Анализ жизненного цикла ветряных мельниц
Ветряная электростанция представляет собой набор турбин, которые преобразуют вращательное движение (вызванное ветром) в энергию, которую можно использовать для производства электроэнергии. Ветряные электростанции могут быть морскими (рис. 1) или наземными (рис. 2) в зависимости от характера ветра и бюджета проекта.
Анализ жизненного цикла (LCA) учитывает кумулятивную вложенную энергию и ресурсы для элемента на этапах, показанных на рисунке 3. Анализ жизненного цикла особенно важен в случае технологий возобновляемых источников энергии, где часто возникает опасение, что энергия, используемая производство технологии не может быть полностью возвращено в течение срока службы продукта.
Целью ветряной турбины является производство электроэнергии путем преобразования кинетической энергии ветра в энергию вращения лопастей и вала. Оттуда генератор преобразует энергию вращения в электричество. В случае одной ветровой турбины LCA используется для определения времени окупаемости энергии. Другие категории воздействия, рассматриваемые LCA, могут включать: [2]
- Изменение климата
- Канцерогены
- Загрязняющие вещества в воздухе, которые могут вызвать респираторный дистресс или заболевание (например, SO 2 или NO x )
- Использование ископаемого топлива при производстве, строительстве, техническом обслуживании и демонтаже
- Отказ от использования ископаемого топлива из-за производства энергии из неуглеродных источников
- Землепользование
- Минеральное использование
Содержание
Типы ветряных электростанций
Ветряные электростанции обычно делятся на две категории: наземные и морские. К наземным ветряным электростанциям легче получить доступ и, следовательно, их легче обслуживать, а также, как правило, их возведение менее затратно, чем морские ветряные электростанции. Оффшорные ветряные электростанции более дороги и их сложнее обслуживать, но они обычно подвержены воздействию более высоких скоростей ветра, которые производят больше энергии. [4] Как правило, в модели LCA учитываются такие аспекты, как страна происхождения, производственные процессы, процессы утилизации и переработки. Затраты на энергию варьируются в зависимости от формы энергии, используемой для производства материала, а также от страны, в которой он производится. На рис. 4 показано общее потребление энергии по материалам как береговых, так и морских ветряных электростанций.
Производство и производство
Производство ветряной турбины можно разложить на три основные части: башню, ротор и гондолу. Этап производства материалов включает в себя добычу сырья, а также производство материалов; это переработка сырья в промежуточные материалы. Этот этап также включает транспортировку сырья к месту, где они перерабатываются в промежуточные материалы, а также транспортировку промежуточных материалов на строительную площадку ветряной турбины. Транспортировка отходов и старых деталей включена в этап технического обслуживания и вывода из эксплуатации.
Производство компонентов
На рис. 5 показана энергия, необходимая для производства 1 кг конкретных материалов для ветряных турбин. Эти цифры могут варьироваться в зависимости от использования низкотехнологичных и высокотехнологичных продуктов [ требуется расширение ] . Цинк и медь являются энергоемкими, в то время как бетон и стекло пользуются низким спросом [ требуется подтверждение ] . Коэффициенты выбросов, связанные с добычей, производством и транспортировкой, показаны на рисунке 4. Обычно затраты на отдельные материалы нормируются на единицу веса материала. [3]
К сожалению, в некоторых ОЖЦ не указывается, были ли материалы, использованные для изготовления компонентов, переработаны или извлечены заново. Многие ресурсы, такие как металлы, могут быть получены из переработанных материалов. Некоторые ресурсы, такие как стекловолокно, ПВХ, пластик, резина, краска и эпоксидные смолы или смолы, должны быть новыми [2] и впоследствии утилизироваться на свалке или сжигаться.
