תפקיד הנדסת אנרגיה ב Achieving Sustainable Development Goals

הנדסה אנרגיה מתנגשת ישירות עם כל אחד מהמטרות האלה.לדוגמה, תכנון מערכת חימום מחוזית המשתמשת חום פסולת מצמחים תעשייתיים מפחיתה את עלויות האנרגיה ואת פליטות (התמיכה ב-Goals 7 ו-13) תוך יישום של בקרת בנייה חכמה שמתאימה תאורה ו-HVAC בהתבסס על דיקור משפר את יעילות האנרגיה תוך שיפור הנוחות של הדיירים (תיקון Goals 11) ללא מומחיות טכנית של מהנדסים, משולבת אלה יישארו פתרונות תיאורטיים.

תרומה ראשונית של הנדסה באנרגיה לקיימות עירונית

הנדסה אנרגיה היא משמעת יישומית המשלבת עקרונות מהנדסת מכונות, חשמל, אזרחית וסביבתית כדי ליצור מערכות אנרגיה יעילות, אמין ונמוך פחמן בהקשר העירוני, השדה מתייחס כמה תחומי מפתח:

שילוב אנרגיה מתחדשת ודור מחוספס

מעבר מתחנות כוח דלק מבוזרות למרכזיות לאנרגיה מתחדשת למקורות אנרגיה מתחדשת הוא בסיס לערים בר-קיימא. מהנדסי אנרגיה מעריכים פוטנציאל סולארי עירוני באמצעות מערכות מידע גיאוגרפיות (GIS) ובניית עיצובים מקודמים פוטו-וולטאיקים (BIPV) אשר הטמיעו לוחות סולאריים לתוך גגות, חזיתות וחלונות.טכנולוגיית ניהול טורבינות עבור סביבות אנרגיה מרהיבות מתקדמות עם עיצובים אנכיים הפועלים בבטחה ברוח גלאז'ר, אשר יכולים להפחית את תהליכי חימום חום ולהפחית את תהליכי קירור של תאים עירוניים.

רשתות חכמות וניהול מתקדם

רשתות חשמל מסורתיות הן צינורות חד-דרך אחת מתחנות כוח גדולות לצרכנים.רשתות חכמות להפוך את זה לרשת דו-כי-צדדית, עשירה בנתונים המסוגלת אופטימיזציה בזמן אמת. מהנדסי אנרגיה מעצבים את ארכיטקטורת התקשורת, מערכות אוטומציה ותוכנות בקרה המאפשרות רשת חכמה ל:

• מעקב אחר תנאי הרשת ובאופן אוטומטי לנתב את הכוח במהלך הפסקות.
• שילוב אלפי מערכי השמש והרכב החשמלי (EV) ללא מתח או תדירות.
• יישום זמן של שימוש בתמחור אשר מגביר את הצרכנים כדי לשנות את השימוש באנרגיה לפרקי זמן מחוץ ל-peak.
• ניתן "צמחי חשמל וירטואליים" שבו סוללות מצטברות, EVs, ומכשירים חכמים מספקים שירותי רשת.

תשתיות מתקדמות (AMI) ומערכות ניהול הפצה (DMS) מסתמכות רבות על מומחיות הנדסית באנרגיה.לדוגמה, העיר אוסטין, טקסס, הציבה רשת חכמה שהצילה מעל 20 מיליון דולר בעלויות הדור הראשון שלה, תוך שילוב של 25% אנרגיה מתחדשת ללא הסתברות.

