Beberapa sumber energi alam terbarukan yang paling penting adalah: 1. Bio-energi 2. Energi panas bumi 3. Energi hidroelektrik 4. Sistem Pemanasan Surya Aktif 5. Energi Angin.
1. Bio-energi:
Bio-energi menggunakan sumber daya biomassa terbarukan untuk menghasilkan serangkaian produk terkait energi termasuk listrik, bahan bakar cair padat dan gas, panas, bahan kimia, dan bahan lainnya. Bio-energi menyumbang sekitar tiga persen dari produksi energi primer.
Ini berasal dari biomassa, yaitu bahan organik yang berasal dari tanaman yang tersedia secara terbarukan, termasuk tanaman dan pohon energi khusus, tanaman pangan dan pakan pertanian, limbah dan residu tanaman pertanian, limbah dan residu kayu, tanaman air, limbah hewan, limbah kota. , dan bahan limbah lainnya.
Jenis Bio-energi dan Bio-fuel:
Bahan bakar cair termasuk etanol, metanol, biodiesel, dan bahan bakar gas seperti hidrogen dan metana yang berasal dari bahan baku biomassa. Bahan bakar bio adalah bahan bakar cair yang terbuat dari ester, alkohol, eter, dan bahan kimia biomassa lainnya. Mereka adalah bahan bakar terbarukan yang dapat diproduksi di iklim apa pun dengan menggunakan praktik pertanian yang sudah berkembang. Bio-fuel yang umum meliputi: etanol dan biodiesel. Etanol terbuat dari pati atau gula, biasanya biji-bijian atau jagung. Biodiesel adalah ester yang terbuat dari lemak atau minyak. Etanol selulosa adalah masa depan.
Keuntungan Bio-fuel:
- Karena bahan bakar nabati dapat diperbarui, bahan bakar ini dapat digunakan tanpa batas waktu tanpa menghabiskan cadangan sumber daya alam bumi
- Bio-fuel dapat diproduksi dalam waktu singkat (misalnya: satu musim tanam) sedangkan yang tidak terbarukan, seperti bahan bakar fosil, membutuhkan waktu 40 juta tahun atau lebih untuk diproduksi.
- Bio-fuel adalah karbon-netral, yang berarti output bersih C0 2 sama dengan input bersih C0 2 . Bio-fuel mengurangi emisi berbahaya ke atmosfer. Itu terbarukan dan tidak berkontribusi terhadap pemanasan global karena
siklus karbonnya yang tertutup.
Karbon dalam bahan bakar pada awalnya dihilangkan dari udara oleh tumbuhan sehingga tidak ada peningkatan bersih dalam kadar karbon dioksida. Ini memberikan pengurangan substansial dalam karbon monoksida, hidrokarbon yang tidak terbakar, dan emisi partikulat dari mesin diesel.
Sebagian besar uji emisi menunjukkan sedikit peningkatan oksida nitrogen (NOx) dengan biodiesel. Peningkatan NOx ini dapat dihilangkan dengan sedikit penyesuaian pada waktu injeksi mesin sambil tetap mempertahankan penurunan partikulat. Biodiesel memiliki sifat pelumasan yang sangat baik, bila ditambahkan ke bahan bakar diesel biasa dalam jumlah yang sama dengan 1-2%, dapat mengubah bahan bakar dengan sifat pelumasan yang buruk, seperti bahan bakar diesel ultra rendah sulfur modern, menjadi bahan bakar yang dapat diterima.
- Biodiesel dibuat dari berbagai bahan baku:
sebuah. Minyak kedelai, minyak jagung, minyak kanola (varietas biji gape yang dapat dimakan), minyak biji kapas, minyak mustard, minyak kelapa sawit, minyak bunga matahari, minyak biji rami, minyak jarak pagar, dll.
- Limbah minyak restoran seperti minyak goreng
- Lemak hewani seperti lemak sapi atau lemak babi
- Trap grease (dari grease trap restoran), float grease (dari instalasi pengolahan air limbah), dll.