Выбросы
В таблице 1 показаны выбросы на кг материала, произведенного для строительства ветряной турбины. Эти выбросы основаны на энергии, используемой для производства материалов, и энергии, фактически потребляемой на каждом этапе. Источники энергии (уголь, природный газ, нефть и т. д.), а также тип энергетической установки учитывались, поскольку выбросы различаются в зависимости от установки и типа топлива. Транспортные выбросы также включены.
| Эмиссия (г) | ТАК 2 | НЕТ х | СО 2 | Н 2 О | Ч. 4 | НМЛОС (неметановые летучие органические соединения) | СО |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сталь | 12-17 | 8-11 | 1871-2742 гг. | 0,06-0,08 | 0,03-0,05 | 0,15-0,17 | 0,88-0,98 |
| Алюминий | 18-24 | 11-15 | 2866-4001 | 0,09-0,12 | 0,035-0,08 | 0,13-0,16 | 0,67-0,82 |
| Медь | 35,61 | 23.19 | 6536 | 0,19 | 0,16 | 0,25 | 1,57 |
| Пласт (полиэстер/эпоксидная смола) | 22,91 | 14,71 | 3941 | 0,12 | 0,08 | 0,20 | 1.10 |
| ПВХ | 14,75 | 10.49 | 3113 | 0,09 | 0,09 | 0,20 | 1,04 |
| Резина | 16.06 | 10,61 | 2298 | 0,10 | 0,06 | 0,18 | 1,06 |
| Армированное железо (арматура) | 14.58 | 8,89 | 3114 | 0,09 | 0,06 | 0,18 | 1,57 |
| Конкретный | 0,01 | 2,50 | 703 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Вести | 18.19 | 19,82 | 2953 | 0,11 | 0,07 | 0,55 | 2.03 |
| Цинк | 47,49 | 35,66 | 6648 | 0,23 | 0,12 | 0,60 | 2,39 |
| Стеклянный поплавок | 0,87 | 2,41 | 581 | 0,01 | 0,04 | 0,15 | 0,66 |
| Упаковочное стекло | 1,58 | 2,48 | 551 | 0,01 | 0,03 | 0,14 | 0,64 |
| Минеральная вата (/м 3 ) | 6.08 | 2,82 | 1042 | 0,03 | 0,02 | 0,06 | 0,82 |
| Стекловата (/м 3 ) | 4,98 | 3.20 | 835 | 0,03 | 0,03 | 0,08 | 0,36 |
Выбросы также могут быть выражены в годах жизни с поправкой на инвалидность (DALY), показателе общего бремени болезней, вызванного жизненным циклом ветряной турбины. Для ветряной турбины, произведенной в Дании в начале 2000-х годов, мощность ветряной турбины мощностью 3,0 МВт составляет от 1,25 до 2,14 DALY. [2] Если бы ветряная турбина должна была быть утилизирована на свалке, влияние отказа от переработки минеральных ресурсов привело бы к более высокому показателю, но переработка стали, алюминия и меди в ветряной турбине уменьшила бы ожидаемые выбросы и снизила воздействие человека. .
Окупаемость инвестиций (EROI)
Обычно установлено, что время окупаемости энергии составляет менее полугода. [3] Энергетический баланс определяется путем деления энергопотребления турбины в течение ее ожидаемого срока службы на годовую выработку энергии этой турбиной. Потребление энергии включает всю энергию, необходимую для производства, транспортировки, монтажа, демонтажа и утилизации турбины. В тематическом исследовании, сравнивающем наземную и морскую ветряную электростанцию в Дании, окупаемость морской энергии была больше примерно на 1,3 месяца. Подробную информацию о потреблении и производстве энергии можно увидеть в прикрепленном документе. [4]
Ниже приведены результаты:
Оффшорная ветряная турбина
Энергопотребление одной морской турбины составляет 6 074 655 кВтч (на ожидаемый срок службы турбины). Вырабатываемая энергия составляет 8 088 000 кВтч/год.
Энергетический баланс:
6,074,655(кВтчас)8,088,000(кВтчас/уеар)"="0,75уеарс"="9монтчасс{\ displaystyle {\ frac {6 074 655 (кВтч)} {8 088 000 (кВтч / год)}} = 0,75 года = 9 месяцев}
Береговая ветряная турбина
Энергопотребление одной береговой турбины составляет 3 635 850 кВтч (на ожидаемый срок службы турбины). Произведенная энергия составляет 5 634 000 кВтч/год.