עיצוב בניין אנרגיה-Efficient Building design and Retrofits

מבנים מהווים כ-40% מהשימוש באנרגיה עירונית ו שליש מפליטות גזי החממה.אסטרטגיות הנדסיות אנרגיה לבניינים כוללות:

• (ב) עיצוב פסיבי:0 (FLT:1) אופטימיזציה של אוריינטציה, בידוד, בוהק, ואוורור טבעי כדי להפחית עומסי חימום וקירור.
• (FLT:0) מערכות HVAC יעילות גבוהה: ibph:1 , מערכות קירור שונות (VRF) , אוורורי שיקום חום והתחממות קורנת שחתכו את השימוש באנרגיה ב-30-50% בהשוואה למערכות קונבנציונליות.
• (FLT:0Building system) (BAS): חיישנים 1FirLT:1, בקרים ותוכנה אשר מבצעים אופטימיזציה מתמדת של תאורה, טמפרטורה, ועומסים.
• (FLT:0)- אפס אנרגיה עיצוב: FLT:1ir משלבת מעטפות על-תועלת עם הדור המתחדש באתר כך שמבנה מייצר אנרגיה רבה ככל שהוא צורב מדי שנה.

מבנים קיימים מציעים את ההזדמנות הגדולה ביותר רטרופיטנס. מהנדסי אנרגיה לבצע ביקורות אנרגיה באמצעות הדמיה תרמית, יומני נתונים, ובדיקות דלת מפוצץ לזהות יעילות. רטרוfits כגון שדרוג תאורה LEDs, התקנת תרמוסטטים חכמים, והוספת בידוד יכול להפחית צריכת אנרגיה עד 20-4% עם תקופות של תשלום של פחות מ 5 שנים.

תחבורה עירונית ומיקרו-Mobility

תחבורה היא המקור הצומח ביותר של פליטות עירוניות באזורים רבים.מהנדסי אנרגיה תורמים לניידות בת קיימא על ידי:

• (ב) ⁇ :0) ⁇ תשתיות טעינה: 1FLT:1 שבו, sizing, ושילוב של מטען מהיר לרשת תוך ניהול עומסים וביקוש לפסגות.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) מערכות ניהול צי חכמות (FLT:1) אשר מייעלות נתיבים למזער צריכת אנרגיה ולתאם לוחות זמנים טעינה EV עם זמינות מתחדשת.
• (FLT:0) שילוב של אפשרויות מיקרו-מוביליות (E-bikes, e-scooters) עם תחבורה ציבורית באמצעות סוללות יעילות אנרגיה ותכניות סוללות חלופיות.

מקרה ידוע הוא שזן, סין, שהמיר את כל הצי של יותר מ-16,000 אוטובוסים לרכבים חשמליים של סוללות.מהנדסי אנרגיה עיצבו את המחסנים הטעינה, תחנות הסוללות, ותגבורת הרשת שהפכה את המעבר לאפשרי, וכתוצאה מכך הפחתה של 48% בפליטת הפחמן בתחבורה ציבורית.

אינטגרציה כלכלית וכלכלה מעגלית

זרמי פסולת עירוניים מייצגים הזדמנות אנרגיה מפספסת.מהנדסי אנרגיה מעצבים פסולת לאנרגיה (WtE) צמחים המשתמשים בבעירה, גזיפי, או עיכול אנירובי כדי להמיר פסולת מוצקה עירונית לחשמל, חום או דלק ביולוגי. מתקני WtE מודרניים להשיג יותר מ-25% יעילות חשמל ולהפחית את נפח האנרגיה על ידי עד 90%.

מערכות אנרגיה מחוזיות ורשתות

רשתות חימום מחוזי וקירור (DHC) להפיץ מים חמים או מצמררים מצמח מרכזי (או צמחים מרובים) לבניינים מרובים. מהנדסי אנרגיה מעצבים מערכות אלה כדי לנצל את הכלכלות של גודל, שיקום חום פסולת, אחסון תרמי עונתי.לדוגמה, בשטוקהולם, מערכת קירור מחוזית משתמשת במים עמוקים למקרר חינם, חיתוך צריכת חשמל בהשוואה ל-80% ממערכות אנרגיה קרירות, חום תרמי, ומנפחת של צינורות חום תרמיים, כמו גם ל- TRRML, או מינרלים חמים (R) או מינרלים חמים.

