5 plus importantes ressources en énergie naturelle renouvelable
Les ressources en énergie naturelle renouvelable les plus importantes sont les suivantes: 1. Bioénergie 2. Énergie géothermique 3. Énergie hydroélectrique 4. Système de chauffage solaire actif 5. Énergie éolienne.
1. Bioénergie:
La bioénergie utilise des ressources de biomasse renouvelable pour produire une gamme de produits liés à l’énergie, notamment des combustibles liquides, solides et gazeux, de la chaleur, des produits chimiques et d’autres matériaux. La bioénergie représente environ 3% de la production d’énergie primaire.
Cela provient de la biomasse, c'est-à-dire de toute matière organique d'origine végétale disponible sur une base renouvelable, y compris les cultures et arbres consacrés à l'énergie, les cultures destinées à l'alimentation humaine et animale, les déchets et résidus de cultures agricoles, les déchets et résidus de bois, les plantes aquatiques, les déchets animaux, les déchets municipaux. et autres déchets.
Types de bioénergie et de biocarburants:
Combustibles liquides, y compris l'éthanol, le méthanol, le biodiesel et les combustibles gazeux tels que l'hydrogène et le méthane dérivés des stocks de biomasse. Les biocarburants sont des carburants liquides fabriqués à partir d'esters, d'alcools, d'éthers et d'autres produits chimiques issus de la biomasse. Ce sont des carburants renouvelables qui peuvent être produits dans n’importe quel climat en utilisant des pratiques agricoles déjà développées. Les biocarburants courants comprennent: l'éthanol et le biodiesel. L'éthanol est fabriqué à partir d'amidons ou de sucres, généralement du grain ou du maïs. Le biodiesel est un ester fabriqué à partir de graisses ou d'huiles. L'éthanol cellulosique est l'avenir.
Avantages des biocarburants:
1. Les biocarburants étant renouvelables, ils peuvent être utilisés indéfiniment sans épuiser les réserves de ressources naturelles de la planète.
2. Les biocarburants peuvent être produits en peu de temps (par exemple: une saison de croissance), tandis que les non-renouvelables, comme les combustibles fossiles, prennent 40 millions d'années ou plus pour être produits.
3. Les biocarburants sont neutres en carbone, ce qui signifie que les émissions nettes de C0 2 sont égales aux entrées nettes de C0 2 . Les biocarburants réduisent les émissions nocives dans l'atmosphère. Il est renouvelable et ne contribue pas au réchauffement climatique en raison de
son cycle du carbone fermé.
Le carbone dans le carburant a été initialement éliminé de l'air par les usines, de sorte qu'il n'y a pas d'augmentation nette des niveaux de dioxyde de carbone. Il permet de réduire considérablement les émissions de monoxyde de carbone, d'hydrocarbures non brûlés et de particules des moteurs diesel.
La plupart des tests d’émission ont montré une légère augmentation des oxydes d’azote (NOx) avec le biodiesel. Cette augmentation de NOx peut être éliminée avec un léger ajustement du temps d'injection du moteur tout en maintenant la diminution des particules. Le biodiesel a d'excellentes propriétés lubrifiantes. Lorsqu'il est ajouté au carburant diesel ordinaire en une quantité égale à 1 à 2%, il peut convertir un carburant ayant des propriétés lubrifiantes médiocres, tel que le carburant diesel moderne à très basse teneur en soufre, en un carburant acceptable.
4. Le biodiesel doit être fabriqué à partir de diverses matières premières:
une. Huile de soja, huile de maïs, huile de canola (une variété comestible de gape-graine), huile de coton, huile de moutarde, huile de palme, huile de tournesol, huile de lin, huile de jatropha, etc.
b. Huiles usagées de restaurant telles que les huiles de friture
c. Graisses animales telles que le suif de bœuf ou le saindoux de porc
ré. Graisse piège (de pièges à graisse de restaurant), graisse flottante (de stations de traitement des eaux usées), etc.
