2010-07-18

Viitorul probabil (4 - energiile regenerabile)


Viitorul probabil (ep. 4 - energiile regenerabile)

Am aratat in episodul trecut cata energie consumam in prezent. Am vazut ca doar aproximativ 7% este energie regenerabila (hidroelectric, eolian, geotermal, biomasa), iar 6% este energie sustenabila pentru o vreme (nucleara). Restul de peste 85% este energie bazata pe resurse fosile (petrol, gaze, carbune), care au acumulat energia solara in milioane de ani si se vor termina in cateva sute probabil.

Energiile ne-sustenabile

Zacamintele cunoscute de petrol s-ar epuiza in aproximativ 40 ani la rata actuala de consum, gazele si carbunele vor tine un pic mai mult. Resursele fosile nu sunt regenerabile, adica nu se formeaza la rata cu care le consumam si nu sunt sustenabile, intrucat se prevede o scadere drastica a resurselor in orizontul unei vieti de om.

Energiile sustenabile

Energia nucleara este sustenabila momentan intrucat rezerva de energie atomica este destul de mare. Unii cercetatori prevad un varf de extractie in 2035, dar mai exista rezerve de productivitate in utilizarea Uraniului si alternative.

Se pare ca rezerve foarte mari de Uraniu exista in oceane (momentan se extrage din mine terestre). Daca pretul energiei creste un pic va renta refolosirea deseurilor nucleare. Centralele care produc plutoniu nu se folosesc de obicei din ratiuni de proliferare a armelor nucleara dar s-ar putea gasi solutii de control strict. Thoriu este si el un posibil inlocuitor al Uraniului.

Fuziunea controlata a hidrogenului este speranta intr-o energie nucleara ieftina si cu reziduuri mai putin poluante.

Din categoria energiilor sustenabile fac parte si energiile regenerabile, care practic nu se epuizeaza (in orizontul de existenta al Soarelui)


Energiile regenerabile

Energiile regenerabile se bazeaza in principal pe marele reactor de fuziune nucleara care este Soarele. Alte surse de energie care nu se bazeaza pe Soare sunt energia geotermala (se bazeaza pe miezul fierbinte al pamantului, ramas de la crearea sa) si energia mareelor, care se bazeaza pe energia cinetica a Lunii, care prin gravitatia sa genereaza maree. Acolo unde exista ele pot constitui surse complementare de energie, totusi ca ordin de marime energia solara este o sursa mult mai promitatoare.


Soarele

Cantitatea de energie pe care planeta Pamant o primeste de la Soare intr-o ora este mai mare decat energia consumata de umanitate intr-un an - o parte este absorbita insa de catre atmosfera.

Energia care ajunge pe suprafata pamantului intr-un an este mai mare decat toata energia pe care o vom putea genera din toti combustibilii ne-regenerabili de pe Pamant (Petrol, Gaze, Carbune + Uraniu).

Din pacate doar o mica parte din energia solara se poate capta, sa ne gandim doar ca o mare parte este captata de catre oceane, apoi o mare parte se intoarce in spatiu ca si lumina/caldura.

Energia solara care ajunge la suprafata pamantului este estimata la 89 PW (89 * 10 ^ 15 Wati). Cam dublu s-ar putea capta in afara atomosferei, dar apare problema transportului energiei captate.

Suprafata pamantului este de aproximativ 510 * 10^6 km2 adica 510 * 10^12 m2. In medie, pe un metru patrat de pamant ajung de la Soare 89/510 * 10 ^ 3 Wati, adica in medie 0.17 KWati sau 170 Wati (cam doua becuri).

Aratam in episodul trecut ca fiecare pamantean consuma in medie 2.5 KWati, deci fiecare locuitor ar avea nevoie de cel putin 2.5/0.17 = 14.7 metri patrati de panouri solare pentru a-si asigura intreg necesarul de energie. Randamentul este insa mult sub 100% (1-12% la panaouri fotovoltaice, mai mare la producerea de caldura), deci numarul de metri patrati necesari este de vreo 10 ori mai mare, in jur de 150 metri patrati. Recordul de randament la panourile fotovoltaice este de 23% dar probabil sunt inca ne-rentabile ca si cost de productie.

Cantitatea de soare depinde si de localizarea geografica si de anotimp, este mai mare vara sau mai spre ecuator si mult mai mica iarna sau spre pol. Pentru a acoperi necesarul de energie pe o perioada cat mai mare din an fara acumulare, panourile trebuiesc mult supradimensionate. In tarile cu clima rece sezonier (precum Romania) panourile solare se pot dovedi total ineficiente pe perioada rece, ramanand insa o solutie complementara pentru perioada verii.