Энергетический баланс:
3,635,850(кВтчас)5,634,000(кВтчас/уеар)"="0,65уеарс"="7.7монтчасс{\displaystyle {\frac {3,635,850(kWh)}{5,634,000(kWh/year)}}=0.65years=7.7months}
Эффективность
Еще одним показателем EROI является эффективность, выраженная какη{\displaystyle \eta }
η"="157,800МВтч7,795МВтч"="20.24{\displaystyle \eta ={\frac {157,800{\text{MWh}}}{7,795{\text{MWh}}}}=20.24}
Утилизация/переработка/срок службы
Как правило, срок службы ветряной турбины оценивается в 20 лет. Большая часть материалов, используемых в ветряных турбинах, перерабатывается, а затем отправляется на хранение. На семинаре по утилизации ветряных турбин в Дании был сделан вывод о том, что наиболее важным фактором максимального потенциала переработки является разделение материалов во время производства. [4] Материалы, которые могут быть переработаны, включают сталь, алюминий и медь, в то время как ПВХ, резина и стекло сжигаются на мусороперерабатывающих заводах. Подсчитано, что 94% материалов, используемых для строительства, подлежат вторичной переработке. [3]Если материалы из переработанной турбины используются для строительства новой турбины, только около 80% переработанного материала может быть использовано, потому что медь, сталь и алюминий требуют комбинации нового и переработанного материала для строительства.
| Материалы | Сценарий |
|---|---|
| Стальные лезвия | 90% переработка |
| Шуршит сталь | 90% переработка |
| Чугун | 90% переработка |
| Медь | 95% переработка |
| Алюминий | 90% переработка |
| Пластик, ПВХ | 100% депозит |
| Стекловолокно | 100% депозит |
| Масло | 100% сжигание |
| Вести | 90% переработка |
| Цинк | 90% переработка |
См. Также: Утилизация лопастей ветряных турбин.
Заключение
В целом, ветряные турбины представляют собой чистый прирост энергии, но потерю некоторых невозобновляемых ресурсов, таких как пластмассы, резина и смолы, используемые в производстве. Хотя экологические выгоды от производства энергии с нулевым выбросом углерода перевешивают углерод, выбрасываемый при производстве ветряной турбины, затраты (с точки зрения выбросов парниковых газов) можно снизить, включив тщательный план переработки в проектирование и производство каждого компонента, а также за счет использования зеленой энергии в производственном процессе. [2]
Воздействия не учтены
В зависимости от исследования внешние факторы также оцениваются для полного жизненного цикла ветряных турбин. Они могут включать, но не ограничиваться:
- Шум
- Заболевания, вызванные загрязнителями окружающей среды
- Визуальное удобство ветряных электростанций
- Несчастные случаи
- Воздействие на дикую природу
Как правило, ущерб, связанный с шумом и эстетикой, намного больше для наземных ветряных электростанций, чем для морских ветряных электростанций. Все анализы жизненного цикла содержат значительную долю неопределенности.
Рекомендации
- ↑ Веб-сайт renclean windnotes.php
- ↑Перейти к:2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 http://www.infra.kth.se/fms/utbildning/lca/projects%202006/Group%2007%20%28Wind%20turbine%29.pdf
- ↑Перейти к:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 searchStrId=1306538044&rerunOrigin=google&acct=C000059563&version=1&urlVersion=0&userid=521384&md5=8a3d99ead541554bcea192a8ad18d024 Шлейснер, Л., (2000), Оценка жизненного цикла ветряной электростанции и связанных с ней внешних факторов, Пергемон, возобновляемая энергия 20 (2000) 279-288, Роскилле, Дания.
- ↑Перейти к:4,0 4,1 4,2 4,3 Elsam Engineering (2004), Оценка жизненного цикла морских и береговых ветряных электростанций.
Внешние ссылки
- Мета-анализ чистого возврата энергии для ветроэнергетических систем , Ида Кубишевския, Катлер Дж. Кливлендb, Питер К. Эндреск, 25 февраля 2009 г. Ограниченный доступ.
- Life Cycle Assessment Of Electricity Production from a Vestas V112 Turbine Wind Plant, Neil D'Souza, Erhi Gbegbaje-Das and Dr. Peter Shonfield for PE North West Europe ApS, February 2011. Evaluates the potential environmental impacts associated with production of electricity from a 100 MW onshore wind plant comprised of thirty-three V112 3.0 MW wind turbines from a life cycle perspective.
- Does building turbines use more energy than they produce?, Environment, guardian.co.uk, 29 February 2012. Brief summary of the two articles linked above (Meta-analysis of net energy return for wind power systems and Life Cycle Assessment Of Electricity Production from a Vestas V112 Turbine Wind Plant).