工业能否依靠可再生能源来满足其能源需求?

美国逐渐意识到化石燃料不再是可行的能源选择,不仅因为它们对环境的影响,而且对经济也有影响。 根据环境法研究所的数据,2002 年至 2008 年间,化石燃料补贴总额高达 720 亿美元。 由于美国经济严重依赖化石燃料,向更清洁、具有成本效益和可持续的可再生能源的过渡可能具有挑战性。

工业需要可靠且负担得起的能源来保持生产力和竞争力。 同时,需要在日益增长的能源需求与保护环境的迫切需要之间取得平衡。

工业占美国总能源消耗的三分之一以上,该行业 70% 至 80% 的能源需求用于供热。 由于当前对全球变暖、环境污染、能源安全和产业竞争力的担忧,工业界使用现代、清洁和高效能源的压力越来越大。 到 2007 年,可再生能源仅满足美国能源总需求的 8.5%。 然而,太阳能、风能和生物质能技术已显示出相当大的潜力,不仅可以用于家庭用途,还可以用于工业能源目的。

介绍

能源是世界上最大的产业。 它为制造业和服务业提供动力,估计规模约为 7 万亿太瓦时。 能源过度依赖化石燃料的后果对环境和人类都有影响。 随着人们越来越认识到化石燃料使用的负面影响,可再生能源领域的研究和开发受到了相当大的关注。

根据市场研究,对可再生能源的投资正以每年 45% 的速度增长——基本上每两年翻一番。 替代能源生产的能源有望与化石燃料生产的能源相比具有成本竞争力,尤其是在考虑了化石燃料造成的污染成本之后。 二氧化碳税的情况越来越多。 2007 年,美国使用可再生能源,如水力、地热、风能、太阳能和生物质能,仅能满足其总能源需求的 8.5%。

替代能源

虽然有许多替代能源,但并非所有能源都可以大规模收集,而其他能源则存在可靠性问题。

太阳能

使用太阳能电池将太阳光直接转化为电能是一项很有前途的技术,已经得到广泛应用。 太阳能对于经常脱离电网并面临持续停电的偏远地区特别有用。

风能

风有可能成为重要的电能来源。 然而,它的可行性取决于风车的位置。 美国的风能开发目前是世界上最高的。 风能也是一种清洁、低维护且具有成本效益的发电方式,但与太阳能一样,储存大量风力发电的问题仍然是一个主要问题。 .

地热能

地热源允许连续生产能源,这与风能或太阳能等替代能源形成对比。 地热发电拥有最佳的基本负荷百分比,即 95% 的时间可用电力。 地热发电厂占地面积小,资源寿命长; 已有百年历史的原始地热发电厂至今仍在发电。 地热能产生的能源几乎没有或没有排放。 这也是一项经过验证的技术,运营成本低; 与化石燃料不同,一旦工厂建成就没有燃料需求,并且使生产者免受商品冲击。

替代能源系统的三个方面

虽然替代能源似乎越来越可行,但如果没有一些基础设施,它的分配和消费就无法成为现实。 第一个基础设施要求是储能系统——这一点尤为重要,因为太阳能和风能等可再生能源并非一直都在生产。 第二个要求是智能电网,不仅可以用于分配替代能源产生的能源,还可以分配来自化石燃料的能源。 智能电网必须对电源波动、输电过程中的泄漏和故障具有极强的响应能力。 第三个基础设施要求是智能电表,它允许人们监控能源消耗并规范其使用,尤其是在能源价格可能发生变化的一天中的某些时间。 第四个基础设施要求是节能变压器,可减少配电过程中的能源浪费。

储能系统

自 1960 年代以来就开始尝试并网发电储能的概念,但这些大型储能项目在核电站中更为普遍。 从2005年开始,美国电力公司(AEP)率先在变电站中大量增加电池储能。 分布式储能方法用于测试峰值负载管理并通过部署 2 MW 系统提高系统可靠性。 电池系统提供了一种新的替代方案来管理配电变电站的功耗,在停电期间,客户可以在变电站依靠电池供电时恢复供电。

智能电网

简而言之,智能电网是动态的并且具有持续的双向通信。 它代表了从老化的公用事业拥有的配电基础设施到直接将公用事业与客户连接的电网基础设施的重大转变。 智能电网使可再生能源在线可用,并使配电系统高效、可靠和灵活。

智能电网彻底改变了视角,从能源生产和分配等技术问题转向揭示人性、消费者的面貌。 消费者成为智能电网的一部分,能够更有效地使用能源。 智能电网还允许消费者减少需求,允许公用事业使用高效发电机,并允许使用更多的可再生能源。 智能电网是实现减少全球变暖解决方案的关键要素。

智能电表

智能电网的核心是“智能电表”,它在能源公司和客户之间建立双向通信。 电表为消费者提供了有关其能源使用情况的广泛信息,从而在一定程度上控制了他们的节能情况。 因为电力公司在不同时间发电的成本不同,如果在高峰时段减少用电量,每个人都可以节省。 能源公司可以在一天或一周的不同时间传输不同的费率/千瓦时,客户可以使用此信息来利用最便宜的费率。

智能电表还可以跟踪不同时间的使用情况,并在没有抄表员的情况下计算账单。 智能电表可以在给定位置发生停电时通知公用电网,因此公用事业可以立即知道停电发生的时间和地点。

节能变压器

陈旧低效的电力变压器每年浪费数百太瓦时的能源; 造成损失的原因有很多,包括核心效率低下。

符合标准的变压器能够在 35% 的负载下保持美国电气制造商协会 (NEMA) 的 1 级效率水平。 这是通过在核心中使用更高质量的晶粒取向钢而不是标准的非晶粒取向钢来实现的。 定向晶粒钢提供更薄的规格和更清洁的金属材料,通过限制电流的方向减少涡流引起的热量。 将磁场缩小到更薄的轮廓也减少了反向电流的干扰效应。 提高变压器的能效可以使组织以相同的效率水平运行,同时消耗更少的能源。

由于取向钢的成本较高、额外的劳动力和原材料成本较高,因此合规变压器比其效率较低的前辈更昂贵。 虽然合规变压器会增加建造和维护成本,但最终用户可以在变压器的整个生命周期内节省开支。

工业能否依靠可再生能源来满足其能源需求? 可再生能源正在迅速普及并且价格正在下降,因此可再生能源很快将在成本上与化石燃料竞争。 大多数行业严重依赖稳定的能源供应,随着化石燃料成本不断上升和波动,可再生能源似乎是答案。 Pacific Crest Transformers 等许多公司都在努力使可再生能源对工业足够可靠。

与整流变压器一样,风力涡轮机变压器专为谐波、附加负载而设计,并具有静电屏蔽以防止谐波频率在初级和次级绕组之间传输。

在行业完全依赖其供应之前,可再生能源在可靠性和成本效益方面还有很长的路要走,但在此之前,行业需要采取较小的步骤来帮助实现重大转型。 美国在风力发电方面处于世界领先地位,现在是该行业通过使用风力来部分满足其需求来支持这一努力的时候了。