Ziua la pranz, cantitatea de energie asteptata de la 1 metru patrat de panou solar (1 patrat cu latura de de 1 metru) este de aproximativ 120 wati, (SUA, echinoctiu de primavara/toamna), care poate alimenta un bec clasic de 100 wati plus unul foarte economic. Aceasta energie insa trabuie stocata si distribuita si pentru noapte si iarna.

O metoda ceva mai eficienta de generare a curentului electric pe baza radiatiei solare pare sa fie inca conversia in caldura urmata de un proces similar termocentralei, bazat pe apa incalzita. Un astfel de proiect incearca sa capteze energia solara in vastele terenuri nefolosite din desertul Sahara si sa livreze energie electrica spre Europa. Posibil ca sistemul sa nu renteze la scara mica (locuinta).


Incalzirea

Soarele are un randament mult mai bun la incalzire decat la producerea de curent electric. Problema este ca in perioada care necesita cea mai multa incalzire, energia solara este si cea mai mica. Vara panourile solare se pot folosi cu success pentru incalzirea apei menajere, dar iarna sunt probabil total ne-rentabile. In plus trebuie si curatate periodic de zapada, trebuie folosit un sistem cu antigel pentru a nu ingheta, etc.


Pompele de caldura

Pentru incalzire, o alternativa mai eficienta se poate dovedi folosirea energiei acumulate in pamant. In cea mai mare parte, aceasta caldura provine tot de la Soare, dar are avantajul ca este relativ constanta pe toata durata anului sub o anumita adancime, in jurul a aproximativ 12 grade. Vara poate fi folosita ca o sursa de racoare, iar iarna ca o sursa de caldura.

Desi legea entropiei spune ca energia circula de la cald la rece, asta nu inseamna ca energia nu poate fi transportata de la mai rece (pamant) spre mai cald (camera), folosind o energie suplimentara mai mica decat energia transportata.

Astfel pompele de caldura (un fel de aere conditionate inversate) pot aduce caldura din pamant si produce temperaturi superioare sursei de caldura. Chiar daca pamantul are doar 12 grade, atata timp cat este ceva mai cald decat exteriorul se poate folosi ca sursa de caldura, care "comprimata" poate aduce camera la 25 grade, producand caldura echivalent cu de 3-4 ori energia consumata.

Costul unei pompe de caldura pentru o casa este destul de mare, aproximativ egala cu pretul unei masini. Cea mai mare parte din pret se distribuie la forare si instalatia subterana. Se spune ca s-ar amortiza in sub 10 ani, si mai exista si subventii.

Energia geotermala si a mareelor

Bineinteles ca folosirea energiei geotermale (atunci cand este disponibila) este mult mai eficienta decat a pompelor de caldura. Ramane totusi o alternativa regionala, nu poate constitui o solutie generala la problema energetica.

La fel energia mareelor, este mare in zona ecuatorului si foarte mica in zonele mai departate de ecuator (precum Romania). De forta simpla a valurilor am auzit de mult timp dar nu cunosc implementari de success.

Energia vantului

Prima mea impresie era destul de sceptica legata de energia vantului, dar se pare ca energia latenta este enorma. Practic tot de la Soare vine aceasta energie. Avantajul ei este ca este la fel de disponibila si iarna. In Romania este mai disponibila in zona apropiata Marii Negre si in zonele montane. Am inteles insa ca la costurile actuale randamentul economic si energetic este destul de mic - energia si costul necesare construirii si intretinerii este un procent insemnat din energia generata pe durata de viata. Totusi trebuie luata in seama pe viitor.


Biocombustibili

Energia solara poate fi captata de catre plante prin fotosinteza, iar apoi folosita prin ardere. Desi randamentul nu este foarte mare, costul unor astfel de "panouri solare biologice" este foarte redus, putand fi aplicat si in tari mai putin dezvoltate (Africa ?). Alt avantaj major este ca combustibilul lichid rezultat poate fi usor depozitat/transportat/alimentat, fiind o alternativa buna pentru petrol, spre deosebire de energia electrica care necesita baterii mari/grele/scumpe. Dezavantajul acestei tehnologii este ca aduce defrisari de paduri, reduce spatiul arabil alocat productiei de hrana, scumpeste alimentele.


Concluzie

Exista o multitudine de alternative energetice care folosesc surse de energie regenerabile, majoritatea avand la baza energia solara.

Desi energia solara primita de pamant este mai mult decat suficienta in teorie, in practica captarea si mai ales depozitarea ei comporta probleme majore legate de costuri si randament.

