Альтернатива электроэнергии: Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

С каждым годом нам нужно больше электроэнергии. Ученым приходится изобретать нетрадиционные способы ее получения — недорогие и безопасные для атмосферы. Рассказываем о необычных разработках в области электроэнергетики

Энергия из морских волн

В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.

Установка Blue X (Фото: Mocean Energy)

Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.

Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.

Энергия из ДНК

Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.

Структура супрамолекулы (Фото: frontiersin. org)

Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.

Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.

Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.

Респираторы с солнечными батареями

Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.

Схематично респиратор с солнечной батареей выглядит так (Фото: photovoltaik.eu)

Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.

Солнечные паруса

В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.

LightSail 2 во время развертывания (Фото: The Planetary Society)

Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.

Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.

«Бесконечная» энергия из воздуха

В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.

Графическое изображение пленки из белковых нанопроводов, вырабатывающих электричество с помощью влаги из атмосферы (Фото: UMass Amherst / Yao and Lovley labs)

С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.

Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.

Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Так выглядит древесина после растворения лигнина (Фото: САУ Nano / Empa)

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Чтобы получить нужное количество солнечного света, исследователи используют целые фермы солнечных батарей

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Альтернативные источники энергии — Энергетика и промышленность России — № 3 (31) март 2003 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 3 (31) март 2003 года

На пороге ХХI века человек все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Homo Sapiens прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу основных традиционных энергетических ресурсов — угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил «мирный атом», но все активнее обсуждаются вопросы использования новых нетрадиционных, альтернативных видов энергии. По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти — 300 миллиардов тонн, газа — 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти — 137 миллиардов тонн, газа — 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа? Есть несколько ответов на этот вопрос. Во-первых, непрерывный рост промышленности как основного «клиента» энергетической отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают «города мертвых», а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.

В настоящее время выдвигаются множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобнавляемых видов энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии. Проводятся эксперименты по использованию «биоэнергетики», например, энергии парного молока для обогрева коровников.

Но существуют и «традиционные» виды альтернативной энергии. Это энергия Солнца и ветра, энергия морских волн, приливов и отливов. Есть проекты преобразования в электроэнергию газа, выделяющегося на мусорных свалках, а также из навоза на звероводческих фермах. Основным видом «бесплатной» неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. В Солнце сосредоточено 99, 886% всей массы Cолнечной системы. Солнце ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U235 .

Солнце — неисчерпаемый источник энергии — ежесекундно дает Земле 80 тысяч миллиардов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет — самая близкая к Солнцу часть нашей планеты — по праву считает солнечную энергию своим богатством. На-сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании «Боинг». Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света.

Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой — из арсенаида галлия. Он поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой — из антимонида галлия и предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.

Компактная передвижная электростанция сконструирована германским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет мощность 4 КВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергию вырабатывают сразу два устройства — ветрогенератор нового типа и комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй — автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот стабильно снабжает током потребителей.

Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в удобных станциях для подзарядки электробатарей, «Южнокалифорнийская компания Эдисон» планирует начать испытание специальной автостанции для машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет использоваться для нужд самой автостанции. Ожидается, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000 электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его «солнцеобильностью».

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может «работать» зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер — это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала «месторождения» ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда «размазана» по огромным территориям. Основные параметры ветра — скорость и направление — меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее «надежным», чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность «ловить» кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок (патент РФ № 1783144, см. рис) порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!

В последнее время в некоторых странах снова обратили внимание на те проекты, которые были отвергнуты ранее как малоперспективные. Так, в частности, в 1982 г. британское правительство отменило государственное финансирование тех электростанций, которые используют энергию моря: часть таких исследований прекратилась, часть продолжалась при явно недостаточных ассигнованиях от Европейской комиссии и некоторых промышленных фирм и компаний. Причиной отказа в государственной поддержке называлась недостаточная эффективность способов получения «морского» электричества по сравнению с другими его источниками, в частности — атомными.

В мая 1988 г. в этой технической политике произошел переворот. Министерство торговли и промышленности Великобритании прислушалось к мнению своего главного советника по энергетике Т. Торпа (T. Thorpe), который сообщил, что три из шести имеющихся в стране экспериментальных установок усовершенствованы и ныне стоимость 1 КВт/ч на них составляет менее 6 пенсов, а это ниже минимального уровня конкурентоспособности на открытом рынке. Цена «морской» электроэнергии с 1987 г. снизилась вдесятеро.

