עתיד של מתקני אנרגיה רב תפקודיים המשלבים כוח והפקה מים

פתרונות אנרגיה משולבת - אנרגיה

עליית האוכלוסייה העולמית, בשילוב עם תיעוש מהיר ושינוי האקלים, הציבה לחץ חסר תקדים על שני משאבים בסיסיים: אנרגיה ומים.על פי האו"ם, כמעט 2.2 מיליארד אנשים חסרי גישה למים מנוהלים בבטחה, בעוד כ-770 מיליון חיים ללא חשמל.הגירעון הללו אינם מוכיחים בנפרד; הם נדרשים לחדשנות רבת עוצמה מזיקה ביותר, ולכן הם מספקים אנרגיה הדדית, ומזיקים יותר ויותר, כאשר הם מספקים אנרגיה מזיקה, הם מזיקים, כמו גם אנרגיה.

מה הם מתקני אנרגיה מתחדשת?

מתקני אנרגיה מתחדשת רב תפקודיים (MFREIs) משולבים פלטפורמות שלוכדות אנרגיה ממקורות מתחדשים - בדרך כלל שמש, רוח, גיאותרמית או האוקיינוס - ובמקביל לייצר מים נקיים באמצעות תהליכים כמו desalination, טיהור, או קציר מים אטמוספריים (FLT) רק כדי להפחית את צריכת המים הסולארית (FLT) באופן כללי, כלומר, ירידה של מערכות אנרגיה סולארית של אנרגיה מאנרגיה מאנרגיה מחוספסת, או מאנרגיה מופחתת, או מאנרגיה מאנרגיה חלקית) היא מאנרגיה הפוכה (למשל, תכונות של אנרגיה אחורית של אנרגיה).

מאפיינים מרכזיים של MFREIs

(ב) ,0) הקצאה: 1FLT 1 כוח וייצור מים מתרחשים באותו אתר, צמצום אובדן תחבורה ושימוש קרקע.
(ב) החלמה:0) החלמה: חום פסולת 1:1 או לחץ ⁇ נתפסים ומשועפים, שיפור היעילות הכוללת.
(FLT:0) שליטה חכמה: אנדרט 1 (Modert) מתקדם אוטומציה ופלט אופטימיזציה של בינה מלאכותית המבוסס על ביקוש בזמן אמת, מזג אוויר ותנאי רשת.
(FLT:0) ,Scalability:0) מערכות נעות בין היקף הקהילה (1–100 מ'3/Day) ועד להיקף השירות (100,000+ m3/Day).

על ידי שילוב תכונות אלה, MFRE היא מעבר לפרדיגמה המקובלת של מתחדשים חד-פעמיים, המציעה מודל יותר גמיש ובעל מודעות משאבים לפיתוח בר-קיימא.

טכנולוגיות מתפתחות וגישות

תיק מגוון של טכנולוגיות מאפשר חזון אנרגיה מתחדשת רב פונקציונלי.בעוד שאין פתרון בגודל אחד לכל אחד, כמה גישות מבטיחות צברו תנופה בפריסות מחקר וטייס.

השמש: כוח ומים מהשמש

השמש desalination היא הנתיב הבוגר ביותר, עם שני גרסאות עיקריות: photovoltaic (PV) המופעל על ידי osmosis לאחור (RO) וזינוק תרמי של מערכות PV-RO, מערך סולארי מייצר חשמל אשר ישירות מניעים משאבות לחץ גבוה לדחוף מים מלוחים על ידי סוללה של 60 אינץ '(F) ממטרה של צריכת חשמל נוזלית גבוהה של פחמן (R) עד 60 אחוזים של צריכת חשמל נוזלית) עד אפסית של פחמן (p) עד אפסית של צריכת חשמל של פחמן גבוהה של פחמן (R) של פחמן (R) עד 60 עד אפסית חשמל נוזלית חשמל נוזלית שומן של פחמן (R) ממטרה של פחמן (R) ממטרה) ממטרה) ממטרה 1 עד 60 אחוזים של פחמן (R) ממטרהת שומן עד 60 אחוזים של פחמן (R) ממטרהספקית משקל של צריכת חשמל נוזלית חשמל נוזלית מים חמים של פחמן (R) ממטרה של פחמן לטווח בינוני (R) על ידי צריכת חשמל נוזלית חשמל נוזלית חשמל נוזלית שומן עד 60 עד 60 עד 60 עד 60 עד 60 עד 60 עד 60 עד 60.