- Bahan bakar nabati memperkuat ekonomi dengan:
sebuah. Mengurangi ketergantungan pada minyak asing (sehingga mengurangi defisit perdagangan)
- Mendorong pertumbuhan di sektor pertanian
- Bio-power listrik yang dihasilkan dari biomassa. Berdasarkan teknologi pembakaran langsung: pembakaran biomassa untuk menghasilkan uap di boiler. Uap digunakan untuk menghasilkan listrik di generator turbin uap. Sebagian besar bio-power yang dihasilkan berasal dari limbah kayu. Teknologi bio-tenaga masa depan dapat mencakup pembakaran bersama, gasifikasi (biogas), pirolisis, dan pencernaan anaerobik.
- Bahan kimia berbasis bio dan produk industri, selain makanan dan pakan, berasal dari bahan baku biomassa. Contoh: bahan kimia hijau, plastik terbarukan, serat alami, dan bahan struktural alami.
2. Energi Panas Bumi:
Perkembangan sumber energi alternatif dipicu oleh ancaman habisnya sumber energi tradisional, dorongan untuk swasembada, dan dorongan untuk menemukan sumber energi alternatif yang tersedia secara luas, serbaguna, terbarukan, dan berdampak terbatas pada lingkungan.
Energi Panas Bumi adalah energi panas yang dihasilkan oleh proses alami yang terjadi di dalam bumi. Fumarol, mata air panas, dan pot lumpur adalah fenomena alam yang dihasilkan dari aktivitas panas bumi. Panas internal dari bumi (yang dihasilkan oleh peluruhan bahan radioaktif alami).
Situs yang paling mungkin berada di dekat batas lempeng dengan gunung berapi aktif dan aliran panas yang tinggi, misalnya Lingkar Pasifik, Islandia, Mediterania. Fasilitas untuk eksploitasi energi panas bumi banyak digunakan di Italia, AS, Jepang, Selandia Baru, Meksiko, Uni Soviet.
Pemanfaatan tradisional energi panas bumi: Pelepasan energi panas bumi secara alami telah digunakan selama berabad-abad dalam Balneologi (Penyembuhan, Kebersihan), Layanan rumah tangga seperti Memasak, mencuci pakaian, (Keluaran Penduduk Asli Selandia Baru), Ekstraksi mineral, di mana air panas bumi dapat mengandung mineral bermanfaat seperti asam borat, belerang, vitriol atau aluminium.
Pemanfaatan energi panas bumi:
Suhu di bumi bervariasi dengan kedalaman seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3.2. Di dalam bumi, area yang berbeda memiliki gradien termal yang berbeda dan dengan demikian potensi pemanfaatannya juga berbeda. Gradien termal yang lebih tinggi sesuai dengan area yang mengandung lebih banyak energi panas bumi. Area panas bumi yang dapat digunakan untuk operasi skala besar seperti pembangkit listrik memerlukan gradien termal tertentu.
Area yang memiliki gradien ini diklasifikasikan sebagai lapangan panas bumi dan hanya terletak di area tertentu di dunia. Ladang geotermal adalah area termal, di mana formasi batuan permeabel di bawah tanah mengandung fluida kerja yang tanpanya area tersebut tidak dapat dieksploitasi dalam skala besar. 
Karakterisasi lapangan panas bumi:
sebuah. Semi-thermal field- menghasilkan air hingga 100 °C dari kedalaman pengeboran 1-2 km
- Wet hyper-thermal field (water-dominated)- menghasilkan air bertekanan > 100 °C
- Medan hiper-termal kering (dominasi uap)- menghasilkan uap kering jenuh, atau sedikit super panas pada P > P atm
Dengan mengeksploitasi lapangan panas bumi, khususnya lapangan hipertermal, energi panas bumi dapat dimanfaatkan dalam skala besar. Medan semi-termal biasanya ditemukan di daerah yang memiliki gradien suhu tinggi yang tidak normal, medan hiper-termal umumnya terletak di batas lempeng tektonik di zona seismik. Panas mengalir keluar dari pusat sebagai akibat peluruhan radioaktif.
Kerak (tebal sekitar 30 dan 60 km), melindungi kita dari panas interior, inti dalam yang padat diikuti oleh inti luar yang cair, dengan mantel dalam keadaan setengah cair, dan suhu di dasar kerak sekitar 1000 °C, meningkat perlahan ke inti. Titik panas terletak 2 hingga 3 km dari permukaan.
