« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הקדמה: למה רוח פאוור טביעת רגל

כוח הרוח הפך אבן הפינה של המעבר הגלובלי לאנרגיה מתחדשת.כממשלות, תאגידים וקהילות להגדיר מטרות של פחמן שאפתני, הבנה מעמיקה של עלויות סביבתיות הקשורות לאנרגיה רוח הוא חיוני. טביעת הרגל פחמן של מערכת כוח רוח מקיפה את כל גזי החממה (GHG) פליטות שפורסמו במהלך מחזור החיים שלה - ממיצוי חומרי גלם באמצעות ייצור, תחבורה, תפעול, תחזוקה, ובסופו של דבר פירוק.

לסטודנטים ואנשי מקצוע במחקרי אנרגיה, הערכת מחזור חיים (LCA) מספקת מסגרת קפדנית למדידת ההשפעות הללו. מאמר זה מציע מבט מורחב, סמכותי על טביעת הרגל של מערכות כוח הרוח, הדגשת מקורות מרכזיים של פליטות, הפחתות האחרונות, ואת הנתיב לעבר אפילו עוצמת פחמן נמוכה יותר.עד הסוף, הקוראים יבינו מדוע אנרגיית הרוח נותרה אחת ממקורות החשמל הנמוך ביותר הזמינים כיום, למרות עלויות התעשייה.

Defining Carbon Footprint in the Wind Energy Context

המונח "טביעת פחמן" מתייחס לכמות הכוללת של פחמן דו חמצני (CO2) וגזי חממה אחרים (methane, nitrous oxide, וגזים פלואורין) הנפלטים על כל מחזור החיים של טורבינת רוח, המובא ב- CO2 מקבילות (CO2e) מדד זה כולל פליטות ישירות (למשל, מדלק נשרף במהלך הבנייה) ופליטות (למשל 140, צריכת חשמל סטנדרטיים).

מדד קריטי הנגזר מ- LCA הוא ה-FLT:0emission אינטנסיביות FLT:1, נמדד בגרם של CO2e per קילוואט-שעה (למשל CO2e/kWh) של חשמל שנוצר.עבור כוח רוח, קצב פליטת מחזור חיים בטווח של 10 עד g2e / kWh. זה הרבה מתחת ל- 1000-800 g2e / Wk של פליטות טבעי אלה הוא בדרך כלל טווח של אנרגיה אופייני של פליטות פחמן.

שלב 1: Raw Materials Extraction and Processing

פלדה וקונסטר עבור מגדלים וקרנות

מגדלי טורבינות הרוח בנויים בעיקר פלדה.הייצור של פלדה כרוך כריית ברזל כרייה, פחם, אבן גיר, ואחריו הפחתה באנרגיה בזעם פיצוץ או קשתות קשת חשמליות.גלובלי, פלדה חשבונות ייצור של בערך 7% של פחמן CO2 אנתרוגני. aone-scale-scale-granelol (למשל, 2-31,000 מגהוואט) דורש בערך 200 טון של פחמן חד-חמצני אחד בלבד.

עם זאת, מילימטרי פלדה מודרניים משתמשים יותר ויותר מתכת מפלט ממוחזר ואנרגיה מתחדשת, הפחתת פחמן מגולם של פלדה עד 60% בהשוואה לשיטות מסורתיות. בדומה לכך, חומרים מטבוליים משלימים (כמו זבוב אפר או ג'ט) יכולים להוריד את עוצמת הפחמן הבטון של ממש.

חומרים מתאימים ל-Beldes

להבים טורבינות הרוח מיוצרים בדרך כלל מפוליסטרים או epoxy, ויותר מ סיבי פחמן מורכבים עבור להבים ארוכים יותר.הייצור של סיבי זכוכית ו epoxy resins הוא מבוסס פטרוכימי מבוסס ו אנרגיה-intensive.ייצור להב חד 50 מטר אחד יכול פולט כ 15-20 טון של סיבים פחמן, בעוד שיש לו יותר חזק, אפילו יותר חומרים גמישים, 000 פחמן, עדיין גבוה יותר, אבל פחמן, עדיין גבוה יותר, 000.