Наиболее совершенен проект «Кивающая утка», предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter; Эдинбургский университет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВтч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это — 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВтч).

Следует заметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.

Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют (см. фото 3). Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую… Была бы поблизости речушка!

Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную «лыжу» и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное — дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.

Бесплотинная мини-ГЭС успешно зарекомендовала себя на речках Горного Алтая, доработана до уровня опытного образца.

Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное объем закрытых свалок сократился на 78%.

Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого приходится на метан, а 45-50% — на углекислый газ и около одного процента — на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мая 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 мегаджоуля электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 мегаджоулей. Станция мощностью 12 мегаватт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных «курганов», а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо «дефицита сырья» для ее производства не предвидится.

Казалось бы, что может быть неприятнее навоза? Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их старению.

Известно, что теплоцентрали — активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники — тоже. Однако из этих двух зол можно составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы — для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 киловатт.

Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.

Хранителем домашнего очага и незримым существом в доме, по старинным поверьям, служит теплый домовой. Техническую помощь ему в скандинавских странах, в первую очередь в Швеции, оказывает теперь программно управляемая бытовая теплоцентраль «Аквае 47 ОД». Разработанная шведской фирмой «Электро стандард», эта установка довольствуется скромным местом, скажем, площадью кухни.

Тепловые насосы и узел нагрева воды вмонтированы в нее еще на заводе-изготовителе. Принцип экономного вторичного обогрева таков: из использованного воздуха ванной комнаты, кухни и подсобок тепловая энергия возвращается в систему отопления традиционного типа и утилизируется водогрейным котлом. Дополнительные калории от внешних источников газа или жидкого топлива отбираются на эти цели лишь по мере необходимости. Особые клапаны в наружных стенах, снабженные противопылевым фильтром и входящие в комплект установки, обеспечивают подвод чистого воздуха и равномерную безвытяжную смену его в доме. Это достижение компьютерной теплотехники предназначено прежде всего для односемейных домов, например, для загородных коттеджей; оно сокращает наполовину обычный расход энергии.

В испанском поселке Сант-Джосеп на острове Ивиса сооружается первая в мире экологическая деревня будущего, где поселятся четыреста человек. В проекте участвуют специалисты из всех стран Европы. Чтобы оптимально использовать солнечный свет, «умные» дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет как новая технология, так и сами материалы — каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая — 20-22 градуса. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию там станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее опять же сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы — мусор и сточные воды, в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85 процентов энергии. На гигантской биоферме будут выращивать скот, рыбу, а так же овощи, фрукты и злаки.

Возможно, такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства «умных» экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов (постройка мини-ГЭС, солнечных, ветровых, мусорных электростанции) вполне реальна.

Как встретишь Новый год, так его и проведешь! Перефразируя это изречение, можно сказать, что как встретишь новую эру, так ее и проведешь. Как же встретит человечество ХХI век: в дыму труб теплостанций или в шелесте «ветряков» на фоне солнечных зеркал? Будет ли оно использовать традиционные ресурсы или перейдет на источники, пополнять которые сможет сама Природа? Ответ не за горами. В любом случае человек должен помнить: какие бы природные ресурсы он ни использовал, делать это надо бережно, помня о тех, кто идет следом.

Набор по изучению альтернативных источников энергии «Renewable Energy Education Set 2.0»

Набор Renewable Energy Education Set 2.0 является компактной версией комплекта Horizon Energy Box и предназначен для ознакомления с основными технологическими решениями в области альтернативной энергетики.

В данном наборе представлены различные варианты источников и потребителей электроэнергии.

Функционал набора позволяет как изучить основы водородной, ветряной и солнечной энергетики, так и выполнять собственные проекты по перечисленным темам.