אתגרים בביצוע פתרונות אנרגיה עירונית

למרות הבשלות הטכנית של פתרונות הנדסיים אנרגיה רבים, אימוץ נרחב בערים עומד בפני מכשולים משמעותיים:

עלויות הון גבוהות

מערכות אנרגיה מתחדשת, תשתיות רשת חכמות, ו רטרופיטטים בנייה עמוקה דורשים השקעה ראשונית משמעותית.למרות שחיסכון בעלויות מחזור חיים לעתים קרובות להצדיק את ההוצאות, רשויות העירייה ובעלי בניין פרטיים לעתים קרובות חסרים את תקציבי ההון או הפנים סדרי עדיפויות מתחרים.מהנדסי אנרגיה עוזרים על ידי תכנון תוכניות יישום שלב כי עדיפות ההתערבות של החזרה הגבוהה ביותר, ועל ידי ביצוע ניתוח פיננסי קפדני הכוללות, עלויות פחמן, הסלמה אנרגיה, בריאות הציבור.

התפטרות ומדיניות

מערכות אנרגיה עירונית משתרעות על תחומים רגולטוריים מרובים: קודים בנייה, מכסי תועלת, כללי חיבור רשת, אישורים סביבתיים ותכנון לשימוש קרקעי. מתקן סולארי עשוי לדרוש אישור מהשירות החשמלי, מחלקת תכנון העיר, וועדת האנרגיה של המדינה. פיצול זה יוצר עיכובים וודאות מהנדסי אנרגיה יכולים לתמוך בייעל תהליכים ומתן מומחיות טכנית קובעי מדיניות לפיתוח תוכניות משולבות.

אפשרויות להתאמה ו-Data Silos

מכשירים חכמים ברשת (מדמים, חיישנים, מופנים) מיצרנים שונים משתמשים לעתים קרובות בפרוטוקולים תקשורת קנייניים, מה שהופך את מערכת אינטגרציה קשה.הנתונים על בניית אנרגיה לשימוש הוא לעתים רחוקות משותף עם מפעילי אנרגיה מחוזיים או רשויות תחבורה, מניעת אופטימיזציה של אנרגיה הוליסטית מהנדסים מאמצים יותר ויותר סטנדרטים פתוחים כגון IEEE 1547 עבור חיבור רשת ואת Haystack לבניית תג נתונים, אך נרחב נשאר עבודה התקדמות.

מיומנויות גמישות ופיתוח כוח העבודה

שינויים טכנולוגיים מהירים דורשים שמהנדסי אנרגיה יעדכנו את כישוריהם בדוגמנות דיגיטליות, אבטחת סייבר וניתוח נתונים. רשויות עירוניות רבות גם חסרות צוות עם הרקע הטכני להעריך הצעות הנדסיות מורכבות.שותפות בין אוניברסיטאות, חברות מקצועיות (למשל, ASHRAE, IEEE), וממשלות עירוניות עוזרות לגשר על הפער הזה באמצעות תוכניות חינוך והסמכת המשך.

אפשרויות ומגמות מתפתחות

מספר התפתחויות יוצרות אפשרויות חדשות להנדסת אנרגיה כדי להאיץ את הפיתוח העירוני בת קיימא:

גנטיקה ופעולות AI-Enhanced

תאום דיגיטלי הוא העתק וירטואלי של מערכת אנרגיה פיזית (בניין, רשת חימום מחוזי, או רשת עיר שלמה) המתעדכנת ללא הרף עם נתונים בזמן אמת, מהנדסי אנרגיה משתמשים תאומים דיגיטליים כדי להפעיל את מה אם תרחישים, אופטימיזציה אסטרטגיות בקרה, וחיזוי כשלים בציוד לפני שהם מתרחשים. A בינה מלאכותית (AI) אלגוריתמים יכולים ללמוד מהנתונים ההיסטוריים כדי לייעל מחזורי טעינה / הטעינה של סוללות, בניית סטומנטים המבוססים על תחזיות מזג אוויריות, וסימולציות חדשות של ערים, ישתפוצות באופן אוטומטי, או סימולציה של השפעות אסטרטגיות של השפעות אסטרטגיות של מערכות אנרגיה חדשות של מחלות מתמטיות על בסיס דרישות של מערכות אנרגיה חדשות של מערכות אנרגיה, או מזהמים, או למערכות אבטחה חדשות של מחלות מתמטיות, או מזהמים, או מזהמים, או למערכות יחסים חדשות של מערכות אנרגיה, כדי להתאים באופן אוטומטי.

