Pepa ʻIke Kino ma ka Ikehu Hou
Pendahuluan
He mea nui ka ikehu i ke ola kanaka. Aneane pau nā hana hou—mai ke kukui a me ka halihali ʻana i ka ʻoihana a me ke kamaʻilio ʻana—e hilinaʻi ʻia ana i ka loaʻa ʻana o ka ikehu ma ke ʻano hiki ke hoʻohana ʻia. No nā makahiki he ʻumi a ʻoi aku, ua hoʻokō ʻia nā pono ikehu honua ma o nā wahie fossil e like me ka ʻaila, ka lanahu, a me ke kinoea kūlohelohe. Eia nō naʻe, ʻo ka hoʻohana ʻana i nā wahie fossil e hāpai ana i ʻelua mau pilikia nui: nā waihona palena a me nā hopena o ke kaiapuni, ʻoiai nā hoʻokuʻu kinoea ʻōmaʻomaʻo e hoʻolalelale ana i ka hoʻomehana honua. No laila, ʻo ka hoʻomohala ʻana i ka ikehu hou he hopena koʻikoʻi ia e mālama i kahi lako ikehu hoʻomau a hōʻemi i ka pōʻino o ke kaiapuni.
Ma ke ʻano o ka physics, he mea hoihoi ke kūkākūkā ʻana i ka ikehu hou no ka mea pili ia i nā loina kumu like ʻole, e like me ka hoʻololi ʻana i ka ikehu, ka pono, nā nalu electromagnetic, ka mechanics fluid, thermodynamics, a me ke kumumanaʻo o ka mana. Kūkākūkā kēia pepa i ke kumumanaʻo o ka ikehu hou mai kahi kuanaʻike physics, kona mau ʻano, nā loina hana o nā ʻenehana koʻikoʻi, kona mau pono a me nā palena, a me nā pilikia hoʻokō.
Ke Manaʻo o ka Ikehu Hou i ka Physics
ʻO ka ikehu hou ka ikehu i loaʻa mai nā kumu kūlohelohe i hiki ke hoʻohou hou ʻia ma ke ʻano kūlohelohe ma ka pae manawa kanaka, e like me ka lā, ka makani, ke kahe ʻana o ka wai, ka ikehu geothermal, a me ka biomass. ʻAʻole e like me nā wahie fossil, i hoʻokumu ʻia ma luna o nā miliona o nā makahiki, loaʻa mau ka ikehu hou a hiki ke hoʻihoʻi koke ʻia.
Ma ke kino, ʻaʻole hiki ke hana ʻia a luku ʻia paha ka ikehu (ke Kānāwai o ka Mālama ʻana i ka Ikehu), akā hiki ke hoʻololi i ke ʻano. ʻO ka ikehu hou ke kaʻina hana o ka hoʻohana ʻana i ka ikehu kūlohelohe a hoʻololi iā ia i ikehu uila a wela paha. Ma kēia kaʻina hana hoʻololi, he mea koʻikoʻi ka manaʻo o ka mana. Ua wehewehe ʻia ka mana ʻo ia ka wikiwiki o ka loli o ka ikehu i ka hala ʻana o ka manawa:
P = E / t
I kēia manawa, ʻo ka pono he hōʻailona ia o ka holomua o kahi ʻōnaehana i ka hoʻololi ʻana i ka ikehu:
η = (Ikaika hoʻopuka pono / Ikaika hoʻokomo) × 100%
I ka hoʻomohala ʻana i ka ʻenehana ikehu hou, ʻo ka pono o ka ʻōnaehana, ke kūpaʻa o ka lako, a me ka mālama ʻana i ka ikehu nā mea nui e nānā ai.
Nā ʻAno o ka Ikehu Hou a me ko lākou mau Kumumanaʻo Kino
1. Ikehu Lā
Hoʻohana ka ikehu lā i ka radiation electromagnetic mai ka Lā. ʻElua mau ala nui: photovoltaic (PV) a me ka solar thermal.
a. Nā Panela Lā (Photovoltaics)
Hana nā cell solar ma muli o ka hopena photoelectric a me nā waiwai o nā semiconductors. Ke kuʻi nā photons mai ka lā i kahi mea semiconductor (e like me ka silicon), hiki i ka ikehu o ka photon ke hoʻokuʻu i nā electrons a hana i nā hui electron-hole. ʻO ke kahua uila kūloko ma ka hui p-n e koi i nā uku e neʻe, e hana ana i kahi au uila. ʻO ka nui o ka ikehu photon e pili ana i ke alapine o ke kukui:
E = hf
Hoʻopilikia ʻia ka pono o nā panela solar e ka mahana, ka ikaika o ka mālamalama, ke kihi o ka hanana, a me ka maikaʻi o nā mea. ʻO ka maʻamau, ʻo ka pono o nā panela solar hou he 15-23% no ka hoʻohana ʻana ma ke ʻano kalepa, ʻoiai hiki ke kiʻekiʻe aʻe nā ʻenehana hou ma lalo o kekahi mau kūlana.