Примеры лабораторных и практических работ:

• Определение зависимости энергоэффективности ветрогенератора от количества используемых лопастей
• Определение зависимости энергоэффективности ветрогенератора от угла, под которым расположены лопасти
• Использование ветрогенератора для снабжения различных потребителей электроэнергии
• Определение зависимости напряжения и мощности выдаваемой солнечной панелью от освещенности ее поверхности
• Определение зависимости напряжения и мощности выдаваемой солнечной панелью от спектральных характеристик падающего света
• Определение зависимости напряжения и мощности выдаваемой солнечной панелью от угла падения света
• Использование солнечной панели для снабжения различных потребителей электроэнергии
• Определение зависимости напряжения и мощности, выдаваемой водородным ТЭ
• Параллельное и последовательное соединение ТЭ, работающих на водороде

Спецификация:

• Габаритные размеры (ДхШхВ): 440х330х110 мм
• Масса: 1,3 кг
• Модуль вентилятора
• Ротор ветрогенератора, держатель для лопастей
• Лопасть А (3 шт. ), лопасть В (3 шт.), лопасть С (3 шт.)
• Лопасть вентилятора
• Основание ветрогенератора
• Мачта ветрогенератора
• Электролизёр с протонно-обменной мембраной
• Малый водородный топливный элемент
• Резервуар для воды и накопления кислорода
• Солнечная панель
• Водородный топливный элемент обратимого действия
• Блок батарей AA с соединительными выводами
• Силиконовый водородопровод
• Провода
• Шприц

статистика, прогнозы, цены, экспорт — Kosatka.Media

Домашние СЭС в Украине: где построили больше

24 Ноября / Возобновляемая энергия

Лидируют не самые теплые регионы.

Сколько налогов заплатили ВИЭ и угольная генерация за 10 лет

25 Мая / Возобновляемая энергия

«Зеленые» в целом заплатили вдвое больше.

Рост солнечной генерации в Европе и мире: Испания выходит в лидеры

21 Февраля / Возобновляемая энергия

В ближайшие годы солнечная энергетика будет развиваться динамично.

Доля ВИЭ в производстве электроэнергии (ІІІ квартал 2019)

27 Сентября / Возобновляемая энергия

В III квартале 2019 года было введено 955,5 МВт новых генерирующих мощностей, из которых 97,8% составляют ВЭС и СЭС

Развитие сектора ВИЭ во II квартале 2019

02 Июля / Возобновляемая энергия

За первое полугодие 2019 года в Украине запустили объекты ВИЭ общей мощностью 1 517.1 МВт.

Место ВИЭ в мировой генерации 2050 года

20 Июня / Возобновляемая энергия

BNEF прогнозирует увеличение доли ВИЭ в общей мировой генерации до 50% уже в 2050 году.

Генерация электроэнергии возобновляемыми источниками в мае 2019

11 Июня / Возобновляемая энергия

​В мае 2019 украинскими объектами ВИЭ было суммарно отпущено в рынок 468.5 тыс. МВт•ч электроэнергии.

Трудности солнечной генерации в Великобритании

06 Июня / Возобновляемая энергия

Правительство Великобритании затормаживает собственный рынок солнечной электроэнергии.

Производство накопителей энергии в Европе: текущее состояние и перспективы

29 Мая / Возобновляемая энергия

Про реалии европейского рынка аккумуляторов и роль Украины в нём

Генерации электроэнергии из ВИЭ в апреле 2019

03 Мая / Возобновляемая энергия

Украинскими объектами возобновляемой энергетики было произведено 359. 4 тыс. МВт•ч электроэнергии.

Генерация электроэнергии возобновляемыми источниками

09 Апреля / Возобновляемая энергия

В марте 2019 года альтернативная генерация произвела 367.9 тыс. МВт•ч электроэнергии.

Себестоимость альтернативной электроэнергии

04 Апреля / Возобновляемая энергия

С 2010 года себестоимость МВт-ч для ВЭС, СЭС и оффшорных ВЭС с 2010 года снизились на 49%, 84% и 56% соответственно.

ВИЭ стали в 2020 году главным источником электричества в ЕС, у газа выросла доля | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В электроэнергетике Европейского Союза произошла смена лидера: крупнейшим производителем электричества стала возобновляемая энергетика. В 2020 году 27 стран Евросоюза впервые получили больше электроэнергии из возобновляемых источников, чем из ископаемых. Доля угля, газа и нефти снизилась до 37%, тогда как ветер, солнце, гидроэнергия и биомасса обеспечили 38% суммарной генерации в ЕС, увеличив объемы производства на 10%.

Ветер и солнце обеспечили пятую часть всей электроэнергии в ЕС

К таким выводам пришли два аналитических центра, специализирующихся на вопросах энергетики и глобального энергетического перехода, — британский Ember и немецкий Agora Energiewende. В совместном докладе, опубликованном 25 января, они подчеркивают, что достигнут «важный рубеж при переходе Европы на чистую энергию». Это уже пятое исследование электроэнергетики ЕС, проведенное двумя организациями.