5. Les biocarburants renforcent l'économie en:
une. Réduire la dépendance au pétrole étranger (réduisant ainsi le déficit commercial)
b. Encourager la croissance dans le secteur agricole
c. Bio-électricité produite à partir de biomasse. Basé sur la technologie de combustion directe: combustion de la biomasse pour produire de la vapeur dans les chaudières. La vapeur est utilisée pour produire de l'électricité dans les générateurs à turbine à vapeur. La majeure partie de la bioénergie produite provient de déchets de bois. Les futures technologies de bioénergie peuvent inclure la co-combustion, la gazéification (biogaz), la pyrolyse et la digestion anaérobie.
ré. Produits chimiques d'origine biologique et produits industriels, autres que les aliments pour animaux et les denrées alimentaires, dérivés des stocks de biomasse. Exemples: produits chimiques verts, plastiques renouvelables, fibres naturelles et matériaux structurels naturels.
2. Énergie géothermique:
L'évolution des sources d'énergie de remplacement suscitée par les menaces d'épuisement des ressources en énergie traditionnelles, la recherche de l'autosuffisance et la recherche de sources d'énergie de remplacement largement disponibles, polyvalentes, renouvelables et ayant un impact limité sur l'environnement.
L'énergie géothermique est la chaleur énergétique générée par les processus naturels intervenant dans la terre. Les fumerolles, les sources chaudes et les vases de boue sont des phénomènes naturels résultant de l'activité géothermique. Chaleur interne de la terre (produite par la désintégration de matières radioactives naturelles).
Les sites les plus probables se trouvent près des limites des plaques avec des volcans actifs et un flux de chaleur élevé, par exemple, Pacific Rim, Iceland, Mediterranean. Les installations d’exploitation de l’énergie géothermique sont largement utilisées en Italie, aux États-Unis, au Japon, en Nouvelle-Zélande, au Mexique et en URSS.
Utilisation traditionnelle de l’énergie géothermique: Des sources naturelles d’énergie géothermique ont été utilisées pendant des siècles dans les domaines suivants: balnéologie (guérison, hygiène), services domestiques comme la cuisine, la lessive (ex. Native New Zealanders), l’extraction minérale, où l’eau géothermale peut contenir des minéraux utiles, tels que acide borique, soufre, vitriol ou aluminium.
Exploitation de l'énergie géothermique:
Les températures dans la terre varient en fonction de la profondeur, comme indiqué à la Fig. 3.2. Au sein de la Terre, différentes zones présentent des gradients thermiques et donc des potentiels d'utilisation différents. Les gradients thermiques plus élevés correspondent aux zones contenant plus d'énergie géothermique. Les zones géothermiques pouvant être utilisées pour des opérations à grande échelle telles que la production d'électricité nécessitent des gradients thermiques spécifiques.
Les zones possédant ces gradients sont classées comme champs géothermiques et ne sont localisées que dans des zones sélectionnées du globe. Les champs géothermiques sont les zones thermales, où les formations rocheuses perméables sous terre contiennent un fluide de travail sans lequel la zone ne pourrait pas être exploitée à grande échelle.
une. Champ semi-thermique - produit de l'eau jusqu'à 100 ° C à des profondeurs de forage de 1 à 2 km
b. Champ hyper-thermique humide (dominé par l'eau) - produit de l'eau sous pression> 100 ° C
c. Champ hyper-thermique sec (dominé par la vapeur) - produit de la vapeur sèche saturée ou légèrement surchauffée à P> P atm
En exploitant les champs géothermiques, en particulier les champs hyper-thermiques, l’énergie géothermique peut être exploitée à grande échelle. Champs semi-thermiques généralement présents dans les zones présentant des gradients de température anormalement élevés. Champs hyper-thermiques généralement situés aux limites des plaques tectoniques dans les zones sismiques. La chaleur s'échappe du centre à la suite de la décroissance radioactive.
La croûte (environ 30 et 60 km d'épaisseur) nous isole de la chaleur intérieure, noyau interne solide suivi du noyau externe liquide, manteau à l'état semi-fondu et température à la base de la croûte d'environ 1000 ° C, augmentant lentement dans le noyau. Les points chauds sont situés à 2 ou 3 km de la surface.
