5 Recursos Energéticos Renováveis ​​Mais Importantes

Alguns dos mais importantes recursos energéticos naturais renováveis ​​são: 1. Bioenergia 2. Energia geotérmica 3. Energia hidroeléctrica 4. Sistema de aquecimento solar activo 5. Energia eólica.

1. Bioenergia:

A bioenergia usa recursos de biomassa renovável para produzir uma série de produtos relacionados à energia, incluindo eletricidade líquida, combustíveis gasosos sólidos, calor, produtos químicos e outros materiais. A bioenergia responde por cerca de três por cento da produção de energia primária.

Isto provém de biomassa, ou seja, qualquer matéria orgânica derivada de plantas disponível numa base renovável, incluindo culturas e árvores dedicadas à energia, alimentos agrícolas e alimentos para animais, resíduos agrícolas e resíduos agrícolas, resíduos e resíduos de madeira, plantas aquáticas, resíduos animais, resíduos municipais. e outros materiais residuais.

Tipos de Bioenergia e Biocombustíveis:

Combustíveis líquidos, incluindo etanol, metanol, biodiesel e combustíveis gasosos, como hidrogênio e metano derivados de estoques de biomassa. Os biocombustíveis são combustíveis líquidos feitos de ésteres, álcoois, éteres e outros produtos químicos de biomassa. São combustíveis renováveis ​​que podem ser produzidos em qualquer clima usando práticas agrícolas já desenvolvidas. Os biocombustíveis comuns incluem: etanol e biodiesel. O etanol é feito de amidos ou açúcares, normalmente grãos ou milho. O biodiesel é um éster feito de gorduras ou óleos. O etanol celulósico é o futuro.

Vantagens dos biocombustíveis:

1. Como os biocombustíveis são renováveis, eles podem ser usados ​​indefinidamente sem esgotar as reservas de recursos naturais da Terra.

2. Os biocombustíveis podem ser produzidos em curtos períodos de tempo (por exemplo: uma estação de crescimento), enquanto os não renováveis, como os combustíveis fósseis, levam 40 milhões de anos ou mais para serem produzidos.

3. Os biocombustíveis são neutros em carbono, o que significa que as saídas líquidas em C0 _{2 são} iguais às entradas líquidas em CO2. Os biocombustíveis reduzem as emissões nocivas na atmosfera. É renovável e não contribui para o aquecimento global devido a
seu ciclo de carbono fechado.

O carbono no combustível foi originalmente removido do ar pelas plantas para que não haja aumento líquido nos níveis de dióxido de carbono. Proporciona reduções substanciais de monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados e emissões de partículas provenientes de motores a diesel.

A maioria dos testes de emissões mostrou que pequenos óxidos de nitrogênio (NOx) aumentam com o biodiesel. Este aumento no NOx pode ser eliminado com um pequeno ajuste no tempo de injeção do motor, mantendo a redução de partículas. O biodiesel tem excelentes propriedades lubrificantes, quando adicionado ao combustível diesel regular em um montante igual a 1-2%, ele pode converter o combustível com propriedades lubrificantes pobres, como o moderno combustível diesel com teor muito baixo de enxofre, em um combustível aceitável.

4. O biodiesel pode ser produzido a partir de uma variedade de matérias-primas:

uma. Óleo de soja, óleo de milho, óleo de canola (óleo comestível), óleo de semente de algodão, óleo de mostarda, óleo de palma, óleo de girassol, óleo de linhaça, óleo de jatrofa, etc.

b. Óleos residuais de restaurante, como óleos de fritura

c. Gorduras animais, como sebo bovino ou banha de porco

d. Prenda a graxa (de armadilhas de graxa de restaurante), graxa de bóia (de estações de tratamento de águas residuais), etc.

5. Os biocombustíveis fortalecem a economia por:

uma. Reduzir a dependência do petróleo estrangeiro (reduzindo assim o déficit comercial)

b. Incentivo ao crescimento no setor agrícola

c. Eletricidade de bio-energia gerada a partir de biomassa. Baseado em tecnologia de combustão direta: queima de biomassa para produzir vapor em caldeiras. O vapor é usado para produzir eletricidade em geradores de turbina a vapor. A maior parte da bioenergia produzida é a partir de resíduos de madeira. As futuras tecnologias de bioenergia podem incluir co-combustão, gaseificação (biogás), pirólise e digestão anaeróbica.

d. Produtos químicos e produtos industriais de base biológica, com excepção dos alimentos para consumo humano e animal, derivados de matérias-primas de biomassa. Exemplos: produtos químicos verdes, plásticos renováveis, fibras naturais e materiais estruturais naturais.