b. Ka wela o ka lā
Hoʻohana nā ʻōnaehana wela o ka lā i ka wela o ka lā e hoʻomehana i kahi wai (wai a ʻaila wela paha), a laila hoʻohana pololei ʻia a i ʻole e hana i ka mahu e hoʻohuli i kahi turbine. ʻO nā kumumanaʻo o ka thermodynamics a me ka hoʻoili wela (conduction, convection, a me ka radiation) ka mea nui ma ʻaneʻi.
2. Ikehu makani
Loaʻa ka ikehu makani mai ka ikehu kinetic o ke kahe ʻana o ka ea i hoʻokumu ʻia e nā ʻokoʻa kaomi a me ka hoʻomehana ʻana o ka ʻili o ka Honua e ka lā. Hoʻololi nā turbine makani i ka ikehu kinetic o ka makani i ikehu mechanical rotational, a laila hoʻololi nā mea hana i ikehu uila ma o ka induction electromagnetic (Faraday's Law).
Hiki ke kuhi ʻia ka mana kumumanaʻo o ka makani e hele ana ma kahi ʻāpana ʻāpana A ma o:
P = ½ ρ A v³
kahi ʻo ρ ka nui o ka ea a ʻo v ka wikiwiki o ka makani. Hōʻike kēia haʻilula he koʻikoʻi loa ka mana i ka wikiwiki o ka makani (ma ke ʻano he hana o ka cube o ka wikiwiki o ka makani), e hoʻolilo ana i kahi o ke kau ʻana o ka turbine i mea koʻikoʻi.
Eia naʻe, ʻaʻole hiki ke hōʻiliʻili ʻia nā ikehu makani āpau. Aia kahi palena kino i ʻike ʻia ʻo ka Betz Limit, kahi e ʻōlelo nei ʻo ka pono kiʻekiʻe loa o kahi turbine makani kūpono ma kahi o 59,3%.
3. Ikehu Wai (Hydroelectric)
Hoʻohana nā hale hana mana hydroelectric (PLTA) i ka ikehu hiki ke hoʻohana ʻia e ka umekaumaha o ka wai ma nā wahi kiʻekiʻe. Ke kahe ka wai i lalo, hoʻololi ʻia ka ikehu hiki i ka ikehu kinetic, e hoʻohuli ana i nā turbine a me nā mea hana uila e hana i ka uila.
Hiki ke helu ʻia ka mana i hana ʻia ma ka hoʻohana ʻana i:
P = ρ gh Q η
kahi ʻo g ka wikiwiki ma muli o ke koʻikoʻi, ʻo h ke poʻo, ʻo Q ka hoʻokuʻu ʻana o ka wai, a ʻo η ka pono o ka ʻōnaehana. Loaʻa i nā mea kanu mana hydroelectric ke kiʻekiʻe o ka pono (ʻoi aku ma mua o 80-90%), e lilo ana lākou i hoʻokahi o nā kumu ikehu hou loa. Eia nō naʻe, hiki i nā papahana pā nui ke hoʻopilikia i nā kaiaolaola muliwai a me ke ola kaiaulu o nā kaiāulu a puni.
4. Ikehu Honua
Loaʻa ka ikehu geothermal mai ka wela o loko o ka Honua, i hana ʻia e ka palaho radioactive a me ke koena wela mai ka hoʻokumu ʻia ʻana o ka honua. Hoʻohana nā hale hana mana geothermal i ka mahu wela a i ʻole ka wai wela mai nā waihona wai ma lalo o ka honua e hoʻohuli i nā turbine.
Ma ke ʻano thermodynamic, hana nā ʻōnaehana geothermal e like me nā hale hana mana thermal ʻē aʻe: hoʻololi ka wela i ka wai i mahu, kahi e hoʻohuli ai i kahi turbine, a laila hoʻopili hou ʻia ka mahu. ʻO nā pilikia nui ka pala, ka nui o nā mineral, a me nā wahi kūpono i kaupalena ʻia. ʻO ka pōmaikaʻi, hiki i ka mana geothermal ke hāʻawi i kahi lako uila paʻa (baseload), kūʻokoʻa i nā kūlana o kēlā me kēia lā.