Lempeng tektonik bergerak konstan (beberapa sentimeter/tahun). Ketika tumbukan atau gerinda terjadi, dapat menciptakan gunung, gunung berapi, geyser, dan gempa bumi. Di dekat persimpangan lempeng-lempeng ini, di mana panas bumi mengalir dengan cepat dari dalam? Distribusi cadangan energi panas bumi utama ditunjukkan pada Gambar. 3.3.
- Dampak lingkungan untuk instalasi pembangkit listrik tenaga panas bumi jauh lebih sedikit daripada pembangkit listrik tradisional dalam hal dampak tanah, dampak udara, dampak permukaan dan air tanah dan dampak estetika lebih lanjut berkurang dalam sistem di mana air limbah dan uap panas bumi diinjeksikan kembali ke dalam tanah.
Keparahan dampak lingkungan tergantung pada: jenis sumber daya termal yang dikembangkan, komposisi kimia fluida panas bumi, komposisi kimia batuan bawah permukaan, geologi, hidrologi dan topografi kawasan serta teknologi yang digunakan untuk produksi energi dan pengendalian polusi. Perencanaan pengelolaan seringkali dapat mengurangi pengaruh polusi melalui pengendalian emisi dan perencanaan yang tepat.
3. Energi Hidroelektrik:
Tenaga air harus menjadi salah satu metode tertua untuk menghasilkan tenaga. Energi tenaga air diperoleh dari air yang mengalir. Energi dalam air dapat dimanfaatkan dan digunakan, dalam bentuk energi gerak atau perbedaan suhu. Aplikasi yang paling umum adalah bendungan, tetapi dapat digunakan secara langsung sebagai gaya mekanis atau sumber/penampung panas.
Pembangkit listrik tenaga air dari energi potensial elevasi perairan, saat ini memasok sekitar 715.000 MWe atau 19% listrik dunia dan bendungan besar masih dirancang. Terlepas dari beberapa negara dengan kelimpahannya, tenaga air biasanya diterapkan pada permintaan beban puncak, karena begitu mudah dihentikan dan dimulai.
Namun demikian, pembangkit listrik tenaga air mungkin bukan pilihan utama untuk masa depan produksi energi di negara-negara maju karena sebagian besar situs utama di negara-negara ini dengan potensi memanfaatkan gravitasi dengan cara ini sudah dieksploitasi atau tidak tersedia karena alasan lain seperti lingkungan. pertimbangan.
Pembangkit listrik tenaga air atau mikrohidro skala kecil semakin banyak digunakan sebagai sumber energi alternatif terutama di daerah terpencil sumber daya lain tidak layak. Sistem tenaga air skala kecil dapat dipasang di sungai atau sungai kecil dengan sedikit atau tanpa efek lingkungan yang terlihat pada hal-hal seperti migrasi ikan. Sebagian besar sistem tenaga air skala kecil tidak menggunakan bendungan atau pengalihan air utama, melainkan menggunakan kincir air dengan dampak lingkungan yang kecil.
Air dibutuhkan untuk menjalankan unit pembangkit listrik tenaga air. Itu diadakan di reservoir atau danau di belakang bendungan dan kekuatan air yang dilepaskan dari reservoir melalui bendungan memutar bilah turbin. Turbin dihubungkan dengan generator yang menghasilkan listrik. Setelah melewati turbin, air masuk kembali ke sungai di sisi hilir bendungan. (Gbr. 3.4).
4. Sistem Pemanasan Surya Aktif:
Cairan yang dipanaskan oleh Sistem Pemanasan Surya Aktif disirkulasikan secara artifisial. Pelat datar kolektor pelat logam datar menyerap energi matahari. Cairan bersentuhan dengan pelat dan diedarkan ke tempat yang dibutuhkan. Pelat terdapat dalam kotak berinsulasi dengan tutup kaca (kaca buram terhadap radiasi ulang infra merah tetapi memungkinkan masuknya 90% radiasi insiden).