גנרטור, Gearbox ואלקטרוניקה

התא בתים הגנרטור, תיבת הילוכים (עבור טורבינות ממוצבות), חשמל אלקטרוניקה, והופכים.מרכיבים אלה דורשים נחושת, אלומיניום, אלמנטים נדירים אדמה (neodymium, dysprosium), וסיליקון. Mining ו refining חומרים אלה לייצר פליטות גזי חממה משמעותית, במיוחד עבור אדמה נדירה, אשר לעתים קרובות כרוך עיבוד אנרגיה ופסולת מסוכנת.

שלב 2: ייצור ואסיפה

לאחר עיבוד חומרי גלם, הם נעים למפעלים לייצור רכיבים. Towers מגולגלים ונרשמים, להבים הם יצולים וחוספסים, ו nacelles מקובצים.צעדי הייצור האלה צורכים כמויות גדולות של חשמל וחום.לדוגמה, ריפוי תנורים עבור חומרים מורכבים פועלים בטמפרטורות גבוהות עבור שעות.

אופטימיזציה לאוטומציה ותהליך הם צמצום בהתמדה של צריכת האנרגיה לכל טורבינות.יש יצרנים שמאמינים כעת להשיג ייצור פחמן-ניטרלי עד 2030, באמצעות אנרגיה מתחדשת ופסולת פחמן.התחייבויות הללו חשובות כי טביעת הרגל הייצור נעולה לפני טורבינת הטורבינה מייצרת את שעות הקילווואט הראשונות שלה.

שלב 3: תחבורה ומתקן

לוגיסטיקה

תחבורה של רכיבי טורבינות רוח מסיבית ממפעלים ועד אתרי פרויקטים היא אתגר לוגיסטי. Blades, חלקי המגדל, ו nacelles מועברים על ידי משאית, רכבת וים, לעתים קרובות מעל אלפי קילומטרים.עבור פרויקטים ברוח החוף, תחבורה משאית היא מצב העיקרי, צריכת דלק דיזל פולט CO2, NOx, ו חלקיקים.

פליטות תחבורה משתנות במידה רבה בהתאם למרחק, למצב ולגודל של טורבינות טיפוסית על החוף, חשבונות תחבורה עבור 5-10% מכלל פליטות מחזור החיים.אופטימיזציה של רשתות אספקה, באמצעות ייצור מקומי, והפעלה של רכבת או ברג' שבו ניתן לחתוך את הנתונים האלה.המגמה לעבר טורבינות גדולות יותר (עד 15MW Offshore) מקטין את מספר היחידות הדרושות לפרויקט, אשר גם מורידים פליטות למגה.

התקנה ובניה

הכנת האתר, לשפוך בסיס, פעילות ערנית, ו- נוסחת טורבינות כרוכה במכונות כבדות הפועלות על דיזל.עבור פרויקטים בחו"ל, ערימה נהיגה ושקע כבל מוסיפים פליטות נוספות. בעוד פעילויות אלה בדרך כלל מייצגות נתח קטן (5-15%) של טביעת רגל פחמן הכוללת, הם מרוכזים בתקופה קצרה.שימוש בציוד בנייה חשמלי (שם זמין) ו דיזל מתחדש יכול להקטין את פליטות אלה.

שלב 4: פעולה ותחזוקה

מינימום תפעול

לאחר תפעולי, טורבינות רוח לייצר חשמל ללא בעירה ישירה. טביעת הרגל התפעולית מונעת כמעט לחלוטין מפעילות תחזוקה, כולל בדיקות מתוכננות, שינויי שמן סיכה, החלפת חלקים שחוקים (להבים, ארגזי הילוכים, גנרטורים), וכלי רכב שירות לנסוע.עבור חוות רוח על החוף, פעילויות אלה פולטות בין 2 ל-8 גרם CO2 /kWh, בעוד שיבשה יכולה להיות מעט גבוה יותר בגלל צריכת דלק.

פליטות תפעוליות מוחלטות נמוכות מכיוון שהאנרגיה הנביעה מעל תוחלת החיים של 20-30 שנה של טורבינה היא עצומה. A טיפוסי 3MW על טורבינות החוף יכול לייצר כ-6-10 מיליון קילוואט בשנה, כלומר גם עם פליטות תחזוקה צנועות, העוצמתיות נותרה גבוהה מתחת ל-10 גרם CO2e/kWh. שיפורים טכנולוגיים כמו ניטור מרחוק, תחזוקה בתנאי תנאי, ורכיבים נוספים עוד יותר להפחית את פליטות התפעוליות.