5. Biomass
ʻO ka biomass e komo pū ana me nā mea olaola e like me ka lāʻau, nā ʻōpala mahiʻai, a me nā ʻōpala olaola hiki ke puhi ʻia a hana ʻia paha i biofuel. ʻO ka ikehu biomass ka ikehu kemika i mālama ʻia ma o ka photosynthesis. Ke puhi ʻia a hoʻomoʻa ʻia paha, hoʻokuʻu ʻia ka ikehu kemika ma ke ʻano he wela a hoʻololi ʻia paha i wahie.
Mai kahi kuanaʻike kaiapuni, manaʻo pinepine ʻia ka biomass he mea hou, akā pono e mālama pono ʻia e pale aku i ka hoʻoneʻe ʻāina a i ʻole nā hoʻokuʻu ʻupena kiʻekiʻe. ʻO ka pono o ka hoʻololi ʻana a me ke ʻano o ke ahi e hoʻoholo pū i ka nui o ka haumia.
Nā Pōmaikaʻi a me nā Palena o ka Ikehu Hou
He mau pono koʻikoʻi ko ka ikehu hou, me ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i nā hoʻokuʻu kalapona, nā kumuwaiwai he nui, a me ka hiki ke hoʻolaha i ke kūʻokoʻa ikehu. Ma ke ʻano o ka physics a me ka ʻenekinia, ke hoʻomau nei ka ulu ʻana o ka ʻenehana ikehu hou, e hopena ana i ka hoʻonui ʻana i ka pono i ka hala ʻana o ka manawa.
Eia nō naʻe, aia nā palena e pono e hoʻoponopono ʻia. ʻO ka mea mua, he mau kumu ia e hoʻololi pinepine ʻia, e like me ka lā a me ka makani, e koi ana i nā ʻōnaehana mālama ikehu (nā pila, ka hydro pumped, hydrogen) a i ʻole kahi pūnaewele akamai. ʻO ka lua, ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka mana o ka ikehu hou ma mua o nā wahie fossil, e koi ana i nā wahi hoʻonohonoho nui aʻe. ʻO ke kolu, pili kekahi mau ʻenehana, e like me ka hydropower a me ka geothermal, i ka wahi.
Nā Pilikia a me nā Kuhikuhi o ka Hoʻomohala ʻana
ʻAʻole wale ka hoʻomohala ʻana i ka ikehu hou he pilikia ʻenehana, akā he mea hoʻi e pili ana i ka hoʻokele waiwai, ke kulekele, a me nā ʻoihana. Mai kahi kuanaʻike physics i hoʻopili ʻia, ʻo nā pilikia nui e pili ana i ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka pono o nā mea (e laʻa, nā cell solar hanauna hou), ka hoʻomaikaʻi ʻana i nā turbine makani, ka hōʻemi ʻana i nā pohō hoʻoili, a me ka hana hou ʻana i ka mālama ikehu palekana a kūpono hoʻi. Hoʻohana nui ʻia nā ʻōnaehana pākahi Lithium-ion i kēia manawa, akā ke hoʻomau nei ka noiʻi e hoʻonui i nā pākahi sodium-ion, nā pākahi paʻa, a me ka mālama ʻana i ka hydrogen.
Eia kekahi, pono ka hoʻohui ʻana o ka ikehu hou i ke ʻano hoʻohālike a me ka kaohi ʻana i ka ʻōnaehana kani. Pono e kaulike ʻia nā loli o ka mana o ka lā a me ka makani me ke koi ma o ka wānana ʻana i ke aniau, ka hoʻokele ukana, a me ka ʻenehana grid hou.
Ka hopena
He hopena koʻikoʻi ka ikehu hou no ka hoʻokō ʻana i nā pono ikehu hoʻomau i ka wā e hiki mai ana. Ma o nā loina o ka physics—mai ka hopena photoelectric a me ka mechanics fluid a hiki i ka thermodynamics—hiki ke hoʻololi ʻia nā ʻano ikehu kūlohelohe like ʻole i uila a me ka wela pono. Loaʻa i kēlā me kēia ʻano ikehu hou kona mau pono a me nā palena ponoʻī, akā ma ke ʻano laulā he hopena liʻiliʻi ko lākou ma ke kaiapuni ma mua o nā wahie fossil. Me ka hoʻonui ʻia o ka pono, nā hana hou i ka mālama ʻana i ka ikehu, a me ke kākoʻo kulekele a me ke kahua, hiki i ka ikehu hou ke lilo i iwi kuamoʻo o kahi ʻōnaehana ikehu honua maʻemaʻe a paʻa hoʻi.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻohui i kahi papa inoa puke, ka hoʻonohonoho pilikia, nā pahuhopu, a me ke ʻano kākau no ka pepa i ʻoi aku ka kūlike o ke ʻano me nā kūlana pepa kula/koleke.