מערכת מים היברידית

אנרגיית הרוח משלימה את השמש על ידי מתן כוח במהלך הלילה ותקופות ממושכות, מה שהופך את מערכות אנרגיה היברידית-סולאר אמין יותר עבור ייצור מים רציף:0Wind-Power osmosis לאחור (WRO) לצמחים 1:1, לעתים קרובות בשילוב עם סוללה או אחסון אווירי-hydro, יכול לפעול מחוץ לחוף ולקהילות האי של LT2F:2F3F) אספקת מים חמים מתקדמת (R3D)

צמחים בעלי כוח מים משולבים באמצעות פסולת

(ב) צמחי הכוח הארוכים (החלל, ה-340, גז, גרעין או גיאוותר) דוחים כמויות עצומות של חום גיאומטריה נמוך (בדרך כלל 30-50 מעלות צלזיוס) למגדלי קירור או בנהרות.קרן היא יכולה ללכוד את חום הפסולת ולהאכיל אותו לתהליכי טיהור חום חמים (MD) כגון:25% מ"מחזקת חשמל" (R) או "מרפא"ד) או "ד" (HHD)

נביחת מים אטמוספרית (AWH) המופעלת על ידי Renewables

נישה מתפתחת היא קצירת מים אטמוספרית, אשר תמצית לחות מהאוויר תוך שימוש בחומרים כהים או בזיהוי יישומים.כאשר מופעלת על ידי חשמל מתחדשים, מערכות אלה יכולות לייצר מים באזורים עקשניים או מקרקעים שבהם אין מים על פני השטח או מים קרקעיים קיימים.

היתרונות של שילוב כוח והפקה מים

קרן המטבע מספקת קבוצת הטבות המשתרעת מעבר לחיסכון בעלויות פשוט.כל יתרון מחזק את המקרה עבור עיצוב משולב הן במסגרות מפותחות והן מתפתחות.

(FLT:0) Resource Efficiency: FLT:1 על ידי מינוף חום ולחץ פסולת, קרן המטבע יכולה להשיג יחס מים-לכוח גבוה יותר מ -40-60% ממערכות נפרדות.לדוגמה, צמחים CSP-MED להשיג FLT:2 עלות מפלס מים (LCOW)FLT 3 של $- 20- 100 $ 180, 000 $ בדרך כלל, 000 $ 1 £, 000 $ עבור $ 1 £.
(FLT:0) סנכרון: FLT:103) תשתיות משותפות - אדמה, כבישים, קלינג, כלי שיט למניעת הריון וחדרי בקרה - מפחיתה את עלויות ההון ב-15-25%.
(FLT:0) קבלות סביבתיות:FreaLT:1 , הערכת מחזור חיים מראה כי קרן המטבע לקצץ פליטות פחמן על ידי 30-70% בהשוואה למיזוג דלק מאובנים של מים וכוח.ניתן למזער את הפרשות Brine באמצעות אותה צריכת ומבנים מפלה עבור כוח ומים, עם עיצובים מלוטשים המפחיתים את הצנרת.
(FLT:0) אמינות וחוסן: 1 כאשר ייצור מים מתמזג עם אספקה מתחדשת משתנה, אחסון (בטנקים מים או אחסון מומש) מפלט מדורה.זה יוצר חיץ מים משוחרר, ביעילות הופך ללא הפסק לתוך מים יציבים ואספקת חשמל.
(FLT:0) Socioכלכלה השפעה באזורים מרוחקים: ההרחבה 1 (For off-grid Islands, מחנות פליטים וכפרים כפריים, קרן יחיד יכולה להחליף גנרטור דיזל ומשאית מים, לחסוך עד 70% בעלויות לוגיסטיות.קהילות לקבל גישה 24/7 לשתי השירותים, המאפשרת תברואה, מרפאות בריאות, בתי ספר וארגונים קטנים.

היתרונות האלה אינם תיאורטיים.ה-FLT:0 [IRENARAIRLT:1] דוח "אנרגיה מתחדשת במים, אנרגיה ומזון נקסוס" (2021) מדגיש מעל 50 MFREIs התפעולי ברחבי העולם, החל מ -100 מתקני m3/Day קהילה ועד 200,000 מ"ר / יום פרויקטים בקנה מידה של תועלת.