חיזוק והתרחבות חיים

טורבינות רוח רבות מופעלות מחדש - הצבת טורבינות ישנות יותר, קטנות יותר עם פחות, גדולות יותר ויעילות יותר - לאחר 15-20 שנים. חיזוק יש עלות פחמן מייצור חדש ומתקנים אבל יכול להגדיל דרמטית את ייצור האנרגיה, להפחית את עוצמת פליטה הכוללת על פני החיים החדשים של הפרויקט. לחלופין, להאריך את חיי טורבינות קיימות עם תיבת הילוכים ושדרוגים למנוע את ייצור של טורבינות חדשות ובכך להפחית את החיים.

שלב 5: קבלת החלטות ומחזור

תהליכי סוף החיים

בסוף חיי העיצוב של טורבינה, פירוק המבנה, הסרת היסודות, ושיקום האתר.פעילויות אלה הן בדרך כלל פחות פליטה-מחדשת מאשר ההתקנה כי אותם קביים וציוד משמשים אך הפוך, הערכות מצביעות על פירוק חשבונות עבור 2–5% מכלל פליטות מחזור החיים.

האתגר הסביבתי הגדול הוא ניהול פסולת. Steel (למכורים, ריב) כמעט לחלוטין, עם מחזור של מעל 90%. Copper ואלומיניום מ קלינג וגנרטורים הם גם מאוד מיחזור.הרכיב הבעייתי הוא להבים, אשר עשויים מחומרים מורכבים שקשה להפריד ולחזור באופן היסטורי, רוב הלהבים המוכחים בסופו של דבר ביצרניות של מחסנים, כמו גם סוללות מטבוליות, כמו גם מחסניות מכניות, כמו מחסניות, עם זאת, כמו גם מחסנים, כמו גם מחסנים, כמו גם מחסנים מכניות, כמו מחסנים, כמו גם מחסנים, עם זאת, עם זאת, כמו מחסנים מכניות מחסנים, כמו מחסנים, כמו מחסנים, כמו גם מחסנים, עם זאת, עם מחסנים, עם מחסנים, עם זאת, עם מחסנים מכניים, עם מחסנים מכניים, עם מחסנים, כמו מחסנים מכניים, עם מחסנים, כמו גם מחסנים מחדש של כמה טכנולוגיות ממריצים.

הזדמנויות כלכלה מעגלית

שיפור מחזוריות הוא מפתח לצמצום טביעת הרגל של אנרגיית הפחמן של אנרגיית הרוח.אם להבים ניתן למחזר להבים חדשים או מוצרים אחרים (למשל, חומרי בנייה), העלות של ייצור להב מראש של ייצור להב התאושש חלקית.עיצובים עתידיים טורבינות עתידיים עשויים להשתמש בתרמופלסטיקה מיחזור או מרכבות עץ, צמצום דרסטי של פליטות רוח חיים.

ניתוח השוואתי: Wind vs. Other Energy מקורות

טביעת רגל הפחמן של אנרגיית הרוח לפרספקטיבה דורשת השוואה עם טכנולוגיות הדור השני.על פי לוח הבין-ממשלתי על שינויי אקלים (IPCC) דו"ח מיוחד על מקורות אנרגיה מתחדשת, פליטות מחזור חיים מדיה הן:

• שם הסרטון: [[1924]]]]
• שם הסרטון: Wind Off:012–19 g CO2e/kWirhFLT
• PV (utility): 041–48 גרם CO2e /kWhirph 1
• ◄ [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• גז טבעי (מחזור משולב): 010–550 גרם CO2e/kWhveFLT:1
• (בלטינית: FLT:0750-1,000 גרם CO2e /kWhirFLT)

אנרגיית הרוח היא בין המקורות הנמוכים ביותר פחמן, ביחס לאנרגיה גרעינית וטובה משמעותית מ- PV הסולארית בעיקר בשל הבדלים בייצור.לא ספק, פליטות הרוח יורדות לאורך זמן ככל שיעילות טורבינות משתפרת, ייצור מפחמן, ושיעורי מחזור עולים.לעומת זאת, פליטות דלק מאובנים אינן חדירות לבעירה ולא ניתן להפחית ללא לכידת פחמן - טכנולוגיה שעדיין יקרה ובלתי מוכחת בקנה מידה.