Титульный лист доклада Ember и Agora Energiewende

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) вышли в лидеры благодаря продолжающемуся быстрому росту ветряной и солнечной энергетики, увеличивших в 2020 году генерацию, несмотря на экономический кризис, соответственно на 9% и 15%. Вместе они обеспечили в прошлом году 19% (почти пятую часть!) всего электричества в ЕС: доля ветра составила 14%, солнца — 5%. Объемы производства в гидроэнергетике остались неизменными, развитие биоэнергетики застопорилось, отмечается в докладе. Добавим, что в Германии доля ВИЭ в прошлом году впервые превысила 50%.

Рост выработки электроэнергии с помощью ВИЭ произошел в ЕС в прошлом году в условиях снижения спроса на электричество на 4%, вызванного пандемией коронавируса и рецессией. Одновременно продолжилось стремительное сокращение производства электроэнергии на угольных электростанциях. За один только 2020 год оно упало на 20%, а по сравнению с 2015 годом снизилось наполовину. В результате доля каменного и бурого угля в генерации электроэнергии в ЕС уменьшилась до 13%.

Доля природного газа в электроэнергетике ЕС достигла 20 процентов

На этом фоне относительно немного — на 4% сократилось производство электроэнергии из природного газа. В докладе указывается, что удержанию позиций способствовали низкие цены на газ и удорожание сертификатов на выбросы CO2 в атмосферу. Это стимулировало энергетические компании активнее использовать голубое топливо: оно выделяет при сжигании значительно меньше парниковых газов, чем уголь.

Несмотря на некоторое сокращение потребления газа в прошлогодних специфических условиях, спрос на него по сравнению с 2015 годом увеличился на 14%, в результате доля газа достигла 20%, указывается в докладе. Получается, что в настоящий момент в Евросоюзе из газа вырабатывается приблизительно столько же электричества, что и с помощью ветра и солнца.

На рекордные 10% упало в 2020 году производство электроэнергии на атомных электростанциях. «Это был самый большой спад с 1990 года и, возможно, за всю историю. Он был даже больше, чем в 2011 году, когда Германия закрыла атомные станции после Фукусимы», — отмечают авторы доклада и объясняют это проблемами на АЭС во Франции и Бельгии, а также закрытием энергоблоков в Швеции и Германии.   

У европейского рынка угля нет перспектив

Доклад Ember и Agora Energiewende в очередной раз подтвердил бесперспективность европейского рынка для российских экспортеров угля – и, соответственно, для железнодорожных и морских перевозок, обслуживающих поставки этого энергоносителя в западном направлении. Потребление энергетического угля падало в 2020 году почти во всех странах ЕС, отмечается в докладе. Особо упоминаются Нидерланды, Греция и Испания, где процесс отказа от угля ускоряется благодаря успешному развитию ветряной и солнечной энергетики.

Отметим, что большинство стран ЕС намерены прекратить использование угля в электроэнергетике к 2030 году. В Германии это должно произойти, согласно принятому закону, самое позднее в 2038 году, однако уже в 2020 году производство электричества на немецких угольных электростанциях сократилось даже несколько больше, чем в среднем по ЕС — на 22%, указывается в докладе. Крупнейшим поставщиком угля в ФРГ является Россия.

«Газпром» конкурирует в Европе с ВИЭ и альтернативными поставщиками

Куда более благоприятными выглядят перспективы для российских экспортеров газа, причем как трубопроводного («Газпром»), так и сжиженного («Новатэк»). Этот энергоноситель увеличивает свою долю на европейском рынке электроэнергии, вместе с ВИЭ вытесняя уголь. В то же время возобновляемая энергетика становится для газа и его поставщиков все более серьезным конкурентом. 

Строительство трубопровода TAP в Греции. В конце 2020 года он вошел в строй

Одной из стран, увеличивших в прошлом году производство электроэнергии на газовых электростанциях, были Нидерланды, говорится в докладе. Эта страна получает российский газ по действующему трубопроводу «Северный поток» и имеет также мощности для приема сжиженного природного газа (СПГ) из России. В то же время именно в Нидерландах в прошлом году наблюдался самый большой рост выработки электроэнергии с помощью ветра и солнца, составивший 40%, подсчитали Ember и Agora Energiewende.

