم المجمعات الشمسية النشطة بضخ وسط امتصاص الحرارة (الهواء أو الماء) من خلال مجمع صغير يتم وضعه عادة على قمة المبنى.
الخلايا الشمسية:
وتعرف أيضًا باسم الخلايا الضوئية أو الخلايا الكهروضوئية. تتكون الخلايا الشمسية من رقاقات رقيقة من المواد شبه الموصلة مثل السيليكون والغاليوم. عندما تسقط الإشعاعات الشمسية عليها ، ينتج فرق محتمل يسبب تدفق الإلكترونات وينتج الكهرباء.
يمكن الحصول على السليكون من السيليكا والرمل ، وهو متوفر بشكل كبير وغير مكلف. باستخدام الزرنيخيد الغاليوم ، كبريتيد الكادميوم أو البورون ، يمكن تحسين كفاءة الخلايا الكهروضوئية. يبلغ فرق الجهد الناتج عن خلية واحدة حجمها 4 سم 2 حوالي 0.4-0.5 فولت وينتج تيارًا قدره 60 مللي أمبير.
الطباخ الشمسي:
تستخدم المواقد الشمسية الحرارة الشمسية عن طريق عكس الإشعاع الشمسي باستخدام مرآة مباشرة إلى ورقة زجاجية تغطي الصندوق المعزول الأسود الذي يتم فيه حفظ الطعام الخام.
السخانات الشمسية:
وتتكون من صندوق معزول مطلي باللون الأسود من الداخل وله غطاء زجاجي لاستقبال وتخزين الحرارة الشمسية. يوجد داخل الصندوق ملف نحاس مطلي باللون الأسود يتم من خلاله تدفق الماء البارد ، والذي يتم تسخينه وتدفقه إلى داخل خزان التخزين. ثم يتم توفير الماء الساخن من خزان التخزين المجهز على السطح من خلال الأنابيب إلى المباني مثل الفنادق والمستشفيات.
الأفران الشمسية:
هنا يتم ترتيب آلاف المرايا الصغيرة في عاكسات مقعرة ، والتي تجمع جميعها الحرارة الشمسية وتنتج درجة حرارة عالية تصل إلى 3000 درجة مئوية.
محطة الطاقة الحرارية الشمسية:
يتم تسخير الطاقة الشمسية على نطاق واسع باستخدام عاكسات مقعرة تسبب غليان المياه لإنتاج البخار. يقوم التوربين البخاري بتشغيل مولد كهربائي لإنتاج الكهرباء. تم تركيب محطة طاقة شمسية بسعة 50 K واط في Gurgaon ، Haryana.
2. طاقة الرياح:
طاقة الرياح هي طاقة من التوربينات التي تخلق الكهرباء بينما تحول الرياح شفرات مصانع الرياح. يتم تركيب عدد كبير من طواحين الهواء في مجموعات تسمى مزارع الرياح. تم بناء توربين الرياح على مواصفات معينة من أجل زيادة كفاءة توليد الطاقة.
يدور التوربين النموذجي عند حوالي 10 إلى 25 دورة في الدقيقة ، ونوع الريح لتوليد هذا الدوران حوالي 8 إلى 10 عقدة أو 10 ميل في الساعة (16 كم / ساعة). ومن منظور الأرصاد الجوية ، توصف الرياح بأنها تتحرك بالهواء وهي في الأساس حركة من منطقة ذات ضغط مرتفع إلى ضغط منخفض.
يتم تعزيز هذه الحركة عندما يكون هناك القليل لتعطيل التدفق الكلي. وبالتالي ، ينبغي أن يتم توليد طاقة الرياح التوربينية الأكثر فعالية في مناطق ذات ارتفاع عالٍ أو فوق المياه المفتوحة. تقدر طاقة طاقة الرياح في بلدنا بحوالي 20،000 ميغاوات ، في الوقت الذي نولد فيه حوالي 1020 ميغاوات. أكبر مزرعة رياح في بلدنا بالقرب من كانياكوماري في تاميل نادو تولد 380 ميجاوات ، كهرباء.
