Độ khả thi của ý tưởng về con đường phủ bằng pin năng lượng mặt trời

Độ khả thi của ý tưởng về con đường phủ bằng pin năng lượng mặt trời

Theo một số ước tính ban đầu, khoảng 0,2-0,5 phần trăm bề mặt đất của thế giới được bao phủ trong các con đường. Tỷ lệ này dự kiến ​​sẽ tăng 60% vào năm 2050. Nhưng nếu con đường tăng gấp đôi như máy phát điện?

Tại Trung Quốc, một trong những đường cao tốc năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới đang hình thành. Có thể là xa lộ năng lượng mặt trời là nhà máy điện của tương lai?

Một trong những lợi ích của nhiên liệu hóa thạch có nguồn năng lượng tái tạo là mật độ năng lượng. Lý do khá đơn giản: nhiên liệu hóa thạch là năng lượng tái tạo, cộng với hàng triệu năm lưu trữ. Dầu, than đá, và khí tự nhiên là tất cả các nguồn năng lượng được xây dựng từ cây cối (và các động vật ăn các cây đó) lưu giữ năng lượng mặt trời trong hàng thiên niên kỷ với quang hợp. Dĩ nhiên, nhiên liệu hóa thạch có mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với khai thác năng lượng mặt trời trong thời gian thực.

Nói một cách đơn giản: nhiên liệu hóa thạch đòi hỏi ít đất để sản xuất năng lượng hơn năng lượng mặt trời.

Một trong những trở ngại chính trong nỗ lực sử dụng năng lượng tái tạo là lượng không gian vật lý cần thiết để khai thác các nguồn năng lượng này. Mức tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng của chúng ta làm cho vấn đề này trở nên khó khăn. Năng lượng sơ cấp là tổng lượng năng lượng mà con người cần, từ tất cả các nguồn bao gồm nhiên liệu hóa thạch và năng lượng tái tạo. Chúng ta tiêu thụ 478 TW năng lượng sơ cấp vào năm 2016, và con số đó đang tăng lên hàng năm.

Ví dụ, nếu bạn muốn cung cấp tất cả năng lượng mà chúng ta sử dụng từ ethanol sinh học ngô, trong đó có một mật độ sản xuất điện của khoảng 0,2 watt cho mỗi mét vuông (một trong những điều tồi tệ nhất trong nhiên liệu sinh học), thì bạn phải cần hơn 2 x 10 15  m 2 đất chỉ để trồng ngô. Thật không may, đây là hơn bốn lần diện tích bề mặt của trái đất.

Những người ủng hộ chống lại nguồn năng lượng tái tạo thường sử dụng điều này để chứng minh rằng cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo là không thể thực hiện. Nhưng đây là một cường điệu; mật độ năng lượng cho một mảng pin năng lượng mặt trời trong sa mạc có thể đạt tới 20 W / m 2 hoặc nhiều hơn, và đột nhiên bạn đang đối phó với các phân số dễ quản lý hơn của bề mặt trái đất. Cũng lưu ý rằng năng lượng được sản xuất bởi các tấm pin mặt trời là ở dạng điện cao cấp.

Việc ngưng sử dụng các năng lượng hóa thạch scó nghĩa là sử dụng điện thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch thường hiệu quả hơn, chúng ta sẽ tiêu tốn ít năng lượng sơ cấp hơn trong một thế giới không có nhiên liệu hóa thạch; các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch không hoàn toàn có hiệu quả 100%, và một số khác mất tới 70 % năng lượng sơ cấp để chuyển thành điện năng. Nhưng để có một quy mô lớn các nguồn năng lượng tái tạo cần để thể thay thế chúng sẽ đòi hỏi rất nhiều đất đai.

Vì vậy, nhiều người đã chú ý đến các mạng lưới đường bộ.

Do đất đai đã được sử dụng, sự gián đoạn môi trường là thấp hơn. Các nhà máy điện không bị những vấn đề xa xôi có thể có ở Sahara; để bảo dưỡng và sửa chữa, chúng dễ dàng tiếp cận … bằng đường bộ. Kết hợp nó với đèn LED, và bạn có đường phố hiệu quả, biển báo và đường đánh dấu. Bạn thậm chí có thể mơ ước rằng, với truyền tải điện không dây, xe ô tô một ngày nào đó có thể được cung cấp năng lượng bởi những con đường lái xe.

Ý tưởng này có thể nghe quá xa vời, nhưng nó có rất nhiều sự hỗ trợ nhiệt tình từ các chính phủ và công ty.

Tuy nhiên, nỗ lực mới của Trung Quốc, sẽ làm bánh sandwich 2km của tấm pin mặt trời giữa nhựa đường trong suốt và một lớp chất cách điện bên dưới, chỉ là sự cố gắng mới nhất. Một đề xuất kỳ cục hơn đã được thể hiện trong Solar Road Freakin, một đoạn video có nổi tiếng với 22 triệu lượt xem đã tạo ra chiến dịch Indiegogo thu được hơn 2 triệu đô la. Những lời hứa của Solar Roadways, một công ty khởi nghiệp dựa trên Idaho, đã bị giới hạn bởi sự vô trách nhiệm, nhưng vẫn chiếm được trí tưởng tượng của công chúng.