2. Energia Geotérmica:

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, desencadeado por ameaças de esgotamento dos recursos energéticos tradicionais, leva à auto-suficiência e leva a encontrar fontes de energia alternativas amplamente disponíveis, versáteis, renováveis ​​e com impacto limitado no meio ambiente.

Energia Geotérmica é o calor de energia gerado por processos naturais que ocorrem dentro da terra. Fumarolas, fontes termais e vasos de lama são fenômenos naturais que resultam da atividade geotérmica. Calor interno da terra (que é produzido pela decomposição de materiais radioativos naturais).

Os locais mais prováveis ​​estão próximos dos limites das placas com vulcões ativos e alto fluxo de calor, por exemplo, borda do Pacífico, Islândia, Mediterrâneo. As instalações para exploração de energia geotérmica são amplamente utilizadas na Itália, EUA, Japão, Nova Zelândia, México e URSS.

Utilização tradicional da energia geotérmica: Liberações naturais de energia geotérmica têm sido utilizadas há séculos na Balneologia (Cura, Higiene), serviços domésticos como cozinha, lavanderia (ex. Nativos neozelandeses), extração mineral, onde a água geotérmica pode conter minerais úteis como ácido bórico, enxofre, vitríolo ou alumínio.

Aproveitamento da energia geotérmica:

As temperaturas na terra variam com a profundidade, como mostrado na Fig. 3.2. Dentro da Terra, diferentes áreas têm diferentes gradientes térmicos e, portanto, diferentes potenciais de utilização. Gradientes térmicos mais elevados correspondem a áreas que contêm mais energia geotérmica. Áreas geotérmicas que podem ser usadas para operações de grande escala, como geração de energia, exigem gradientes térmicos específicos.

As áreas que possuem esses gradientes são classificadas como campos geotérmicos e estão localizadas apenas em áreas selecionadas do globo. Os campos geotérmicos são as áreas térmicas, onde as formações rochosas permeáveis ​​abaixo do solo contêm um fluido de trabalho sem o qual a área não poderia ser explorada em larga escala.

uma. Campo semi-térmico - produz água até 100 ° C a partir de profundidades de perfuração de 1-2 km

b. Campo hiper-térmico úmido (dominado por água) - produz água pressurizada> 100 ° C

c. Campo hiper-térmico seco (dominado por vapor) - produz vapor seco saturado ou ligeiramente superaquecido em P> P _atm

Ao explorar os campos geotérmicos, especialmente os campos hiper-térmicos, a energia geotérmica pode ser aproveitada em larga escala. Campos semi-térmicos tipicamente encontrados em áreas com gradientes de temperatura anormalmente altos. Campos hipertermais geralmente localizados nos limites das placas tectônicas nas zonas sísmicas. O calor flui para fora do centro como resultado do decaimento radioativo.

A crosta (cerca de 30 e 60 km de espessura), isola-nos do calor interior, um núcleo interno sólido seguido por núcleo externo líquido, com o manto pelo estado semi-fundido e temperatura na base da crosta a cerca de 1000 ° C, aumenta lentamente no núcleo. Os pontos quentes estão localizados a 2 a 3 km da superfície.

As placas tectônicas estão em constante movimento (vários centímetros / ano). Quando colisão ou trituração ocorre, pode criar montanhas, vulcões, geysers e terremotos. Perto das junções destas placas, é onde o calor geotérmico viaja rapidamente do interior? A distribuição das principais reservas de energia geotérmica é mostrada na Fig. 3.3.

1. Impactos ambientais para a instalação de usinas geotérmicas são muito menores do que usinas tradicionais no que diz respeito aos impactos da terra, impactos aéreos, impactos superficiais e subterrâneos e impactos estéticos ainda mais reduzidos em sistemas onde as águas residuais geotérmicas e vapor são reinjetados para dentro do Chao.

Gravidade dos impactos ambientais dependentes de: tipo de recurso térmico desenvolvido, composição química do fluido geotérmico, composição química da rocha subsuperficial, geologia, hidrologia e topografia da área, juntamente com a tecnologia utilizada para produção de energia e controle da poluição. O planejamento gerencial pode reduzir os efeitos da poluição através de controles de emissões e planejamento adequado.

3. Energia Hidrelétrica:

A energia hidrelétrica deve ser um dos métodos mais antigos de produção de energia. A energia hidrelétrica é obtida a partir do fluxo de água. A energia na água pode ser aproveitada e usada, na forma de energia motriz ou diferenças de temperatura. A aplicação mais comum é a barragem, mas ela pode ser usada diretamente como uma força mecânica ou uma fonte térmica / pia.

A energia hidrelétrica de energia potencial da elevação das águas, agora fornece cerca de 715.000 MWe ou 19% da eletricidade mundial e grandes barragens ainda estão sendo projetados. Além de alguns países com abundância, a energia hidrelétrica é normalmente aplicada à demanda de pico, porque é prontamente interrompida e iniciada.