האינטרנט של הדברים (IoT) ו- Edge Computing

חיישנים זולים ומכשירים המחוברים לענן הופכים את זה אפשרי לפקח ולבקר אנרגיה בגרנריות של מכשירים בודדים. Edge מחשוב מאפשר קבלת החלטות בזמן אמת מבלי לשלוח את כל הנתונים לשרת מרכזי, צמצום דרישות השקיפות והפספר רוחב הפס. Energy משלב פלטפורמות IoT עם מערכות ניהול בנייה כדי לאפשר אופטימיזציה אנרגיה מבוזרת.

חברת פיתוח:Scale Microgrids

במקום להסתמך רק על הרשת הראשית, קהילות יכולות ליצור מיקרו-צמחים – רשתות חשמל מבוזרות שיכולות לפעול באופן עצמאי (מצב איסלנד) במהלך בחוץ. מהנדסי אנרגיה מעצבים מיקרו-צמחים המשלבים בין השמש, אחסון סוללות, גנרטורים גיבוי, לעתים קרובות שילוב של חום וכוח (CHP) עבור עמידות מחדש של מיקרוגרידים הם בעלי ערך מיוחד במתקנים קריטיים כגון בתי חולים, מקלטי חירום, ומרכזי אבטחה של ברוקלין, כיצד מיקרוג'קוקאין יכול להציג מיקרוג'ל עובדים יותר.

כלכלה מעגלית ומינוי עירוני

הנדסה אנרגיה קשורה יותר ויותר לכלכלה המעגלית. "כריית אורניום" מחלימה חומרים יקרי ערך (ליתיום, קובלט, אדמה נדירה) מאלקטרוניקה וסוללות מפוסקים, צמצום הצורך במהנדסי אנרגיה מעצבים את תהליכי המיחזור והערכה את עוצמת ההתאוששות לעומת סילוקם באופן דומה, ניתן לפרק את לוחות השמש של סוף החיים כדי לשחזר כסף, ואלומיניום - תהליך זה עדיין דורש אופטימיזציה כלכלית.

חידושים מדיניות ומימון ירוק

מדיניות תומכת יכולה לפתוח השקעות בפרויקטים של הנדסה באנרגיה.

• (ב) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) חידוש החוזה של 1FLT (החברות של שירות אנרגיה) מבטיח חיסכון ומשולמים מנתח של חשבונות השירות מופחת.
• (ב) תמחור קרטבון 1 (FLT:0) הופך את הדור של דלק מאובנים יקר יותר, שיפור הכלכלה של מתחדשים ויעילות.

מהנדסי אנרגיה ממלאים תפקיד מרכזי על ידי פיתוח מדידת ואימות (M&V) פרוטוקולים המבססים את המכשירים הפיננסיים הללו, תוך הבטחת משקיעים המבטיחים חיסכון הם אמיתיים.

מחקרים: הנדסה באנרגיה בפעולה

דוגמאות בעולם האמיתי הבאות ממחישות את ההשפעה הטרנספורמציית של הנדסה באנרגיה על קיימות עירונית:

קופנהגן, דנמרק – מחוז ההלם עם פסולת

מערכת החימום של קופנהגן משתרעת על מעל 98% מהעיר והיא אחת מהיעילות ביותר בעולם.מהנדסי אנרגיה עיצבו רשת שמשחזרת חום פסולת מתחנות כוח, מאיצים ומרכזי נתונים.המערכת משתמשת בטנקים גדולים לאחסון תרמי כדי לאזן את היצע הביקוש, המאפשרת לעיר לשרוף פחות דלק מאובנים ולחתוך פליטות פחמן על ידי 60% מאז 1990.