Pentru a-si asigura necesarul energetic, in medie fiecare locuitor al pamantului ar avea nevoie de aproximativ 150 metri patrati de panouri solare. Media este doar o medie, in unele zone necesarul poate fi de 4-10 ori mai mare. Aceasta suprafata se poate dovedi prohibitiva in orase, dar poate fi usor disponibilizata in alte zone ne-locuite. Iarna trebuie gasita o solutie alternativa.

Energia eoliana poate fi o alternativa iarna, dar numai in anumite zone cu vanturi puternice. Pentru a asigura caldura este mult mai eficienta utilizarea caldurii acumulate in pamant in timpul verii.

Biocombustibilul pare momentan singurul care poate concura ca usurinta de folosire cu combustibilii fosili (petrol, gaz). Bateriile electrice sunt inca mari, grele sau necesita materiale rare (vezi Nichel, Cadmiu). Autonomia automobilelor electrice este redusa. Transportul electric are insa avantajul poluarii foarte reduse in orase si poate fi folosit usor in transportul in comun (trenuri electrice, troleibuze)

Deci plan: 1. izolam locuintele, eficientizam consumul, eventual o pompa de caldura sau panou solar cine isi permite sa fie verde fara mare profit. 2. Pretul petrolului si gazului creste, crestem capacitatea nucleara o vreme si productia de biocombustibil. 3. Pretul energiilor alternative devine convenabil, punem panouri pe blocuri macar pentru apa calda vara si ceva electric. Construim plantatii solare si eoliene, urcam apa ziua in lacuri de acumulare de la hidrocentrale si producem noapte energie. 4. Stapanim fuziunea hidrogenului sau facem orase intregi sub panouri solare. Sau in alta ordine, vedem...

Vezi si episodul urmator

"The more I say, the more I know" . Republicarea articolelor este permisa cu citarea autorului

14 comentarii:

Mihvoi spunea...

News: parc eolian in Dobrogea de 272 MW. La o medie de 2.5 KWati/persoana poate furniza energia necesara a 272.000/2.5 =~ 108 mii persoane :

http://www.wall-street.ro/articol/Companii/89468/Enel-investeste-intr-un-parc-eolian-de-272-MW-in-Dobrogea.html

ciprian.olaru spunea...

in romania (mai ales in zona bucuresti) exista o oarece problema cu solutiile astea alternative: nu prea avem nici suficient soare (ca sa nu mai zic de iarna) si nici alte variante pentru eoliene, maree, etc;
cred ca pompele de caldura ar putea avea ceva succes (pamantul e cald in adancime peste tot) si biocombustibilul (desi incepuse in romania destul de sustinut acum cativa ani.. a intampinat ceva probleme de materie prima si se misca mai greu, dar e inca sustinut prin ceva legi care ne obliga sa folosim in motorina un procent minim de biodiesel);

o solutie conexa care ar putea ajuta situatia ar fi legata de modul in care se cultiva plantele care inmagazineaza energia pentru biocombustibil;
am vazut la un moment dat un documentar in care erau aratate niste culturi extinse pe verticala pentru a folosi cat mai mult spatiul disponibil, culturi special pregatite pentru biocombustibil;
ma gandesc ca daca am reusi sa aplicam ceva din asta si pentru plantele pe care le mancam (ferme hidroponice construite pe verticala) putem obtine spatiul necesar sa cultivam si suficienta energie si suficienta mancare;

Mihvoi spunea...

Am inteles ca sub Bucuresti ar exista si ape geotermale, dar posibil sa existe efecte negative la utilizarea lor - sa devina solul mai instabil.

Nu prea imi este clar cum se pot supraetaja culturile, un nivel umbreste pe celalalt iar radiatia solara este tot aceeasi insumat.

Eventual daca plantele au de fapt nevoie de mai putina lumina decat ar primi direct s-ar putea distribui lumina intre etaje.

Anonim spunea...

In bucuresti pompele de caldura nu sunt viabile.
pretul unui astfel de sistem ajunge la 15.000 euro iar caldura rezultata nu poate ajunge la o temp. mai mare de 30 grade. Doar la un sistem de incalzire prin pardoseala, functioneaza astfel incat sa atingi un confort termic uzat in romania - minim 24 grade C.

Mihvoi spunea...

Despre problemele in exploatarea turbinelor eoliene in Danemarca am gasit urmatorul articol foarte detaliat:

http://wilfriedheck.tripod.com/danish.htm

Principala problema este inermitenta energiei, trebuie suplinita rapid de alte surse in "standby" daca vantul este prea mic sau ... prea puternic. Uneori apare supraproductie (noaptea cand este consum mic).