No entanto, a energia hidrelétrica provavelmente não é uma opção importante para o futuro da produção de energia nas nações desenvolvidas porque a maioria das grandes áreas nessas nações com potencial para aproveitar a gravidade dessa forma já está sendo explorada ou está indisponível por outras razões, como a ambiental. considerações.

A energia hidroeléctrica de pequena escala ou micro-hidroeléctrica tem sido cada vez mais utilizada como fontes alternativas de energia, especialmente em áreas remotas, outras fontes de energia não são viáveis. Sistemas de energia hidrelétrica de pequena escala podem ser instalados em pequenos rios ou riachos com pouco ou nenhum efeito ambiental perceptível em coisas como a migração de peixes. A maioria dos sistemas de energia hidrelétrica de pequena escala não usa barragens ou grandes desvios de água, mas usa rodas d'água com pouco impacto ambiental.

A água é necessária para operar uma unidade geradora de energia hidrelétrica. É mantido em um reservatório ou lago atrás da represa e a força da água sendo liberada do reservatório através da barragem gira as pás de uma turbina. A turbina é conectada ao gerador que produz eletricidade. Depois de passar pela turbina, a água entra novamente no rio a jusante da barragem. (Fig. 3.4).

4. Sistema de aquecimento solar ativo:

O fluido aquecido por sistemas de aquecimento solar ativo é circulado artificialmente. Placa de metal plana placa coletor-plana absorve a energia do sol. O fluido entra em contato com a placa e é circulado para o local necessário. A placa está contida em caixa isolada com tampa de vidro (o vidro é opaco à radiação infravermelha, mas permite 90% da radiação incidente).

Tipos de coletores:

1. Tubos imprensados ​​entre placas

2. Goteje a água sobre a placa

3. Tapete de borracha preta com tubos e aletas (piscinas de baixa temperatura)

4. Eficiência do coletor = 100% x (energia útil fornecida) / (insolação no coletor) número pode ser tão alto quanto 60-70%

Fatores que afetam a eficiência:

1. Temp de água - uma vez que as perdas de condução dependem de T, maior T = mais perdas

2. Perdas de radiação - coisas quentes irradiam. Absorventes de revestimento ajudam a película de óxido de cobre - absorbância = 0, 9, emissividade = 0, 15

3. Ângulo do coletor - depende do uso.

Armazenamento:

Vários tipos diferentes de sistemas de armazenamento existem, o uso depende do espaço.

Capacidade calorífica de volume = quantidade de energia necessária para elevar uma unidade de volume de material, um grau de temperatura = calor específico x densidade Ex. ferro 1/8 capacidade de calor da água, mas 8 vezes mais denso Podemos usar água sob camadas rochosas, especialmente para sistemas de ar. Materiais que mudam de fase - calor de liberação de fusão, pode ser menor armazenamento, mas armazena em temperatura específica. Ex. Sais eutticos.

Usos:

1. Aquecimento do espaço - Radiadores de rodapé. O calor do coletor é bombeado para o tanque de armazenamento. O fluido é então bombeado para fora e, se necessário, é adicionado calor adicional antes de passar para os rodapés

2. Água quente - O mesmo que o aquecimento ambiente, exceto que a água é definitivamente usada (trocador de calor no tanque de armazenamento).

Colecionadores Focados:

Coletores Focalizados - um sistema solar ativo que usa espelhos curvos para concentrar a luz solar no fluido de trabalho. Pode atingir temperaturas superiores a 180ºF e superiores a 1000ºF. O uso principal é em geradores de vapor (por que você precisaria de 1000 F de água ou ar?)

Sistemas de Aquecimento Solar Passivo:

Sistema de aquecimento solar passivo - o fluido aquecido não é transmitido artificialmente. Meios naturais (convecção e condução) são usados ​​para fazer todo o transporte necessário. Grande ganho em poupança. Este tipo de sistema usa o fato de que a quantidade de energia solar transmitida através do vidro ao longo de 24 períodos é maior que o calor perdido através deles. Todos os tipos precisam de excelente isolamento, coleta solar e instalações de armazenamento térmico.

Quatro tipos comuns são:

uma. Ganho direto - a luz direta do sol aquece a sala. Precisa de massa térmica para armazenar calor (concreto, pedras, etc). Casas de adobe do sudoeste

b. Ganho indireto - colete e armazene energia em uma parte e permita que a convecção natural transfira energia para outras partes. Ex. Parede Trombe

c. Estufa anexada - muito parecido com ganho indireto. Contudo também fornece a barreira durante o verão da luz solar direta em alojamentos vivos. Também é bom para produção de alimentos

d. Termossifão - pode ser usado para água quente. Para aquecimento doméstico ou unidade de janela usa flutuabilidade natural para aquecer.