Jenis Kolektor:
- Tabung diapit di antara piring
2 Air menetes di atas piring
- Tikar karet hitam dengan tabung dan sirip (kolam renang suhu rendah)
- Efisiensi kolektor = 100% x (energi yang berguna dikirimkan)/ (insolasi pada kolektor) jumlahnya bisa setinggi 60-70%
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi:
- Suhu air – karena kehilangan konduksi bergantung pada T, lebih besar T = lebih banyak kehilangan
- Kehilangan radiasi – benda panas memancar. Lapisan penyerap membantu film oksida tembaga—absorbansi =.9, emisivitas = .15
- Sudut kolektor – tergantung penggunaan.
Penyimpanan:
Ada beberapa jenis sistem penyimpanan yang berbeda, penggunaannya bergantung pada ruang.
Volume kapasitas panas = jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan satu satuan volume material, suhu satu derajat = panas spesifik x kerapatan Ex. besi 1/8 kapasitas panas air, tetapi 8 kali lebih padat Kita dapat menggunakan air di bawah lapisan batuan, terutama untuk sistem udara Bahan yang berubah fasa – pelepasan panas fusi, dapat disimpan lebih kecil, tetapi menyimpan penyimpanan pada suhu tertentu. Mantan. garam eutektik.
Kegunaan:
- Pemanas ruangan – Radiator alas tiang. Panas dari kolektor dipompa ke tangki penyimpanan. Cairan kemudian dipompa keluar, dan jika perlu, panas tambahan ditambahkan sebelum masuk ke alas tiang
- Air panas – Sama seperti pemanas ruangan, kecuali air pasti digunakan (penukar panas di tangki penyimpanan).
Kolektor Terfokus:
Kolektor Terfokus – tata surya aktif yang menggunakan cermin melengkung untuk memfokuskan sinar matahari pada fluida kerja. Dapat mencapai suhu lebih besar dari 180 F dan hingga 1000 F. Penggunaan utama adalah pada generator uap (mengapa Anda membutuhkan 1000 F air atau udara?)
Sistem Pemanasan Tenaga Surya Pasif:
Sistem pemanas matahari pasif – cairan yang dipanaskan tidak ditransmisikan secara artifisial. Cara alami (konveksi dan konduksi) digunakan untuk melakukan semua transportasi yang diperlukan. Keuntungan besar dalam penghematan. Jenis sistem ini menggunakan fakta bahwa jumlah energi matahari yang ditransmisikan melalui kaca selama 24 periode lebih besar daripada panas yang hilang melalui kaca. Semua jenis membutuhkan insulasi yang sangat baik, pengumpulan tenaga surya, dan fasilitas penyimpanan panas.
Empat jenis yang umum adalah:
sebuah. Keuntungan langsung – sinar matahari langsung memanaskan ruangan. Membutuhkan massa termal untuk menyimpan panas (Beton, batu, dll). Rumah Adobe di barat daya
- Keuntungan tidak langsung – kumpulkan dan simpan energi di satu bagian dan biarkan konveksi alami mentransfer energi ke bagian lain. Mantan. dinding Trombus
- Rumah kaca terlampir – seperti keuntungan tidak langsung. Namun juga memberikan penghalang selama musim panas dari sinar matahari langsung di tempat tinggal. Juga baik untuk produksi makanan
- Thermosiphon – dapat digunakan untuk air panas. Untuk pemanas rumah atau unit jendela menggunakan daya apung alami untuk memanaskan.
Ekonomi:
Sistem aktif itu mahal, pasif lebih murah. Lebih mahal untuk melakukan retro-fit daripada membangun. Di masa-masa ini, tanpa insentif untuk melakukannya (harga energi rendah, tidak ada dividen matahari) dan cara ekonomis, tidak ada yang memikirkannya.
Dorongan terbesar mungkin lebih karena alasan lingkungan:
sebuah. Kemungkinan penghematan — 25% penggunaan energi digunakan untuk pemanasan dan pendinginan
- Negara bagian utara memiliki kebutuhan udara panas yang lebih besar di musim dingin, tetapi menerima lebih sedikit insolasi daripada negara bagian selatan
- Penggunaan terbesar South mungkin untuk air panas. Air panas domestik menyumbang 4% dari penggunaan energi.
- Baterai menyimpan daya yang dihasilkan dan melepaskan daya sesuai kebutuhan.
- Bank baterai terdiri dari satu atau lebih baterai jenis solar deep-cycle.