Chẳng bao lâu người sáng lập Scott Brusaw, đã có một con đường thử nghiệm được xây dựng ở sân sau, tạo ra một nửa mức tiêu thụ năng lượng trung bình của Mỹ. David Biello, tác giả của Scientific American, lưu ý rằng “Kính cho các con đường phải được làm nóng, tự làm sạch, và có khả năng truyền tải ánh sáng cho PV dưới đây dưới các điều kiện thử, suy ra đây là một loại thủy tinh chưa tồn tại. “

Phương pháp của Trung Quốc, sử dụng một loại nhựa đường trong suốt mới thay vì kính, có thể vượt qua vấn đề vật liệu này vì các nhà chế tạo của nó cho rằng nó có thể chịu được áp lực gấp 10 lần so với loại nhựa đường thông thường. Xây dựng đường năng lượng mặt trời không phải là hoạt động một người hay một quốc gia; nguyên mẫu đã được xây dựng ở Hà Lan với một làn xe đạp được xây dựng bởi SolaRoad, và ở Pháp, với một dự án mà tuyên bố là con đường bảng năng lượng mặt trời đầu tiên. Những dự án này đã tạo ra sức mạnh trong vài năm, vì vậy ý ​​tưởng trên không phải là không thể. Thật không may, có một khoảng cách lớn giữa giấc mơ “không phải là không thể” và “thực tế”.

Để bắt đầu, hãy xem sét giá cả. Đi đường năng lượng mặt trời của Scott Brusaw: nếu bạn sử dụng ước tính giá của mình, chi phí thay thế con đường của Hoa Kỳ bằng đường năng lượng mặt trời sẽ ở mức 56 nghìn tỷ đô la, vì vậy chiến dịch Indiegogo sẽ không cắt giảm nó. Có một thoả thuận chính trị rộng rãi rằng Hoa Kỳ cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng, nhưng đầu tư bổ sung cho các con đường năng lượng mặt trời có thể khó thuyết phục các nhà đầu tư. Đường năng lượng mặt trời của Trung Quốc tốn 458 USD cho mỗi mét vuông, so với 746 USD của Brusaw, một cải tiến nhưng dường như không đủ.

Đúng là bất kỳ giải pháp thực sự nào cho cuộc khủng hoảng năng lượng của chúng ta cần phải có sự thay đổi căn bản và rộng khắp. Ước tính chi phí cho các chương trình tương tự như các tấm pin mặt trời ở Saharan , hoặc hút carbon dioxide ra khỏi khí quyển cũng có thể chạy vào hàng nghìn tỷ đô la.

Nhưng cùng với chi phí, vẫn có một câu hỏi rất thực tế về việc liệu điều này có thể làm việc như một giải pháp cho cuộc khủng hoảng năng lượng. Đường không phải lúc nào cũng được xây dựng ở nơi tối ưu để đặt tấm pin mặt trời, và chúng không thể ở góc độ lý tưởng cho độ cao của tấm pin mặt trời. Nếu làm sạch bụi trên các tấm pin mặt trời của Saharan là một thách thức, giữ cho các tuyến đường hoạt động như đường xá và máy phát điện đồng thời có thể là một cơn ác mộng bảo trì. Thật khó để thấy cách đặt bảng bên cạnh con đường không làm việc rẻ hơn và tốt hơn.

Hãy đào sâu vào các bản thử nghiệm.

Theo người phát ngôn của SolaRoad, con đường thử nghiệm ở Hà Lan được báo cáo là “tốt hơn dự kiến” bằng cách tạo ra “70 kilowatt giờ mỗi mét vuông mỗi năm”, so sánh với giới hạn trên của sản lượng dự kiến. Nhưng 70 kWh không phải là một khoản tiền lớn. Nếu bạn muốn sử dụng đường để sạc xe hơi, 1 mét vuông được bạn khoảng 300 dặm một năm trong một Tesla; cho rằng người Mỹ trung bình lái 13.476 dặm một năm thì đó chỉ là một giọt nước trong đại dương.

Thế còn về vấn đề về mật độ năng lượng? Nếu nhân rộng mẫu thử nghiệm ở Hà Lan thì nó sẽ có mật độ năng lượng là 8 W / mét vuông. Nếu bạn chi tiêu 56 nghìn tỷ đô la cho các con đường năng lượng mặt trời, bạn sẽ bao phủ khoảng 7,5 x 10 10 2 bằng tấm pin năng lượng mặt trời và tạo ra 600 GW điện năng. Điều đó là không tồi và đó là gần đủ cho lượng điện tiêu thụ của Hoa Kỳ ngày hôm nay, mặc dù tổng tiêu thụ năng lượng cao hơn. Nhưng với 56 nghìn tỷ đô la, bạn có thể làm tốt hơn. Và triển vọng thực sự cho việc tài trợ các đường năng lượng mặt trời như vậy thì rất thấp.

Việc theo đuổi con đường năng lượng mặt trời ở Trung Quốc tượng trưng cho cam kết mới mẻ của nước này đối với các giải pháp đổi mới năng lượng tái tạo. Ai biết được một ngày nào đó với các pin mặt trời giải quyết các giải pháp, các đường năng lượng mặt trời có thể trở nên rẻ hơn và hiệu quả hơn. Tồi tệ nhất, các loại dự án này là một sự phân tán khỏi các giải pháp tốt hơn. Tốt nhất, con đường dài và quanh co là một biểu tượng cho thấy chúng ta phải đi xa hơn bao nhiêu.