Les plaques tectoniques sont constamment en mouvement (plusieurs centimètres / an). En cas de collision ou de meulage, cela peut créer des montagnes, des volcans, des geysers et des tremblements de terre. À proximité des jonctions de ces plaques, la chaleur géothermique se déplace-t-elle rapidement de l'intérieur? La répartition des principales réserves d’énergie géothermique est illustrée à la figure 3.3.
1. Les impacts sur l'environnement liés à l'installation de centrales géothermiques sont beaucoup moins importants que les centrales traditionnelles en ce qui concerne les impacts sur les sols, les impacts sur l'air, les impacts sur les eaux de surface et souterraines et les impacts esthétiques, dans les systèmes où les eaux résiduaires géothermiques et la vapeur sont réinjectées. dans le sol.
La gravité des impacts environnementaux dépend du type de ressource thermique développée, de la composition chimique du fluide géothermique, de la composition chimique du roc souterrain, de la géologie, de l'hydrologie et de la topographie de la région, ainsi que de la technologie utilisée pour la production d'énergie et le contrôle de la pollution. La planification de la gestion peut souvent réduire les effets de la pollution grâce à des contrôles des émissions et à une planification appropriée.
3. Energie hydroélectrique:
L'hydroélectricité doit être l'une des méthodes de production d'énergie les plus anciennes. L'énergie hydroélectrique est obtenue à partir d'eau courante. L'énergie dans l'eau peut être exploitée et utilisée sous forme d'énergie motrice ou de différences de température. L'application la plus courante est le barrage, mais il peut être utilisé directement comme force mécanique ou source / puits thermique.
L’énergie hydroélectrique à partir de l’énergie potentielle tirée de l’altitude des eaux fournit maintenant environ 715 000 MWe, soit 19% de l’électricité mondiale, et de grands barrages sont en cours de conception. En dehors de quelques pays abondants, l’énergie hydroélectrique est normalement utilisée pour répondre à la demande de pointe, car elle est très facilement arrêtée et démarrée.
Néanmoins, l’énergie hydroélectrique n’est probablement pas une option majeure pour l’avenir de la production d’énergie dans les pays développés, car la plupart des sites importants de ces pays qui pourraient exploiter la gravité de cette manière sont déjà exploités ou ne sont pas disponibles pour d’autres raisons, telles que la protection de l’environnement. considérations.
L'hydroélectricité à petite échelle ou micro-hydroélectricité est de plus en plus utilisée comme source d'énergie de remplacement, en particulier dans les régions isolées, mais les autres sources d'énergie ne sont pas viables. Des systèmes hydroélectriques à petite échelle peuvent être installés dans de petites rivières ou ruisseaux avec peu ou pas d’effets environnementaux perceptibles sur la migration des poissons, par exemple. La plupart des systèmes hydroélectriques à petite échelle ne font pas appel à un barrage ni à une importante dérivation d’eau, mais utilisent plutôt des roues hydrauliques ayant un faible impact sur l’environnement.
L'eau est nécessaire pour faire fonctionner une unité de production hydroélectrique. Elle est maintenue dans un réservoir ou un lac derrière le barrage et la force de l'eau libérée du réservoir par le barrage fait tourner les pales d'une turbine. La turbine est connectée au générateur qui produit de l’électricité. Après avoir traversé la turbine, l'eau rentre dans la rivière en aval du barrage. (Fig. 3.4).
4. Système de chauffage solaire actif:
Le fluide chauffé par le système de chauffage solaire actif est mis en circulation artificiellement. Assiette plate Une plaque métallique plate pour capteur absorbe l'énergie du soleil. Le fluide entre en contact avec la plaque et circule à l'endroit voulu. La plaque est contenue dans une boîte isolée avec couvercle en verre (le verre est opaque aux re-rayonnements infrarouges mais permet 90% des rayonnements incidents).