3. الطاقة الكهرومائية:
كانت أول محطة للطاقة الكهرومائية في الهند محطة طاقة مائية صغيرة تبلغ 130 كيلوواط في عام 1897 في سيدرابونج بالقرب من دارجيلنغ في غرب البنغال. مع التقدم في التقنيات وزيادة متطلبات الكهرباء ، تم تحويل التركيز إلى محطات الطاقة الكهرمائية الكبيرة الحجم.
يتم تجميع المياه المتدفقة في النهر من خلال إنشاء سد كبير حيث يتم تخزين المياه والسماح له بالهبوط من الارتفاع. تتحرك شفرة التوربين الموجود في أسفل السد مع الماء المتحرك بسرعة والذي بدوره يدير المولد وينتج الكهرباء.
يمكننا أيضا بناء محطة مصغرة للطاقة الكهرمائية أو مصغرة على النهر في المناطق الجبلية لتسخير الطاقة المائية على نطاق صغير ، ولكن ينبغي أن يكون الحد الأدنى لارتفاع الشلالات 10 أمتار.
مزايا:
الطاقة المائية لديها العديد من المزايا مثل:
ا. إنه مصدر نظيف للطاقة.
ب. يوفر مرافق الري.
ج. وتوفر مياه الشرب للأشخاص الذين يعيشون ، ولا سيما في صحراء راجستان وجوجارات.
د. إنها غير ملوثة على الإطلاق ، ولها عمر طويل ، ولها تكاليف تشغيل وصيانة منخفضة للغاية.
ه. المساعدة في السيطرة على الفيضانات وإتاحة المياه خلال الفصول غير المطيرة للري واستخدامات أخرى.
مشاكل:
يعاني موقع الطاقة المائية (السد) من مشاكل بيئية رئيسية:
ا. مواقع السدود هي خاصة الغابات والمناطق الزراعية وتغمر أثناء البناء.
ب. يسبب تسرب المياه والتغرين.
ج. ويتسبب ذلك في ضياع التنوع البيولوجي ويتأثر تجمعات الأسماك والكائنات المائية الأخرى سلبًا.
د. النازحون المحليون ويخلقون مشاكل إعادة التأهيل والمشاكل الاجتماعية والاقتصادية ذات الصلة.
ه. زيادة النشاط الزلزالي بسبب حجم كبير من المياه المحتجزة.
4. طاقة المد والجزر:
فالمد البحري للمحيطات الناتج عن قوى الجاذبية من الشمس والقمر يحتوي على كمية هائلة من الطاقة. يشير "المد المرتفع" و "المد المنخفض" إلى ارتفاع وسقوط المياه في المحيط. مطلوب فارق عدة أمتار بين ارتفاع المد العالي والمد المنخفض لتدوير التوربينات.
يمكن تسخير طاقة المد والجزر عن طريق بناء وابل من المد والجزر. أثناء المد العالي ، تتدفق مياه البحر إلى خزان الوابل وتحول التوربين ، الذي بدوره ينتج الكهرباء بتدوير المولدات. أثناء انخفاض المد ، عندما يكون مستوى سطح البحر منخفضًا ، تتدفق مياه البحر المخزّنة في خزان الخزان إلى البحر وتحول التوربين مجددًا.
5. المحيط الطاقة الحرارية:
الطاقة المتاحة بسبب الاختلاف في درجة حرارة الماء على سطح المحيط الاستوائي وعلى مستويات أعمق تسمى المحيط الحراري للطاقة (OTE). مطلوب اختلاف من 20 درجة مئوية أو أكثر لتشغيل محطات توليد الكهرباء OTEC (المحيط الحراري للطاقة). وتستخدم المياه السطحية الدافئة في المحيط لغلي السائل مثل الأمونيا.
وتستخدم بعد ذلك أبخرة عالية الضغط للسائل الذي يتكون من الغليان لتحويل توربين مولد كهربائي وإنتاج الكهرباء. يتم ضخ الماء البارد من المحيطات الأعمق لتبريد وتكثيف الأبخرة إلى سائل.