אתגרים ומכשולים לאימוץ

למרות תנופה חזקה, קשקשים MFREIs עומדים בפני מכשולים משמעותיים הדורשים פעולה מתואמת מחוקרים, קובעי מדיניות ומשקיעים.

(FLT:0) גבוה Upfront Capital Costs:FLT:1 integrating טכנולוגיות דורש הנדסה מתוחכמת ועיצוב מותאם אישית, העלאת עלויות ראשוניות 20–40% בהשוואה למתקנים נפרדים.לדוגמה, צמח 10MW CSP-MED יכול לעלות למעלה מ -80 מיליון דולר, לעומת 55 מיליון דולר עבור מפעל CSP. Financing נשאר בקבוק בצוואר שבו כלכלות גבוהות.
(FLT:0Technological Complexity andאינטגרציה:FreaLT:1) שילוב PV השמש, RO membranes, אחסון, לולאות תרמיות דורש התאמה זהירה של פרמטרים תפעוליים (לחץ, טמפרטורה, סליטי) מצב כשלון משותף הוא membrane מרעיש על ידי שטף איכות מים או תנודות טמפרטורה מאלגוריתמים מתקדמים לסירוגין - כולל מודל חיזוי (MP) ולהוסיף בעיות מורכבות.
(FLT:0)Policy and Regulatory Gaps:cioFLT:1 , רוב המדינות מתייחסות לחשמל ולמים כמגזרים נפרדים עם משרדי ממשלה נפרדים, מכסים ומשטרים סובסידיים. MFRE נופל לתוך שטח רגולטורי ללא-אדם, לעתים קרובות דורש אישורים פחתיים עבור ייצור חשמל ומיצוי מים.
(FLT:0) סיכונים חברתיים וחברתיים: ⁇ FLT:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) שימור וגלשי סקיל: חליל:1) הפעלת צמח מים משולב דורש טכנאים מאומנים לחצות אשר מבינים הן מערכות טיפול חשמלי והן מים. באזורים מרוחקים, מחסור של אנשים מוסמכים מוביל לעתים קרובות ירידה זמן מופחתת ולהפחית תוחלת חיים של רכיבים יקרים.

התייחסות לאתגרים אלה דורשות הנחיות עיצוב סטנדרטיות של R&D, מודלים עסקיים חדשניים כגון שותפויות ציבוריות פרטיות (PPPs) או חוזים "שירות מים" (water-as-a-Service).

מדיניות ונוף השקעות

ממשלות וארגונים בינלאומיים יותר ויותר מכירים בקרן המטבע הבינלאומית כעדיפות אסטרטגית ב-2022, הנציבות האירופית השיקה את ה-FLT:0H2020 מים-אנרגיה-מזון Nexus AcceleratorFLT:1, מימון ארבע הדגמה בקנה מידה גדול MFRE בספרד, יוון, ירדן ומרוקו, כל אחת עם תקציבים מעל 10 מיליון יורו.

(FLT:0) תכנון משאבים משולב: מדינות כמו סעודיה והאיחוד האמירויות מאמינות כי כל צמחי ההתפלה החדשים מופעלים על ידי אנרגיה מתחדשת עד 2027, ובכך יוצרים שוק עבור קרן המטבע הבינלאומית.
(FLT:0) תעודות מים ירוקות: 1FLT דומה לתעודות אנרגיה מתחדשות (RECs), אלה יאפשרו יצרני מים להמיש את הכפופים הסביבתיים של שימוש באנרגיה מתחדשת.
(FLT:0) מימון ממון: FLT:1hil משלב מימון לפיתוח ויתורים, חוב מסחרי, הון פרטי מפחית את עלות ההון לפרויקטים ראשונים מסוגו מסוגו.

בצד ההשקעה, הון סיכון זורם לתוך סטארט-אפים של טכנולוגיות מים ממוקדים במערכות מים משולבים אנרגיה-אנרגיה.על פי ;0 Bluefield ResearchcioFLT:1, ההשקעה העולמית בפלישה המופעלת על ידי השמש לבדה הגיעה ל-1.2 מיליארד דולר ב-2023, עלייה של 35% בשנה-מעל-שנתית.

מחקרים: פיזור עולמי אמיתי

בעוד עדיין סנט, כמה פרויקטים של הדגל קרן המטבע הבינלאומית מפגינים את העוצמה וההשפעה של מערכות משולבות במסגרות מגוונות.