Types de collecteurs:
1. Tubes pris en sandwich entre les assiettes
2. Un filet d'eau sur l'assiette
3. Tapis en caoutchouc noir avec tubes et ailettes (piscines à basse température)
4. L'efficacité du capteur = 100% x (énergie utile fournie) / (insolation sur le capteur), le nombre peut aller jusqu'à 60-70%
Facteurs influant sur l'efficacité:
1. Temp. De l'eau - puisque les pertes de conduction dépendent de T, une plus grande T = plus de pertes
2. Pertes de rayonnement - les choses chaudes rayonnent. Les absorbeurs de revêtement aident le film d’oxyde de cuivre - absorbance = 0, 9, émissivité = 0, 15
3. Angle de capteur - dépend de l'utilisation.
Espace de rangement:
Il existe plusieurs types de systèmes de stockage, l’utilisation dépend de l’espace.
Capacité calorifique en volume = quantité d’énergie nécessaire pour augmenter une unité de volume, un degré de température = chaleur spécifique x densité fer 1/8 capacité thermique de l'eau, mais 8 fois plus dense Nous pouvons utiliser de l'eau sous des couches de roche, en particulier pour les systèmes à air. Matériaux à changement de phase - le dégagement de chaleur par fusion peut constituer un stockage plus petit, mais le conserve à une température spécifique. Ex. Sels eutectiques.
Les usages:
1. Chauffage des locaux - radiateurs plinthes. La chaleur du collecteur est pompée dans le réservoir de stockage. Le fluide est ensuite pompé et si nécessaire, de la chaleur supplémentaire est ajoutée avant de passer aux plinthes.
2. Eau chaude - Identique au chauffage, sauf que de l'eau est utilisée (échangeur de chaleur dans le réservoir).
Collecteurs ciblés:
Collecteurs focalisés - un système solaire actif qui utilise des miroirs incurvés pour concentrer la lumière du soleil sur le fluide en fonctionnement. Peut atteindre des températures supérieures à 180 F et allant jusqu'à 1 000 F. L'utilisation principale est dans les générateurs de vapeur (pourquoi auriez-vous besoin de 1 000 F d'eau ou d'air?)
Systèmes de chauffage solaire passif:
Système de chauffage solaire passif - le fluide chauffé n'est pas transmis artificiellement. Des moyens naturels (convection et conduction) sont utilisés pour effectuer tous les transports nécessaires. Gros gain en épargne. Ce type de système utilise le fait que la quantité d'énergie solaire transmise à travers le verre sur 24 périodes est supérieure à la chaleur perdue à travers elles. Tous les types nécessitent une excellente isolation, une collecte solaire et des installations de stockage thermique.
Quatre types communs sont:
une. Gain direct - la lumière directe du soleil chauffe la pièce. Besoin de masse thermique pour stocker la chaleur (béton, roches, etc.). Adobe maisons du sud-ouest
b. Gain indirect - collecter et stocker de l'énergie dans une partie et permettre à la convection naturelle de transférer de l'énergie à d'autres parties. Ex. Mur trombe
c. Serre attachée - un peu comme un gain indirect. Cependant, il offre également une barrière en plein soleil pendant l’été en été. Aussi bon pour la production alimentaire
ré. Thermosiphon - peut être utilisé pour l'eau chaude. Pour le chauffage domestique ou la fenêtre, la flottabilité naturelle est utilisée pour chauffer.
Économie:
Les systèmes actifs sont chers, moins passifs. Il est plus coûteux de réaménager que d’intégrer. En ces temps, sans aucune incitation à le faire (prix de l’énergie bas, pas de dividende solaire) et dans l’économie qu’elle est, personne n’y pense.
La plus grande poussée peut être plus pour des raisons environnementales:
une. Économies possibles - 25% de l'énergie utilisée va au chauffage et à la climatisation
b. Les États du Nord ont davantage besoin d'air chaud en hiver, mais reçoivent moins d'insolation que les États du Sud
c. La plus grande utilisation de South, probablement pour l'eau chaude. L'eau chaude domestique représente 4% de la consommation d'énergie.
ré. Les batteries stockent l’énergie générée et la déchargent au besoin.
e. Le groupe de batteries est composé d’une ou de plusieurs batteries solaires de type à cycle profond.