- Bergantung pada arus dan voltase untuk aplikasi tertentu, baterai disambungkan secara seri dan/atau paralel.
Tiga cara untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik, terutama, turbin angin fotovoltaik dan turbin panas matahari (uap).
Prinsip Sel Surya:
Efek fotolistrik – ditemukan oleh Heinrich Hertz pada tahun 1887. Dijelaskan oleh Einstein pada tahun 1905. Elektron dipancarkan ketika cahaya menumbuk logam. Teka-teki adalah untuk warna cahaya tertentu, tidak ada elektron yang dipancarkan. Penjelasan – Cahaya memiliki sifat gelombang dan partikel. Jika kita memikirkan partikel, maka setiap foton memiliki energi sebesar E=hf. Saat foton diserap oleh logam, jika hf lebih besar dari energi ikat elektron ke logam, maka elektron dibebaskan.
Pembuatan Sel Surya:
Sebagian besar sel surya (PV) terdiri dari dua bahan semikonduktor yang disatukan. Silikon “didoping” dengan fosfor untuk membuat kristal semikonduktor tipe-n, yang digabungkan ke silikon “didoping” dengan boron (kristal semikonduktor tipe-p) untuk membuat sambungan pn. Ini menciptakan penghalang potensial yang “memberikan arah” ke elektron yang dibebaskan, yaitu elektron yang dibebaskan didorong ke arah penurunan energi potensial.
persimpangan p-n juga dapat dibentuk dari silikon amorf (tanpa struktur kristal). Ikatan yang menjuntai (kurangnya struktur kristal) dapat menangkap elektron bebas. Ini murah untuk diproduksi dan efisien di bawah lampu neon.
Bahan selain silikon dapat digunakan untuk membuat sambungan pn. Bahan-bahan seperti gallium arsenide, cadmium telluride, dan cadmium sulfide dapat digunakan. Efisiensi yang lebih tinggi daripada sel PV berbasis silikon dapat dicapai (kutipan buku sebesar 40% tidak sejalan dengan penggunaan jangka panjang; efisiensi terbaik sekitar 20-25%).
5. Energi Angin:
Tenaga angin adalah energi kinetik angin, atau ekstraksi energi ini oleh turbin angin. Pada tahun 2004, tenaga angin menjadi bentuk pembangkit listrik baru yang paling murah, turun di bawah biaya per kilowatt-jam pembangkit berbahan bakar batu bara.
Tenaga angin tumbuh lebih cepat daripada bentuk pembangkit listrik lainnya, sekitar 37%, naik dari pertumbuhan 25% pada tahun 2002. Pada akhir 1990-an, biaya tenaga angin sekitar lima kali lipat dari biaya pada tahun 2005, dan itu menurun. tren diperkirakan akan berlanjut karena turbin multi-megawatt yang lebih besar diproduksi secara massal.
Diperkirakan 1 hingga 3 persen energi dari Matahari diubah menjadi energi angin. Ini sekitar 50 hingga 100 kali lebih banyak energi daripada yang diubah menjadi biomassa oleh semua tanaman di bumi melalui fotosintesis. Sebagian besar energi angin ini dapat ditemukan di dataran tinggi di mana kecepatan angin terus-menerus lebih dari 160 km/jam (100 mph) biasa terjadi. Akhirnya, energi angin diubah melalui gesekan menjadi panas menyebar ke seluruh permukaan bumi dan atmosfer.
Sementara kinetika angin yang tepat sangat rumit dan relatif sedikit dipahami, dasar asalnya relatif sederhana. Bumi tidak dipanaskan secara merata oleh matahari. Tidak hanya kutub menerima lebih sedikit energi dari matahari daripada ekuator, tetapi tanah kering memanas (dan mendingin) lebih cepat daripada laut.
Kekuatan pemanasan diferensial sistem konveksi atmosfer global mencapai dari permukaan bumi ke stratosfer bertindak sebagai langit-langit virtual. Pergantian musim, pergantian siang dan malam, efek Coriolis, albedo (reflektifitas) tanah dan air yang tidak teratur, kelembapan, dan gesekan angin di medan yang berbeda adalah beberapa dari banyak faktor yang memperumit aliran angin di atas permukaan. .