המלך עבדאללה העיר הכלכלית (KAEC) תחנת הכוח הסולארית של דה-אליון, ערב הסעודית

הושלם בשנת 2022, מתקן זה 60 מ"ר / יום משתמש 112MW של PV השמש של Bifacial כדי לכפות מערכת אוסמוזה הפוכה.הצמח פועל על בסיס 24/7 באמצעות שילוב של 40MW של אחסון אנרגיה סוללה חיבור לרשת עבור תוצאות: צריכת אנרגיה של 3.5 קילוואטh / m3 (vs.4.5h /m3 עבור צמחים טיפוסיים), עלות של $ 1 / 10 $ של פחמן, 000 ו , 000.

מפעל Wind-Solar-RO ההיברידי, ספרד

באי הקנרי של סקו, חווה של 5 מגה-וואט בשילוב עם 2MW של PV השמש מעצמה 5000 m3 / יום RO צמח.מערכת בקרה ייחודית משתמשת בתחזיות מזג אוויר בזמן אמת כדי להתאים את פלט ההתפלה - כאשר רוחות חזקות, הריו פועל במלוא יכולת; בימים רגועים, הוא מסתמך על עתורי מים סולאריים ומאוחסנים.

מפעל ה- Jemna Gethermal Water-Power Plant, תוניסיה

בדרום תוניסיה, צמח ג'מאנה מזין 120 מעלות צלזיוס ג'ותרמאל כדי לייצר 1.5 מגה-וואט של חשמל באמצעות יחידת מחזור דירוג אורגני (ORC) חום הפסולת (עדיין ב 70 מעלות צלזיוס) ואז מזין יחידת MED desalination המייצרת 500 מ'3 / יום של מים מתוקים עבור חווה זית סמוך.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

מסלול של MFREIs מצביע על צמיחה אקספוננציאלית כמו שלושה גורמים מרכזיים מתתכנסים: טכנולוגיה הזדווגות, ירידה בעלויות ודחיפות מדיניות. עד 2035, הסוכנות לאנרגיה בינלאומית <חזקה> פרויקטים שמערכות משולבות של כוח מים יכולות לתרום 10% מיכולת המים המותפלת בעולם (עד <1% כיום).

(FLT:0)Zero-liquid השחרור (ZLD): מערכות 1:1 המתמקדות בחוזק, שחזור מינרלים יקרי ערך כמו ליתיום ומגנזיום תוך חיסול השחרור הסביבתי.
(FLT:0)Bio-inspired membranes:03FLT) 1 מזכרות מבוסס Aquaporin כי להפחית באופן דרמטי את דרישות האנרגיה עבור RO, עלול ליפול עד 2.0 קילוואט / m3 או נמוך יותר.
(FLT:0)Grid-interactive desalination:cioph:1 צמחים התואמים את תפוקת המים לספק שירותי רשת (תגובה ⁇ , אחסון וירטואלי), יצירת זרמי הכנסות נוספים.
(FLT:0) ניצול של MFREIs:03FLT:1) שילוב טורבינות רוח צף עם יחידות desalination מבוכות - מושג שנבחן על ידי החברה הנורבגית WindCatching בים הצפוני.

החזון האולטימטיבי הוא מערכת מעגלית מלאה שבה אנרגיה מתחדשת, מים ומינרלים מיוצרים עם פסולת כמעט אפס וטביעה סביבתית מינימלית.השגת זה תדרוש חדשנות מתמשכת, שיתוף פעולה בין-מגזרי, ומחויבות לפרוס פתרונות בקהילות שזקוקות להם ביותר.

מסקנה

מתקני אנרגיה מתחדשת רב תפקודיים המשלבים ייצור חשמל ומים אינם מושג תיאורטי אלא מציאות מבצעית.מצמחים הסולאריים-RO בערב הסעודית ועד מערכות מים גיאותרמיות בתוניסיה, הפתרונות המשולבים הללו מספקים רווחים בלתי ניתנים למדידה ביעילות, עלות וביצועים סביבתיים.בעוד שהאתגרים נשארים - עלויות גבוהות, פירוק רגולטוריות ושילוב טכני - מומנטום בלתי ניתן להכחשה, ממשיכים לפעול באופן משמעותי יותר, למנגנוני אנרגיה ומאובטחים, ומימון, הוא כעת, למנגנוני מימון לטווח ארוך יותר, ופתרון אנרגיה מתקדמים יותר, וטכנולוגיות.