F. En fonction du courant et des tensions pour certaines applications, les batteries sont câblées en série et / ou en parallèle.
Trois façons de convertir la lumière du soleil en électricité, principalement des éoliennes photovoltaïques et des turbines solaires thermiques (à vapeur).
Principes de la cellule solaire:
Effet photoélectrique - découvert par Heinrich Hertz en 1887. Expliqué par Einstein en 1905. Des électrons sont émis lorsque la lumière frappe les métaux. Le puzzle était que pour certaines couleurs de lumière, aucun électron n'était émis. Explication - La lumière a des caractéristiques d'onde et de particule. Si nous pensons à une particule, alors chaque photon a une énergie de E = hf. Comme le photon est absorbé par le métal, si hf est supérieur à l'énergie de liaison des électrons au métal, les électrons sont alors libérés.
Fabrication de cellules solaires:
La plupart des cellules solaires (PV) sont constituées de deux matériaux semi-conducteurs assemblés. Le silicium est «dopé» avec du phosphore pour créer un cristal semi-conducteur de type n, lequel est relié au silicium «dopé» par du bore (cristal semi-conducteur de type p) pour créer une jonction pn. Cela crée une barrière de potentiel qui "donne une direction" aux électrons libérés, c'est-à-dire que les électrons libérés sont entraînés dans la direction de la chute d'énergie potentielle.
Les jonctions p-n peuvent également être formées à partir de silicium amorphe (pas de structure cristalline). Des liaisons pendantes (manque de structure cristalline) peuvent capturer des électrons libres. Ceux-ci sont peu coûteux à fabriquer et sont efficaces sous une lumière fluorescente.
Des matériaux autres que le silicium peuvent être utilisés pour créer les jonctions pn. Des matériaux tels que l'arséniure de gallium, le tellurure de cadmium et le sulfure de cadmium peuvent être utilisés. Des rendements supérieurs aux cellules PV à base de silicium peuvent être obtenus (une citation dans les livres de 40% est en décalage par rapport à une utilisation à long terme; les meilleurs rendements sont de 20 à 25%).
5. Energie éolienne:
L'énergie éolienne est l'énergie cinétique du vent ou son extraction par les éoliennes. En 2004, l’énergie éolienne est devenue la forme la moins chère de production d’énergie nouvelle, en dessous du coût par kilowatt-heure des centrales au charbon.
L’énergie éolienne croît plus rapidement que toute autre forme de production électrique, soit environ 37%, contre 25% en 2002. À la fin des années 90, le coût de l’énergie éolienne était environ cinq fois plus élevé qu’en 2005. La tendance devrait se poursuivre alors que les grandes turbines de plusieurs mégawatts sont produites en série.
On estime que 1 à 3% de l'énergie solaire est convertie en énergie éolienne. Cela représente environ 50 à 100 fois plus d'énergie que ce qui est converti en biomasse par toutes les plantes de la planète grâce à la photosynthèse. La majeure partie de cette énergie éolienne se trouve à de hautes altitudes, où des vents d'une vitesse continue supérieure à 160 km / h (100 mph) sont courants. Finalement, l'énergie éolienne est convertie par frottement en chaleur diffuse sur toute la surface de la terre et dans l'atmosphère.
Bien que la cinétique exacte du vent soit extrêmement compliquée et relativement mal comprise, les bases de son origine sont relativement simples. La terre n'est pas chauffée uniformément par le soleil. Non seulement les pôles reçoivent moins d'énergie du soleil que l'équateur, mais la terre sèche se réchauffe (et se refroidit) plus rapidement que les mers.
Le chauffage différentiel alimente un système de convection atmosphérique global s'étendant de la surface de la terre à la stratosphère et servant de plafond virtuel. Le changement de saison, le changement de jour et de nuit, l'effet Coriolis, l'albédo irrégulier (réflectivité) de la terre et de l'eau, l'humidité et la friction du vent sur différents terrains font partie des nombreux facteurs qui compliquent l'écoulement du vent sur la surface. .