6. الطاقة الحرارية الأرضية:
الطاقة الحرارية الأرضية هي الحرارة من الأرض. انها نظيفة ومستدامة. تتراوح موارد الطاقة الحرارية الأرضية من الأرض الضحلة إلى الماء الساخن والصخور الساخنة التي وجدت على بعد بضعة أميال تحت سطح الأرض ، وأعمق من درجات الحرارة المرتفعة للغاية للصخور المنصهرة التي تسمى الصهارة.
البخار أو الماء الساخن يخرج من الأرض بشكل طبيعي من خلال الشقوق في شكل السخانات الطبيعية. في بعض الأحيان ، لا يجد البخار أو الماء المغلي الموجود تحت الأرض أي مكان يخرج منه. ويمكننا حفر ثقب صناعي يصل إلى الصخور الساخنة وبوضع أنبوب فيه يجعل البخار أو الماء الساخن يتدفق عبر الأنبوب عند ضغط مرتفع مما يحول توربينات المولد لإنتاج الكهرباء.
7. طاقة الكتلة الحيوية:
لقد استخدمنا طاقة الكتلة الحيوية أو الطاقة الحيوية ، والطاقة من المادة العضوية منذ آلاف السنين ، منذ أن بدأ الناس في حرق الخشب لطهي الطعام أو للتدفئة. واليوم ، لا يزال الخشب أكبر مورد طاقة الكتلة الحيوية لدينا.
ولكن يمكن الآن استخدام العديد من المصادر الأخرى للكتلة الحيوية ، بما في ذلك النباتات ، والمخلفات من الزراعة أو الحراجة ، والعنصر العضوي للنفايات البلدية والصناعية. حتى الأبخرة من مدافن النفايات يمكن أن تستخدم كمصدر طاقة الكتلة الحيوية.
إن استخدام طاقة الكتلة الحيوية لديه القدرة على الحد بشكل كبير من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. تولد الكتلة الحيوية عن نفس الكمية من ثاني أكسيد الكربون مثل الوقود الأحفوري ، ولكن في كل مرة ينمو فيها نبات جديد ، يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
سيكون صافي انبعاث ثاني أكسيد الكربون صفراً طالما أن النباتات تستمر في التجديد لأغراض الطاقة الحيوية. وتسمى محاصيل الطاقة هذه ، مثل الأشجار والأعشاب سريعة النمو ، بمخازن تغذية الكتلة الحيوية. كما يمكن أن يساعد استخدام مخزون تغذية الكتلة الحيوية في زيادة الأرباح للصناعة الزراعية.
يسبب حرق المخلفات النباتية أو نفايات الحيوانات تلوث الهواء وينتج الكثير من الرماد كمخلفات. يحرق حرق الروث المغذيات الأساسية مثل النيتروجين والفوسفور. ولذلك ، يكون أكثر فائدة لتحويل الكتلة الحيوية إلى غاز حيوي أو وقود حيوي.
8. الغاز الحيوي:
والغاز الحيوي عبارة عن خليط من الميثان وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين ، وأهم المكونات هي الميثان. يتم إنتاج الغاز الحيوي من خلال التحلل اللاهوائي للنفايات الحيوانية (في بعض الأحيان مخلفات النباتات) في وجود الماء. التدهور اللاهوائي يعني تكسير المادة العضوية عن طريق البكتيريا في غياب الأكسجين.
يعتبر الغاز الحيوي وقودًا غير ملوث ونظيفًا ومنخفض التكلفة ، وهو مفيد جدًا للمناطق الريفية حيث تتوفر الكثير من النفايات الحيوانية والنفايات الزراعية. هناك إمدادات مباشرة من الغاز من المصنع وليس هناك مشكلة في التخزين. الحمأة المتروكة هي سماد غني يحتوي على الكتلة الحيوية البكتيرية مع معظم المواد الغذائية المحفوظة بهذه الصفة.
