Сэргээгдэх эрчим хүч

Чөлөөт нэвтэрхий толь, Википедиагаас
Харайх: Удирдах, Хайлт
Эрчим хүчний үндсэн 3 эх үүсвэр
Дэлхийн сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр, 2006 оны байдлаар[1]

Сэргээгдэх эрчим хүч гэдэг нь ердөө амархан нар салхи юм нар, салхи, бороо, далайн давалгаа, газрын гүний дулаан зэргээс гарган авдаг, тасралтгүй нөхөн сэргээгддэг энергийг хэлнэ.2005- 2006 оны байдлаар Дэлхийн нийт эрчим хүчний 18%-ийг сэргээгдэх эрчим хүчнээс гарган авсан байна. Үүний 13%-ийг уламжлалт түлш болох модноос, 3%-ийг уснаас (Дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний 15%[1]), 1.3%-ийг нарны эрчим хүчнээс (solar hot water - нарны дулаанаар усыг халаан хэрэглэх), үлдэх 0.8% орчмыг нь газрын гүний дулаан, салхи, нар, далайн эрчим хүчийг ашиглан гарган авч байна[1].

Дэлхийн дулаарал, газрын тосны үнийн өсөлт зэрэг нь сүүлийн үед сэргээгдэх эрчим хүчний талаар далайцтай судалгаа явуулах, судалгаанд ихээхэн хөрөнгө оруулах, үйлдвэрлэх, хэрэглэх үндсэн шалтгаан болж байна. Энэ чиглэлд оруулсан хөрөнгө оруулалтын хэмжээ 2005 онд 80 тэрбумаас 2006 онд 100 тэрбум ам.доллар болж нэмэгдсэн байна[2].

Салхины эрчим хүчний ашиглалт жилд 30%-иар нэмэгдэж, түүнээс гарган авч буй эрчим хүч 100 ГВт (GW) боллоо[3]. Салхины эрчим хүчийг Европийн орнууд болон АНУ-д өргөнөөр ашиглаж байна[4]. Нарны эрчим хүчий үйлдвэрлэл 2006 оны байдлаар 2,000 MВт-с давж гарсан[5] ба Герман ба Испанид хамгийн түгээмэл ашиглагддаг нь тодорхой болоод байна байна[6]. Харин нарны дулааны станцыг АНУ ба Испанид өргөнөөр ашиглаж байгаа ба хамгийн том нь АНУ-ын Калифорнийн Можави цөл дэх станц юм. Уг станцын суурилагдсан хүчин чадал нь 354 MВт болно[7]. Дэлхийн хамгийн том газрын гүний дулааны станц нь 750 МВт хүчин чадалтай АНУ-ын Калифорни дахь Гейзер станц юм[8]. Бразил нь чихрийн нишингээс гарган авсан этанолийг хамгийн ихээр хэрэглэж байгаа орон бөгөөд тус орны автобензины 18%-ийг этанол түлш хангадаг байна[9]. АНУ-д уг түлшийг мөн өргөнөөр хэрэглэдэг болно.

Үүнээс гадна алслагдсан жижиг хот суурингуудыг сэргээгдэх эрчим хүчээр хангах төслүүд ихээр хэрэгжиж байна[10]. Кени нь дэлхийд хамгийн ихээр бага оврын сэргээгдэх эрчим хүч хэрэглэдэг орон гэж тооцогддог. Тус улсад нэг жилд 20-100 Вт хүчин чадал бүхий 30,000 орчим нарны цахилгаан эх үүсгүүр зарагддаг байна[11].

Сэргээгдэх эрчим хүчний үндсэн технологиуд[засварлах]

Сэргээгдэх эрчим хүчний гол үүсвэр нь нарны эрчим хүч байна.

Олон улсын эрчим хүчний агентлагийн тодорхойлолтоор:

"Сэргээгдэх эрчим хүч нь байгалийн процессоор үүсэх ба тасралтгүй нөхөгдөнө. Эдгээр нь нарнаас шууд, эсвэл Дэлхийн гүнээс үүсэж болно. Энэ тодорхойлолтонд нар, салхи, далай, ус, биомасс, газрын гүний дулаан, биотүлш, сэргээгдэх эх үүсвэрээс үүдэлтэй устөрөгч зэргээс гарган авсан цахилгаан, болон дулааныг хамааруулан ойлгоно."[12]

гэсэн байна.

Эдгээр эх үүсвэр тус бүр өөрийн шинж чанартай байна.

Салхины эрчим хүч[засварлах]

Гол өгүүлэл: Салхины эрчим хүч


Агаарын урсгалыг салхин турбиныг ажиллуулахад ашиглаж болно. Сүүлийн үед түгээмэл хэрэглэгдэж буй арилжааны турбинууд 1.5–3 MВт хүчин чадалтай байна. Турбины үйлдвэрлэх эрчим хүч нь салхины хурдны куб зэрэгтэй шууд хамааралтай учир салхины хурд ихсэхэд гарган авах эрчим хүчний хэмжээ асар ихээр нэмэгдэнэ[13]. Тийм учраас салхины хурд тогтмол, өндөр байдаг газрууд болох далайн эрэг, өндөр өргөгдсөн уулархаг бүс нутагт салхины эрчим хүчийг ашиглах нь тохиромжтой байна.

Салхины хурд үргэлж тогтмол байдаггүй учир салхин турбины үйлдвэрлэх эрчим хүч нь тухайн турбины суурилагдсан хүчин чадлыг шууд жилийн бүх хоногт үржүүлсэнтэй тэнцдэггүй байна. Жилд дунджаар үйлдвэрлэх эрчим хүчийг "багтаамжийн фактор" (capacity factor) гэж нэрлэнэ. Салхин турбины багтаамжийн фактор нь 20-40% байна[14][15]. Жишээлбэл, 1 мегаватт хүчин чадал бүхий салхин турбины багтаамжийн фактор нь 35% гэвэл, уг турбин жилд 8,760 МВт-цаг биш, зөвхөн 0.35x24x365 = 3,066 MВт-цаг, буюу ойролцоогоор 0.35 МВт эрчим хүч үйлдвэрлэнэ.

Дэлхийн хэмжээнд салхинаас гарган авч болохуйц эрчим хүчний хэмжээ дэлхийн одоогийн эрчим хүчний хэрэгцээнээс 5 дахин, цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээнээс 40 дахин их байна. Гэвч салхины эрчим хүчний станцууд нь асар их хэмжээний талбай шаардана.

Далайн эрэг орчмын салхины хурд нь эх газрынхаас ~90% их байдаг нь уг бүс ихээхэн ирээдүйтэйг харуулна[16]. Салхины хурд мөн өндөр өргөгдсөн уулархаг нутагт их байна[17].

Салхины эрчим хүч нь сэргээгдэх эрчим хүч бөгөөд үйлдэрлэх явцад нүүрстөрөгчийн давхар исэл, метан зэрэг хүлэмжийн хий ялгаруулдаггүй байна.

Усны эрчим хүч[засварлах]

Гол өгүүлэл: Усны эрчим хүч

Давсжилтийн ялгаа, температурын ялгаа зэргээс үүдэлтэй кинетик энергийг уснаас гарган авах боломжтой байна. Ус нь агаараас 800 дахин хүнд байдагийг ашиглан[18][19], далай тэнгисийн зөөлөн урсгалаас маш их хэмжээний энерги гарган авах боломжтой.

Португали дахь далайн давалгааг ашиглан эрчим хүч гарган авах PELAMIS P-750 станц

Усны эрчим хүчний олон төрлүүд байна:

  • Усан цахилгаан станц - томоохон хэмжээний далан ашиглан эрчим хүч гарган авах
  • Микро усан - 100 КВт хүртэлх эрчим хүч гарган авахад зориулсан усан цахилгаан станц.
  • Далангүй усан цахилгаан станц - далан ашиглахгүйгээр гол болон далайн усны кинетик энергийг ашигладаг станц
  • Далайн энерги - далай болон тэнгисээс эрчим хүч гарган авах бүх төрлийн технологийг багтаана. Үүнд:
    • Тэнгисийн урсгалын эрчим хүч - Далайн түлхэлтийн эрчим хүчтэй төстэй. Тэнгисийн урсгалын кинетик энергийг ашиглана.
    • Далайн дулааны энергийг хувиргах - Далайн усны дээд хэсэг нь дулаан, доод хэсэг нь (гүндээ) хүйтэн байна. Энэ дулааны өөрчлөлтийг ашиглан эрчим хүч гарган авна. Энэ технологи нь одоогоор томоохон хэмжээгээр ашиглагдаж эхлээгүй байгаа болно.
    • Далайн түлхэлтийн эрчим хүч - далайн таталт, түлхэлтийн энергийг ашиглан эрчим хүч гарган авна. Үүнд:
    1. Түлхэлтийн босоо урсгалыг ашиглах — далайн түлхэлтээр усан савын усны төвшин нэмэгдэнэ. Турбин усаар дүүргэгдэнэ. Таталтын үед усны төвшин буурч, турбин дахь ус гадагшлан, потенциаль энергийг эрчим хүч болгон хувиргана.
    2. Далайн түлхэлтийн хэвтээ урсгалыг ашиглах — Энэ нь салхин турбинтай төстэй. Далайн ус нь агаараас 800 дахин нягт учир түлхэлтээр үүсэх урсгалын кинетик энерги нь асар их байна. Энэ кинетик энергийг эрчим хүч болгон хувиргана. Хэд хэдэн прототипийн генераторыг одоо туршиж байна.
    • Давалгааны эрчим хүч - далайн давалгааны энергийг эрчим хүчинд хувиргана. Үйлдвэрлэлд нэвтэрч эхэлсэн болно.
  • Далайн усны давсжилтыг ашиглах - далайн давстай ус болон эх газрын цэнгэг усыг ашиглан электродиализ явуулах арга. Энэ арга одоогоор туршилтын шатанд байгаа болно.

Нарны эрчим хүч[засварлах]

Дэлхийн нарны илч тусгалтын хэмжээ буюу нарны эрчим хүч хураагдах боломжтой бүсүүд. (Дэлхийн нийт шаардлагтай эрчим хүчийг зурагт 6 цэгээр тэмдэглэсэн хэмжээний нарны эрчим хүчнээс хураах боломжтой буюу одоогийн нийт дэлхийн цахилгааний хэрэглээ 18 тераватт байна.)
Гол өгүүлэл: Нарны эрчим хүч
Нарны монокристалл хураагуур

Нарны эрчим хүч гэдэг ойлголтод нарны гэрлийн энергийг эрчим хүчинд хувиргах аргууд багтана. Үүнд:

  • Фотоэлементийн хураагуур ашиглан цахилгаан эрчим хүч гарган авах
  • Нарны дулааны энергийг ашиглан цахилгаан эрчим хүч гарган авах
  • Нарны энергээр халсан агаарыг ашиглан турбиныг эргүүлэх замаар цахилгаан эрчим хүч гарган авах (Нарны цамхаг - Solar updraft tower)
  • Нарны эрчим хүч хураах хиймэл дагуулыг ашиглан цахилгаан эрчим хүч гарган авах
  • фотоэлектрохимийн хураагуур ашиглан устөрөгч гарган авах
  • "Нарны яндан" (solar chimney) ашиглан агаарыг халааж хөргөх
  • Нарны далааныг ашиглан барилга, байгууламжийг шууд халаах гэх мэт олон аргууд байна.

Биотүлш[засварлах]

Гол өгүүлэл: Биотүлш

Ургамал нь фотосинтезээр ургаж, биомасс бий болгоно. Биомассыг түлш, эсвэл шингэн түлш болгон хувиргаж болно. Эдгээр биотүлшүүдэд биодизель, этанол зэргийг хамааруулна. Биотүлшийг шатаах замаар түүнд агуулагдах химийн энергийг эрчим хүч болгон хувиргаж болно.

Шингэн биотүлш[засварлах]

АНУ-ын Калифорни дахь бензин түгээгүүр дэх таних тэмдэг

Шингэн биотүлш гэдэгт биоалкоголи буюу этанол, био-тос буюу биодизель, мөн ургамлын тос зэрэг багтана. Биодизелийг орчин үеийн дизель хөдөлгүүр бүхий автомашинд бага зэрэг өөрчлөлт хийн (зарим тохиолдолд өөрчлөлт хийлгүйгээр) хэрэглэж болно. Биодизелийг хүнсний ногоо, амьтны гаралтай өөх, тосноос (липид) гарган авч болно. Биотүлшний давуу тал нь хөдөлгүүрээс гарах хаяагдал - нүүрстөрөгчийн дан исэл болон бусад нүүрсустөрөгч 20-40% бага байна.

Чихрийн нишингэ зэрэг зарим төрлийн ургамлаас гарган авдаг этанол түлшийг дотоод шаталтын хөдөлгүүрт хэрэглэж болно. Сүүлийн үед хэрэглэгдэж байгаа E85 түлш нь 85% этанол, 15% бензинээс бүрдэнэ.

Биотүлш нь сүүлийн үед хүнсний аюулгүй байдал, их хэмжээгээр мод огтлох зэрэгт нөлөөлж байна гэсэн шүүмжлэлд нилээн өртөж байгаа билээ.

Хатуу биомасс[засварлах]

Гол өгүүлэл: Биомасс
Чихрийн нишингийн үлдэгдэлийг биотүлш болгон ашиглана

Хатуу биомассыг ихэнхидээ шууд шатаан хэрэглэнэ. Энэ нь ойролцоогоор 10-20 MЖ/кг дулаан ялгаруулна.

Биомассын төрөлд мод, биохаягдал, ургацын хаягдал зэргийг багтаан ойлгоно. Ихэнх биомасс тодорхой хэмжээний энерги хадгалж байна. Малын баасанд тухайн малын хэрэглэсэн энергийн гуравны хоёр нь хадгалагдан үлдэнэ. Биомассаас энергийг биореактор ашиглан, биохий байдлаар гарган авна.

Биомассыг орчин үеийн дотоод шаталтын хөдөлгүүрт хэрэглэж болохгүй. Шингэн биотүлшүүд илүү зохимжтой болно.

Био хий[засварлах]

Гол өгүүлэл: Био хий

Био хийг хог хаягдал, цаасны үйлдвэрлэл, чихрийн үйлдвэрлэл, амьтны гаралтай хаягдлаас гарган авах боломжтой. Эдгээр хаягдлууд нь бүгд биохий болох метан ялгаруулна. Биохий нь шинж чанарын хувьд байгалийн хийтэй ижил шинжтэй байна. Биохийг, хог хаягдал ялгаж цэвэршүүлэх, механик болон биологийн аргад суурилсан орчин үеийн цэвэрлэх байгууламжийг өөрчлөн тоноглох замаар ялган авч болно. yag monuu

Газрын гүний дулаан[засварлах]

Гол өгүүлэл: Геотермаль энерги
Исланд дахь Несжавеллир геотермаль станц

Геотермаль энерги гэдэг нь Дэлхийн гүнээс ялгарч байгаа энерги юм. Энэ энергийг цуглуулах станц барих нь хэдийгээр өртөг ихтэй боловч, түүний ашиглалтын зардал нь маш бага байна.

Үндсэн гурван төрлийн - хийн (dry steam), усан (flash), хавсарсан (binary) цахилгаан станц байна. Хийн станц нь газрын гүнээс ялгарах хийг (уур) ашиглан турбиныг эргүүлэн цахилгаан эрчим хүч, усан станц нь гүний халуун усыг уур болон ус болгон салгаж, турбиныг эргүүлэн цахилгаан эрчим хүч гарган авна. Хавсарсан станцын хувьд, гүнээс гарч ирэх халуун ус дулаан солилцуураар дамжихдаа органик шингэнийг буцалгана. Уг органик шингэн турбиныг эргүүлэх замаар эрчим хүч гарган авна.

Эдгээр станцууд нь хэрэглэсэн үлдэгдэл геотермаль шингэн, конденсацлагдсан уурыг газрын гүн рүү буцаан шахна.

Исландад 170 MВт эрчим хүчийг газрын гүний дулаанаас гарган авч, 2000 оны байдлаар тус улсын эрчим хүчний 86%-ыг хангаж байсан байна.

Сэргээгдэх эрчим хүчний ашиглалт[засварлах]

Өртөг[засварлах]

Сэргээгдэх эрчим хүч гарган авах зарим технологийг, жишээлбэл геотермаль болон усан цахилгаан станцыг өргөн ашиглаж байгаа ба үнэ өртөгийн хувьд ч боломжийн төвшинд байна. Бусад технологийг одоогоор улам сайжруулах шаардлагатай байгаа болно.

Доорхи хүснэгтээс сэргээгдэх эрчим хүчний технолгийн өртөгийг харж болно. Нүүрс ашиглан эрчим хүч гарган авдаг станцын хувьд 1 КВт нь 4¢ өөрийн өртөгтэй байгаа болно[20]. Их Наймын орнуудын хувьд эрчим хүчний өртөг харьцангуй өндөр буюу ~15¢/kВт байдаг[21] Ойрын ирээдүйн өртөг гэдэг нь ирээдүйд, сэргээгдэх эрчим хүчний технологийн дэвшлийн үр дүнд, мөн их хэмжээгээр эрчим хүч үйлдвэрлэх нөхцөлд нэгж өртөг буурах боломжийг харгалзан үзэж тооцсон өртөг болно[22].

  2001 оны эрчим хүчний өртөг     Ойрын ирээдүйд байж болох өртөг  
Цахилгаан эрчим хүч
Салхи   4–8 ¢/kВт 3–10 ¢/kВт
Нарны эрчим хүч 25–160 ¢/kВт 5–25 ¢/kВт
Нарны дулааны ашиглах 12–34 ¢/kВт 4–20 ¢/kВт
Том хэмжээний усан цахилгаан станц   2–10 ¢/kВт 2–10 ¢/kВт
Бага оврын усан цахилгаан станц   2–12 ¢/kВт 2–10 ¢/kВт
Геотермаль энерги   2–10 ¢/kВт 1–8 ¢/kВт
Биомассын энерги   3–12 ¢/kВт 4–10 ¢/kВт
Нүүрсээс эрчим хүч гарган авах (comparison)   4 ¢/kВт
Дулаан
Газрын гүний дулаан 0.5–5 ¢/kВт 0.5–5 ¢/kВт
Биомасс — дулаан 1–6 ¢/kВт 1–5 ¢/kВт
Нарны дулааныг ашиглах 2–25 ¢/kВт 2–10 ¢/kВт
Өртөгийг 1 кВт-цаг эрчим хүчинд ноогдох 2001 оны АНУ-ын центээр тооцов.
Эх сурвалж: World Energy Assessment, 2004 update[22]

Мөн үзэх[засварлах]

Ишлэл[засварлах]

  1. 1.0 1.1 1.2 Global Status Report 2007 (PDF).
  2. United Nations Environment Programme Global Trends in Sustainable Energy Investment 2007: Analysis of Trends and Issues in the Financing of Renewable Energy and Energy Efficiency in OECD and Developing Countries (PDF), p. 3.
  3. EWEA press release April, 2008 [1] (PDF)
  4. Global wind energy markets continue to boom – 2006 another record year (PDF).
  5. Solar Energy: Scaling Up Manufacturing and Driving Down Costs (PDF), p. 30.
  6. World's largest photovoltaic power plants
  7. Solar Trough Power Plants (PDF).
  8. Calpine Corporation — The Geysers. 2007-05-16-д хандсан.
  9. America and Brazil Intersect on Ethanol
  10. World Energy Assessment (2001). Renewable energy technologies, p. 221.
  11. What Solar Power Needs Now Renewable Energy Access, 13 August 2007.
  12. Renewable energy... into the mainstream p. 9.
  13. EWEA Executive summary Analysis of Wind Energy in the EU-25 (PDF). European Wind Energy Association. 2007-03-11-д хандсан.
  14. How Does A Wind Turbine's Energy Production Differ from Its Power Production?
  15. Wind Power: Capacity Factor, Intermittency, and what happens when the wind doesn’t blow? retrieved 24 January 2008.
  16. "Offshore stations experience mean wind speeds at 80 m that are 90% greater than over land on average. Evaluation of global wind power
    "Overall, the researchers calculated winds at 80 meters [300 feet] traveled over the ocean at approximately 8.6 meters per second and at nearly 4.5 meters per second over land [20 and 10 miles per hour, respectively]." Global Wind Map Shows Best Wind Farm Locations (URL accessed January 30, 2006).
  17. "High-altitude winds could provide a potentially enormous renewable energy source, and scientists like Roberts believe flying windmills could put an end to dependence on fossil fuels. At 15,000 фут (4,600 м), winds are strong and constant. On the ground, wind is often unreliable — the biggest problem for ground-based wind turbines." Windmills in the Sky (URL accessed January 30, 2006).
  18. Richard Shelquist (18 October 2005). Density Altitude Calculator. 2007-09-17-д хандсан.
  19. Water Density Calculator. CSG, Computer Support Group, Inc. and CSGNetwork.Com (Copyright© 1973–2007). 2007-09-17-д хандсан.
  20. Economic Analysis Division of the International Energy Agency (2004). World Energy Outlook 2004 (PDF), Paris: Organisation for Economic Co-operation and Development/International Energy Agency, P.195. Retrieved on 2007-09-17. “Figure 6.3: Indicative Mid-Term Generating Costs of New Power Plants” 
  21. EDF energy, UK, general purpose charging scheme, December 2006.
  22. 22.0 22.1 World Energy Assessment 2004 Update, (energy costs from Table 7). Available for download at its UNDP site.

Гадаад холбоос[засварлах]

Wikimedia Commons has media related to Renewable energy.