В Польше и Греции газовая генерация в прошлом году тоже выросла. Однако Польша намерена с 2023 года полностью отказаться от поставок «Газпрома» и для этого прокладывает сейчас газопровод из Норвегии Baltic Pipe. А в Грецию, получающую российское голубое топливо по «Турецкому потоку», с этого года поступает и азербайджанский газ из вошедшего в строй газопровода TAP. Так что увеличение доли природного газа в электроэнергетике ЕС вовсе не означает, что это автоматически приведет к увеличению закупок голубого топлива в России.

Смотрите также:

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике «Кадр за кадром» — причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях — о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии — 41 % и 8 % соответственно.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом «коктейле» достигла 20 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Хаймбах (Северный Рейн — Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС — 13,3 %, бурый уголь — 24,1 %, каменный уголь — 14,0 %, природный газ — 7,4 %, ГЭС — 3,2 %, ветер — 20,2%, солнце — 8,5 %, биомасса — 8,3 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Гарцвайлер (Северный Рейн — Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Рюген (Мекленбург — Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли — тем более, что подходящие места становится находить все труднее.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дассов (Мекленбург — Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Зауэрланд (Северный Рейн — Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум — до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) — не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы — в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Бедбург-Хау (Северный Рейн — Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне — Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии — 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле «Высота установки х 10», то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ренцов (Мекленбург — Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.

  Автор: Максим Нелюбин

 

Альтернативные источники. Как мир идет по пути отказа от нефти

Ветряная электростанция в Зенде, Германия

© EPA/JULIAN STRATENSCHULTE

В последние месяцы в повестке мировых СМИ прочно закрепилась тематика предполагаемого будущего перехода экономически развитых стран на использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). На этой основе уже можно выделить основные контуры будущей цивилизации, которая в течение двух-трех десятилетий станет экологичнее.

Краеугольным камнем уже начавшегося энергетического перехода выступает все еще достаточно спорная теория о том, что наблюдающееся глобальное потепление прямо связано с деятельностью человека. Считается, что в результате этого процесса повышается уровень Мирового океана, изменяется характер климата и страдает экосистема планеты. Иными словами, природные и экологические условия на ней становятся все менее комфортными.

Предполагается, что повышение средней глобальной температуры обусловлено увеличением объема парниковых газов в атмосфере. В основном они образуются в результате сжигания угля, нефти и природного газа. Соответственно, традиционная энергетика, основанная на использовании ископаемого углеводородного сырья, признается не отвечающей современным экологическим требованиям.

Парижское соглашение

Поэтому на мировом уровне продвигается тренд на декарбонизацию энергетики в форме снижения выбросов углерода и перехода на использование возобновляемых источников энергии. Еще в ноябре 2016 года вступило в силу так называемое Парижское соглашение по климату. Оно предполагает построение климатически нейтрального мира к середине XXI века.

На эту тему

Сейчас оно подписано 195 странами, 189 из которых уже ратифицировали документ. Предыдущий президент США Дональд Трамп отказался от исполнения обязательств в рамках Парижского соглашения. Однако после прихода к власти Джо Байдена Соединенные Штаты снова вступили в игру.

Явным лидером по декарбонизации в рамках соглашения выступает объединенная Европа. Надо понимать, что для этого существуют и некоторые экономические предпосылки. Подавляющее большинство европейских стран не имеют собственных месторождений нефти и газа, запасы угля истощены. Соответственно, Европа зависит от импорта ископаемых энергоносителей, и вопрос о частичном переходе на возобновляемые источники энергии прямо отвечает стратегическим интересам региона. По сходным причинам планирует двигаться по пути «жесткой» декарбонизации и Япония.

Влияние на весь мир

Однако было бы ошибочно предполагать, что столь развитые и обеспеченные представители мирового сообщества замкнутся в собственных экологических программах. В настоящее время Европа готовится к введению трансграничного углеродного налога. Его суть заключается во взимании платежей при импорте в ЕС товаров с высоким «углеродным следом».

Угольная электростанция в Бергхайме, Германия

© AP Photo/Martin Meissner

Подобная схема фактически представляет собой механизм заградительных пошлин для широкого спектра продукции. Конкретика по этому поводу пока отсутствует, а необходимость учета величины углеродного следа в готовых импортных изделиях оставляет широкий простор для интерпретаций. Тем не менее поставляемые в Европу нефть, газ и нефтепродукты будут по определению нести высокий углеродный след в связи с присутствием углерода в их химическом составе. По-видимому, именно в этом кроется одна из причин стремительной популяризации идеи широкого использования в качестве энергоносителя водорода, который будет отделяться от углерода за пределами ЕС.