Energia eoliana se injecteaza in sistemul de distributie si este completata la nevoie din alte surse. Ma intreb si cum au rezolvat problema potrivirii de faza a curentului alternativ, nu poti pune "in paralel" mai multi producatori care au sinusoidele defazate.

Anonim spunea...

In Germania statul, cumpara, curentul electric din surse alternative, la pretul pietei +10%. Astfel tu nu folosesti curentul produs de tine, ci il vinzi. Curentul asta este preluat intr-un acumulator comun si reintrodus in retea.

http://www.floornature.com/architettura_sostenibile.php?id=2&sez=21

Extra3OO spunea...

Salut Mihai


Uite: Laser_LLn vs RaduBT (adica eu).

:)

Cheia e la statiile de pompaj, la stocare.

:)

Mihvoi spunea...

Inteleg ca ne apropiem cu pasi mari de fuziunea constrolata a hidrogenului. Ar fi interesant sa avem cate un "soare mic" care sa mearga si noaptea, si teoretic mult mai putin poluant decat fisiunea nucleara. Din fuziune rezulta doar heliu din cate stiu, ramane de vazut daca nu apar si efecte neprevazute.

Inteleg ca fuziunea merge mai bine cu anumiti izotopi ai hidrogenului. Depinde si cat de rari sunt izotopii respectivi pe pamant. O sa fie nevoie ca la centralele pe apa grea de separare a izotopilor respectivi ?

Anonim spunea...

http://www.ecomagazin.ro/le-monde-litoralul-romanesc-noul-el-dorado-pentru-energia-eoliana/

Anonim spunea...

- slabe sperante in urmatorii 30-50 de ani pentru fuziune nucleara controlata eficienta (fuziune nucleara ineficienta a fost obtinuta deja in laboratoare si rezultatele sunt publice -- probabil rezultatele nepublicate sunt mult mai bune). Prin energie eficienta inteleg sa scoti mai mult decat bagi in reactie.
- izotopii necesari fuziunii nucleare a hidrogenului sunt foarte raspanditi in apa de mare, rezervele ar ajunge pentru cateva j'da'milioane de ani ( vezi wikipedia pt cifre exacte )

- energia electrica produsa noaptea de eoliene ar trebui folosita la pomparea apei in lacuri de acumulare ( ai scris asta "invers" in articol ) si apa aia sa dea un plus de putere pe timp de zi cand cererea este mare.

- in spania parca s-a construit o centrala solara care concentreaza lumina intr-un turn, incalzeste un amestec de saruri, sarurile merg intr-un rezervor ( la vre-o 800-900 de grade ) si de acolo incalzesc apa.. iese abur.. misca turbina.. face curent. Solutia este foarte interesanta deoarece poate folosi rezerva de sare calda pentru a produce electricitate in parametri normali si in zilele fara soare, autonomia fiind de cam 2 zile, iar daca ramane si fara sare calda poate trece turbina pe combustibil fosil (gaz natural) de la retea sau stocat. Genul asta de centrala solara are dupa aprerea mea sanse foarte mari de a deveni No1 in momentul in care costurile de constructie vor scadea ( momentan acea centrala de care vorbesc produce curent la preturi "competitive".. dar nu prea ii cred ... ).

Mihvoi spunea...

Se pare ca exista si fuziune controlata care produce mai mult decat consuma: https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2010/NR-10-01-06.html

"Rocket-like compression of the fuel capsule forces the hydrogen nuclei to combine, or fuse, releasing many times more energy than the laser energy that was required to spark the reaction"

Mihvoi spunea...

Se pare ca Romania ar avea potențial pe eolian de 14.000 MW. La o medie de 2.5 KWati/persoana poate furniza toată energia necesară la 14.000.000/2.5 =~ 5.6 milioane persoane.

O parte din energie va rămâne oricum pe petrol, gaze (transport). Cum aproximativ 1/3 din energia utilă este consumată electric (daca am interpretat bine graficul din postul anterion), eorlianul ar putea acoperi necesarul electric pentru 5.6 * 3 = 16.8 milioane locuitori din 23 mil total.


http://www.wall-street.ro/articol/Companii/98295/Cel-mai-mare-producator-de-turbine-eoliene-din-lume-Romania-are-un-potential-de-14-000-MW.html

Mihvoi spunea...

Extragerea hidrogenului din apă sub influența soarelui poate fi o sursă bună de combustibil mai ușor de stocat decât electricitatea. Un aliaj nou descoperit pare să realizeze asta.

Homerillum spunea...

Decat fabrici de animale si monoculturi pe suprafete mari, mai bine ferme taranesti autarhice si biodiversitate.
Descarcati cartea electronica "FERMA AUTARHICA"!
http://ferma-autarhica-editia1.blogspot.de/

Facebook