Masdar City, אבו דאבי - מיטת מבחן לחדשנות עירונית

Masdar City היא קהילה מתוכננת, אשר עוצבה מן הקרקע עד כדי חסכונית ומופעלת בעיקר על ידי מהנדסי אנרגיה מתחדשת עיצבה פריסת רחוב צרה, מפוספסת כי מפחיתה עומסי קירור באקלים המדבר.העיר מסתמכת על מערך פוטו-וולטאי גדול, כוח סולארי מרוכז (CSP) צמח, בחווה חכמה, בקרת בניין חכם ומערכת מעבר מהיר (P) למרות ששיעורי הפיתוח העירוני השפיע על פני כדור הארץ השפיע על העיכובים.

ניו יורק - חוק מקומי 97 והקמה של אנרגיה

החוק המקומי של ניו יורק 97 מחייב הפחתה משמעותית של פליטות פחמן מבניינים גדולים עד 2030, מהנדסי אנרגיה הם מרכזיים כדי לציית, ביצוע ביקורות אנרגיה, תכנון חבילות רטרופיט, וליישם מערכות מדידה. אמצעים אופייניים כוללים שדרוג צ'ריפים, התקנת תאורה LED עם בקרות, ושיפור המעטפה.החוק צפוי ליצור 20,000 משרות במגזר היעילות אנרגיה ולצמצם את פליטות העיר על ידי 40%.

חינוך ונתיבי קריירה בהנדסת אנרגיה עירונית

כדי לענות על הביקוש הגובר למהנדסי אנרגיה מיומנים, אוניברסיטאות מציעות תוכניות מיוחדות בהנדסה אנרגיה בת קיימא, רשתות חכמות ועיצוב בנייה ירוקה.קליקולה כוללים בדרך כלל תרמודינמיקה, מערכות חשמל, יסודות אנרגיה מתחדשת, בניית מדע ואנרגיה מודלים. הסמכה מקצועית כגון מנהל האנרגיה מוסמך (CEM) או מנהיגות באנרגיה ועיצוב סביבתי (LE) שיפור סיכויי קריירה רבים של אנרגיה עבור חברות ייעוץ, חברות ממשלתיות או פיתוח, או סוכנויות ממשלתיות יעילות, או חברות אחרות, או פיתוח, או ניהול אנרגיה ועיצוב סביבתי (LE) או פיתוח טכנולוגיות אחרות, או חברות ממשלתיות, או חברות פיתוח, או חברות ממשלתיות, או פיתוח, או חברות אחרות, או ניהול סביבתיות, או חברות פיתוח, או סוכנויות אנרגיה ועיצוב סביבתיות, תוך פיתוח, או סוכנויות פיתוח, או סוכנויות ממשלתיות, או סוכנויות אנרגיה ועיצוב סביבתית (LE) או ניהול אנרגיה ועיצוב סביבתית (ED) או חברות פיתוח סביבה (ED) או חברות פיתוח סביבה (ED) או סוכנויות פיתוח טכנולוגיות יעילות, פיתוח (ED) או סוכנויות אנרגיה ועיצוב סביבתית (ED) או חברות פיתוח (ED) או חברות פיתוח סביבה (ED) או חברות פיתוח, פיתוח, פיתוח טכנולוגיות יעילות, פיתוח סביבתית (ED) או ניהול אנרגיה ועיצוב סביבתית (ED) או ניהול אנרגיה ועיצוב סביבתית (ED) או סוכנויות אנרגיה ועיצוב

מסקנה

הנדסת אנרגיה עומדת בצומת של חדשנות טכנית ומדיניות עירונית, המציעה כלים קונקרטיים ליישר את פיתוח העיר עם פורטל פיתוח בר קיימא מטרות.מממיקרו-צמחים המופעלים על ידי השמש בערים החוף לרשתות קירור אזוריות, המשמעת מספקת פתרונות רחבים: 3, אשר מפחיתים את פליטות, עלויות נמוכות יותר, ומגדילו את עמידותן של משרד האנרגיה והמורכבות הרגולטורית, נותרו חסימתם, קצב המהיר של שינויים טכנולוגיים, של אנרגיה מתחדשת, וצמיחה של אנרגיה מתחדשת, וכן הלאה, כגון: