Енергія від вітру і хвиль не безмежна

Природний ліміт відновлюваної енергії в 1000 тераватт?

Установка сонячної енергії в пустелі © Гері Кодей / DOE / NREL
читати вголос

Вперше фізики застосували термодинаміку для дослідження природних меж поновлюваних джерел енергії та можливих наслідків зміни клімату на їх використання. Аналізи припускають, що енергія від вітру та хвиль може бути обмежена. З іншого боку, перетворення енергії, що базується на сонячній енергії, може довгостроково та сприятливо сприймати клімат, що збільшує потребу людини на Землі, згідно з дослідженням, опублікованим у "Динаміці систем Землі".

{1л}

Постачання енергії є однією з найбільших проблем майбутнього нашої цивілізації, хоча сприятлива для клімату ядерна енергія підтверджує залишковий ризик для її безпеки, спалювання викопних палив неминуче сприяє зміні клімату. Альтернативні енергії з природних джерел, таких як сонячна, вітряна та хвильова енергія, з іншого боку, мають низький ризик і вважаються відновлюваними та сприятливими для клімату. Обидва аспекти, відновлення та сумісність клімату зараз детально вивчені дослідниками Інституту біогеохімії Макса Планка в Єні під термодинамічним видом всієї системи Землі.

"Безкоштовна енергія" має вирішальне значення для використання

Аксель Клейдон, керівник незалежної дослідницької групи Макса Планка "Біосферна теорія та моделювання", покладається на прийняті закони термодинаміки, усталену фізичну теорію для розмежування теплової енергії та так званої вільної енергії. "Тільки вільна енергія має відношення до використання відновлюваної енергії ", - говорить Клейдон. Це стосується тієї частини енергетичної форми, яку можна використовувати для фізичної роботи, наприклад, для підняття або прискорення маси, а також для виробництва енергії для людства.

Природні межі отримання вільної енергії з природних джерел на Землі поки що приділяли мало уваги і були сильно занедбані в сучасних дослідженнях зміни клімату та відновлюваних джерел енергії. Клейдон та його група підрахували, що здатність Землі виробляти різні форми вільної енергії обмежена приблизно 1000 терават (1 тераватт дорівнює 10-12 ватт). дисплей

"Лише приблизно 0, 6 відсотка від величезної кількості енергії близько 160 000 терават валу сонячної енергії, яка досягає Землі як радіація, тому можна використовувати як вільну енергію", - говорить Клейдон про низьку ефективність перетворення сонячної радіації у вільну енергію. В даний час люди споживають лише максимум 50 терават вільної енергії.

Енергія вітру та хвиль обмежена

Цей термодинамічний погляд на використання відновлюваної енергії також передбачає, що різні види відновлюваної енергії обмежені в різному ступені. Хвилі в

По суті створюється вітром; Вітер створюється опосередковано градієнтами тепла і, в кінцевому рахунку, сонячною енергією. Через погану конверсію енергії сонячної енергії та її залежність від кліматичної системи, вітер та хвилі відновлюваних джерел енергії можуть вироблятися лише в обмеженій мірі.

Значно збільшене споживання цих форм енергії, на прикладі розрахунку, у 1000 разів збільшення існуючих на сьогодні заводів, не могло бути заповнене, і, як наслідок, навіть призведе до повернення кліматичної системи землі. Споживання обмеженої енергії вітру та хвиль потім додатково зменшить регенерацію цих форм енергії через кліматичну систему.

Енергія Сонця більш ніж рясна

Це виглядає набагато краще при використанні сонячної енергії. Фотосинтез рослин або навіть сонячні електростанції можуть використовувати сонячне світло безпосередньо для отримання вільної енергії. З іншого боку, якщо сонячні промені потрапляють на землю безперешкодно і просто нагрівають землю, то вільна енергія сонячної енергії здебільшого витрачається даремно.

"Таким чином фотосинтез і сонячні клітини збільшують виробництво вільної енергії в системі Землі", - пояснює Клейдон. Важливе значення тут: лише близько п’яти відсотків корисної енергії, оскільки сонячна енергія, яка споживається вільною енергією, зараз споживається людиною, тому існує ще багато можливостей використовувати більше цього джерела енергії. (Динаміка систем Землі, 2011; doi: 10.5194 / esd-2-1-2011)

(Інститут біогеохімії Макса Планка, 26.04.2011 - НВО)