Economia:

Os sistemas ativos são caros, passivos, menos. Mais caro para retro-ajustar do que para construir dentro Nestes tempos, sem incentivo para fazê-lo (preços baixos de energia, sem dividendo solar) e economia como é, ninguém pensa nisso.

O maior empurrão pode ser mais devido a razões ambientais:

uma. Possível economia - 25% do uso de energia vai para aquecimento e resfriamento

b. Os estados do norte têm uma necessidade maior de ar quente no inverno, mas recebem menos insolação do que os estados do sul

c. O maior uso do sul provavelmente para a água quente. A água quente sanitária representa 4% do consumo de energia.

d. As baterias armazenam a energia gerada e descarregam a energia conforme necessário.

e. O banco de baterias é composto por uma ou mais baterias solares de ciclo profundo.

f. Dependendo da corrente e das voltagens para determinadas aplicações, as baterias são ligadas em série e / ou em paralelo.

Três maneiras de converter a luz solar em eletricidade, principalmente turbinas eólicas fotovoltaicas e térmicas solares (vapor).

Princípios das células solares:

Efeito fotoelétrico - descoberto por Heinrich Hertz em 1887. Explicado por Einstein em 1905. Elétrons são emitidos quando a luz atinge metais. Quebra-cabeça era que, para certas cores de luz, nenhum elétron era emitido. Explicação - A luz possui características de onda e partícula. Se pensarmos em partícula, então cada fóton tem energia de E = hf. Como o fóton é absorvido pelo metal, se hf é maior que a energia de ligação dos elétrons ao metal, os elétrons são liberados.

Fabricação de células solares:

A maioria das células solares (PV) consiste em dois materiais semicondutores unidos. O silício é “dopado” com fósforo para criar um cristal semicondutor do tipo n, que é unido ao silício “dopado” com o boro (cristal semicondutor tipo p) para criar uma junção pn. Isso cria uma barreira potencial que “dá direção” aos elétrons liberados, ou seja, os elétrons liberados são conduzidos na direção da queda de energia potencial.

As junções p-n também podem ser formadas a partir de silício amorfo (sem estrutura cristalina). Ligações pendentes (falta de estrutura cristalina) podem capturar elétrons livres. Estes são baratos de fabricar e são eficientes sob luz fluorescente.

Outros materiais além do silício podem ser usados ​​para criar as junções pn. Materiais como arsenieto de gálio, telureto de cádmio e sulfeto de cádmio podem ser usados. Eficiências maiores do que as células fotovoltaicas baseadas em silício podem ser alcançadas (as cotações dos livros de 40% estão fora de sintonia com o uso a longo prazo; as melhores eficiências são de cerca de 20-25%).

5. Energia Eólica:

A energia eólica é a energia cinética do vento, ou a extração dessa energia por turbinas eólicas. Em 2004, a energia eólica tornou-se a forma menos onerosa de nova geração de energia, caindo abaixo do custo por quilowatt-hora das usinas a carvão.

A energia eólica está crescendo mais rapidamente do que qualquer outra forma de geração elétrica, em cerca de 37%, acima dos 25% de 2002. No final da década de 1990, o custo da energia eólica era cerca de cinco vezes maior do que em 2005 e Espera-se que a tendência continue, à medida que turbinas maiores de megawatts são produzidas em massa.

Estima-se que 1 a 3% da energia do Sol seja convertida em energia eólica. Isto é cerca de 50 a 100 vezes mais energia do que o que é convertido em biomassa por todas as plantas na terra através da fotossíntese. A maior parte desta energia eólica pode ser encontrada em altas altitudes, onde velocidades contínuas de vento de mais de 160 km / h (100 mph) são comuns. Eventualmente, a energia eólica é convertida através de fricção em calor difuso por toda a superfície e atmosfera da Terra.

Enquanto a cinética exata do vento é extremamente complicada e relativamente pouco compreendida, os fundamentos de suas origens são relativamente simples. A terra não é aquecida uniformemente pelo sol. Não apenas os pólos recebem menos energia do sol do que o equador, mas a terra seca aquece (e esfria) mais rapidamente do que os mares.

O aquecimento diferencial alimenta um sistema de convecção atmosférica global, que vai da superfície da Terra até a estratosfera, atua como um teto virtual. A mudança das estações, a mudança do dia e da noite, o efeito de Coriolis, o albedo irregular (refletividade) da terra e da água, a umidade e a fricção do vento sobre diferentes terrenos são alguns dos muitos fatores que complicam o fluxo de vento sobre a superfície. .