محطات الغاز الحيوي المستخدمة في بلادنا هي في الأساس من نوعين:
1. ثابت نوع قبة الغاز الحيوي النبات:
يتكون مصنع القبة الثابتة من جهاز هضم مع حامل غاز ثابت غير متحرك ، والذي يوضع على رأس الهضم. عندما يبدأ إنتاج الغاز ، يتم ترحيل الطين إلى خزان التعويض. يزيد ضغط الغاز مع حجم الغاز المخزن وفرق الإرتفاع بين مستوى الطين في الهضم ومستوى الطين في خزان التعويض.
في حين أن الهاضم تحت الأرض محمي من درجات الحرارة المنخفضة في الليل وأثناء المواسم الباردة ، فإن أشعة الشمس والمواسم الحارة تستغرق وقتًا أطول لتسخين الهضم. لا تقلبات الليل / الليل من درجة الحرارة في هضم تؤثر تأثيرا إيجابيا على العمليات البكتريولوجية.
إن بناء مصانع القبة الثابتة يتطلب عمالة كثيفة ، وبالتالي خلق فرص عمل محلية. "من الصعب بناء محطات قبة ثابتة. يجب أن يتم بناؤها فقط حيث يمكن الإشراف على أعمال البناء من قبل فنيي الغاز الحيوي ذوي الخبرة. خلاف ذلك قد لا تكون محطات الغاز ضيقة.
2. محطة الغاز الحيوي العائمة نوع الطبل:
تتكون النباتات الطبلية العائمة من هضم تحت الأرض وحامل غاز متحرك. يطفو حامل الغاز إما مباشرة على ملاط التخمير أو في سترة مياه خاصة به. يتم جمع الغاز في أسطوانة الغاز ، والتي ترتفع أو تنخفض ، وفقا لكمية الغاز المخزنة. يتم منع أسطوانة الغاز من إمالة بواسطة إطار إرشادي. إذا كانت الأسطوانة تطفو في سترة ماء ، فلا يمكن أن تتعثر ، حتى في الركيزة ذات المحتوى الصلب العالي.
في الماضي ، بنيت مصانع الطبل العائمة في الهند. يتكون مصنع الأسطوانة العائمة من جهاز هضم أسطواني الشكل أو قبة وحامل غاز متحرك أو طبل أو أسطوانة. يدور حامل الغاز إما مباشرة في ملاط التخمير أو في سترة مياه منفصلة.
يحتوي الأسطوانة التي يجمعها الغاز الحيوي على إطار دليل داخلي و / أو خارجي يوفر الاستقرار ويحافظ على الأسطوانة في وضع مستقيم. إذا تم إنتاج الغاز الحيوي ، فإن الأسطوانة ترتفع ، إذا تم استهلاك الغاز ، فإن حامل الغاز يتراجع.
أسطوانة الصلب مكلفة نسبيا وصيانة مكثفة. يجب أن يتم إزالة الصدأ والرسم بانتظام. مدة حياة الأسطوانة قصيرة (حتى 15 عامًا ؛ في المناطق الساحلية المدارية حوالي خمس سنوات). إذا تم استخدام ركائز ليفية ، يظهر حامل الغاز ميلاً للحصول على "عالق" في حثالة عائمة الناتجة.
9. الوقود الحيوي:
وعلى عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى ، يمكن تحويل الكتلة الحيوية مباشرة إلى وقود سائل ، يسمى "الوقود الحيوي" ، للمساعدة في تلبية احتياجات وقود النقل. النوعان الأكثر شيوعًا من أنواع الوقود الحيوي المستخدمة اليوم هما الإيثانول والديزل الحيوي.
الإيثانول هو كحول ، كما هو الحال في البيرة والنبيذ (على الرغم من أن الإيثانول المستخدم كوقود يتم تعديله لجعله غير قابل للإنكماش). هو الأكثر شيوعا عن طريق تخمير أي الكتلة الحيوية عالية في الكربوهيدرات من خلال عملية مماثلة لتخمير البيرة.
اليوم ، يتم إنتاج الإيثانول من النشويات والسكريات ، لكن علماء NREL يقومون بتطوير التكنولوجيا للسماح بتصنيعها من السليولوز والهميسيلوز ، وهي المادة الليفية التي تشكل الجزء الأكبر من معظم المواد النباتية.