יתר על כן, זמן ההחזר על האנרגיה של 0FLT1 עבור טורבינות רוח - הזמן הדרוש כדי לייצר את האנרגיה בשימוש בייצור - הוא בדרך כלל 3-8 חודשים עבור על החוף ו 6-12 חודשים עבור offshore. מעל תוחלת חיים של 25 שנים, טורבינת רוח מייצרת 30-100 פעמים האנרגיה הנצרכים במחזור החיים שלה, יחס הרבה יותר טוב מכל מקור דלק מאובנים.

שינויים אזוריים ו Grid Decarbonization

טביעת הרגל של כוח הרוח משתנה באופן משמעותי על ידי האזור. A טורבינות המיוצר במדינה עם רשת חשמל כבד פחם (למשל, סין, פולין) תהיה פליטות מוטבעות יותר מאשר אחד שנבנה במדינה המופעלת על ידי הידרו או גרעין (למשל, שוודיה, צרפת), כמו גם, התקנת באמצעות עגילים דיזל באזורים מרוחקים מוסיפה פליטות יותר מאשר באמצעות חיבורי רשת חשמלית שבו יש צורך רוח עמוק במים, ברזל מוגברת, פחמן.

עם זאת, כאשר דור החשמל העולמי הופך ירוק יותר, פליטות עקיפות של טורבינות רוח הייצור יקטן.זה יוצר מחזור רוטט: אנרגיית רוח מתפזרת דלקים מאובנים, אשר מפחיתה את עוצמת הפחמן של הרשת, אשר בתורו מוריד את עלות הפחמן של ייצור טורבינות חדשות.זה לולאה משוב חיובי כבר ספוג באזורים עם חדירה גבוהה.

מגמות וחדשנות עתידיים

טורבינס גדול יותר

המגמה לכיוון טורבינות גדולות יותר (כיום 12-15 מ"מ בחו"ל) מפחיתה את מספר היסודות והכבלים למגוואט, הורדת טביעת הרגל פחמן ל- קילדס מעל 100 מטרים אורך מפותחים, הדורשים מעוקבים מתקדמים וטכניקות ייצור אך השגת גורמים קיבולת גבוהה יותר.

דלת פחמימות ו- Concrete

פלדה ירוקה (התקבלה עם מימן או חשמל מתחדשים) ו בטון פחמן-פחמן נכנס לשוק.שימוש בחומרים אלה למגדלים וקרנות יכול להפחית את פליטות הייצור ב-50–80% בתוך עשור. כמה יצרני טורבינות כבר התקנת אבטיפוס עם מגדלי פחמן נמוכים.

Blade Recycling Break Throughs

כמה חברות מציעות כעת החזר להב מסחרי בסוף החיים, כך למשל, חברת התקליטים של סימנס Gamesa משתמשת ב-RecyclableBlade שיכול להיות מופרד מהסיבים בסוף החיים, ומאפשרת לשני החומרים להיות בשימוש מחדש. , ויצרנים אחרים פיתחו תהליכי מחזור כימי ששברו epoxy לתוך חומרים באיכות בתולה.

דיגיטליזציה ו-AI

תאומים דיגיטליים, חיישני IoT ותחזוקה חיזוי המונעת על ידי AI להפחית את פליטות התפעוליות על ידי אופטימיזציה של גילוח, שליטה על הלהב, ואת לוח הזמנים של השירות. Drones ורובוטים אוטונומיים עבור קיצוץ בהורדת השימוש במסוקים ובדלק רכב.

מסקנה

תוך הסתמכות על טביעת הרגל של מערכות כוח הרוח מגלה כי בעוד שלב הייצור הוא אנרגיה-רגיש ולתרום את רוב פליטות מחזור החיים, עוצמת הפחמן הכוללת נותרה נמוכה להפליא - בין 10 ל-20 גרם CO2e/kWh. זהו סדר גודל נמוך יותר מדור דלק מאובנים והשוואה לאנרגיה גרעינית.

(ב) לקריאה נוספת, נא להתייעץ עם הדו"ח המיוחד של בית הספר על חידוש אנרגיה מתחדשת 1Fillo, The FLT:2NREL Life Cycle Assessment PublicationssFLT 3:, ומועצת האנרגיה העולמית של רוח גלובלית (FLT:4 Wind Energy Council) מדווחת על ההרחבה:5 עבור הנתונים האחרונים.