يمكن أيضًا إنتاج الإيثانول بواسطة عملية تسمى التغويز. تستخدم أنظمة التغويز درجات حرارة عالية وبيئة أكسجين منخفضة لتحويل الكتلة الحيوية إلى غاز تخليقي ، وهو خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. يمكن بعد ذلك تحويل الغاز التخليقي أو "الغاز التخليقي" إلى كيميائي إلى إيثانول وأنواع وقود أخرى.
يستخدم الإيثانول في الغالب كعامل مزج بالبنزين لزيادة الأوكتان وخفض أول أكسيد الكربون وغيره من الانبعاثات المسببة للدخان. تم تصميم بعض المركبات ، التي تسمى مركبات الوقود المرنة ، لتعمل على E85 ، وهو وقود بديل يحتوي على نسبة عالية من الإيثانول مقارنة بالبنزين العادي.
يتم تصنيع وقود الديزل الحيوي من خلال الجمع بين الكحول (عادة الميثانول) مع الزيوت النباتية ، والدهون الحيوانية ، أو شحوم الطبخ المعاد تدويرها. ويمكن استخدامه كمضاف (20٪ عادة) لتقليل انبعاثات المركبات أو في شكلها النقي كوقود بديل قابل للتجديد لمحركات الديزل.
البحث في إنتاج الوقود السائل النقل من الطحالب المجهرية ، أو الطحالب الدقيقة ، هو إعادة الظهور في NREL. تستخدم هذه الكائنات الدقيقة طاقة الشمس لدمج ثاني أكسيد الكربون مع الماء لخلق الكتلة الحيوية بشكل أكثر كفاءة وسرعة من النباتات الأرضية.
إن سلالات الطحالب الغنية بالنفط قادرة على إنتاج المواد الخام لعدد من أنواع وقود النقل - الديزل الحيوي ، والديزل والبنزين "الأخضر" ، ووقود الطائرات - مع تخفيف آثار ثاني أكسيد الكربون المنطلق من مصادر مثل محطات توليد الطاقة.
10. الهيدروجين:
يتم استكشاف الهيدروجين (H 2 ) بقوة كوقود لمركبات الركاب. يمكن استخدامه في خلايا الوقود لتشغيل المحركات الكهربائية أو حرقها في محركات الاحتراق الداخلي (ICEs). إنه وقود صديق للبيئة لديه القدرة على الحد بشكل كبير من اعتمادنا على النفط المستورد ، ولكن يجب التغلب على العديد من التحديات الهامة قبل استخدامه على نطاق واسع.
فوائد وقود الهيدروجين:
1. المنتجة محليا:
يمكن إنتاج الهيدروجين محليًا من عدة مصادر ، مما يقلل اعتمادنا على واردات البترول.
2. صديقة للبيئة:
لا ينتج الهيدروجين أي ملوثات للهواء أو غازات دفيئة عند استخدامه في خلايا الوقود ؛ أنها تنتج أكاسيد النيتروجين فقط (NO X ) عند حرقها في ICEs.
تحديات وقود الهيدروجين:
1. تكلفة الوقود والتوافر:
يعد إنتاج الهيدروجين حاليًا مكلفًا ولا يتوفر إلا في عدد قليل من المواقع ، معظمها في كاليفورنيا.
2. تكلفة السيارة وتوافرها:
إن المركبات التي تعمل بخلايا الوقود في الوقت الحالي باهظة التكلفة للغاية بالنسبة لمعظم المستهلكين ، وهي متاحة فقط لعدد قليل من أساطيل العرض.
3. تخزين الوقود على متن الطائرة:
يحتوي الهيدروجين على طاقة أقل بكثير من البنزين أو الديزل على أساس الحجم ، مما يجعل من الصعب على مركبات الهيدروجين أن تذهب إلى أبعد من مركبات البنزين بين الملء - حوالي 300 ميل. التكنولوجيا تتحسن ، لكن أنظمة تخزين الهيدروجين على متن الطائرة لا تلبي بعد حجم ووزن وأهداف التكلفة للتسويق.