Утопичность электромобильности

Уже сейчас становится очевидным, что идея массового перехода на электромобили начинает побеждать в густонаселенных и достаточно обеспеченных регионах мира. Можно ожидать, что в ближайшие годы большие и малые автопроизводители составят реальную конкуренцию компании Tesla.

Этот тренд в настоящий момент закладывается и в юридической плоскости. Многие европейские страны уже ввели запрет на продажу новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на временном горизонте с 2025 по 2040 год. Некоторые крупные автопроизводители вовсе заявляют о планах полного отказа от выпуска продукции с ДВС — Volvo, General Motors, Jaguar Land Rover, Audi, Bentley и т.д.

На эту тему

Вместе с тем гибриды и заряжаемые от сети электромобили с объемными элементами питания стоит рассматривать как переходную технологию. Становится очевидна утопичность представления о том, что человечество сумеет полностью обеспечить свои потребности в электроэнергии только за счет ветровой и солнечной генерации. Кроме того, эти технологии пока не способны эффективно сглаживать периодические и неожиданные пики и спады энергопотребления. Суровым уроком в этом плане стала недавняя аномально холодная погода в солнечном штате Техас, которая сопровождалась электрическим блэкаутом.

Водородные перспективы

Что касается перспективы широкого внедрения авто на водородных топливных элементах, то она пока откладывается на неопределенный срок. В будущем водород должен заменить собой «неэкологичный» трубопроводный и сжиженный природный газ. Уже сейчас получила широкое распространение условная классификация водорода на «голубой» и «зеленый». Под «голубым» водородом понимается топливо, вырабатываемое из природного газа. Подразумевается, что в нем присутствует углеродный след. В то же время «зеленый» водород получается путем гидролиза воды и признается максимально экологичным.

Автомобиль на водородных топливных элементах и оборудование для получения водородного топлива, Германия, 2020 год

© Hauke-Christian Dittrich/dpa via AP

Но даже в Европе инфраструктура для широкого использования электромобилей и водорода в качестве топлива все еще не развита в необходимой степени. Более того, перспективное использование водорода в качестве сырья для генерации электроэнергии осложняется и рядом технических проблем. Не секрет, что транспортировка и хранение водорода являются очень дорогим удовольствием. В реальности эти процессы могут оказаться в несколько раз дороже стоимости его производства.

И все же в Европе на эту тему уже приятны политические решения. Для развитых стран более дешевые ископаемые источники энергии становятся неприемлемы по экологическим соображениям. По-видимому, конкурентоспособность традиционных видов энергоносителей будет подрываться с помощью мер, подобных трансграничному углеродному налогу.

На эту тему

Создатель компании Microsoft Билл Гейтс недавно заявил по этому поводу о необходимости разработки новых технологий, которые должны сделать «зеленую» энергетику состязательной. Пожалуй, это единственный эффективный способ разрешения указанного противоречия.

К слову, министр энергетики США Дженнифер Грэнхолм сообщила о планах снижения стоимости возобновляемого «зеленого» водорода до уровня природного газа к 2030 году. Кроме того, в ближайшие годы в США планируют сделать электромобили более доступными по цене. В идеале они должны стать дешевле аналогов с ДВС.

Еще одним промежуточным видом топлива способен стать аммиак. Его, как и «голубой» водород, возможно производить из природного газа. С технологической точки зрения транспортировка и хранение этого химического соединения существенно менее затратна и более безопасна. Строго говоря, аммиак представляет собой более удобную форму водорода.

Атомная энергетика

Обратим внимание на то, что экологическое лобби по всему миру активно дискредитирует традиционные ископаемые источники энергии, в том числе и атомную генерацию. Одним из последних примеров в этом ряду стал взлом сайта Белорусской АЭС (БелАЭС). Неизвестные активисты от имени работников разместили на этом ресурсе информацию о серьезной опасности электростанции.

На эту тему

Конечно, вопрос об экологичности атомных электростанций остается весьма неоднозначным. Однако с точки зрения декарбонизации атомная генерация является приемлемой низкоуглеродной формой выработки электроэнергии. Поэтому ее дальнейшее развитие не противоречит глобальной цели достижения углеродной нейтральности мира к 2050 году. Россия, Китай и США планируют наращивать установленную мощность собственных атомных станций в ближайшие годы.

В свете наблюдаемой резкой смены глобальной энергетической парадигмы большие вопросы вызывает будущее традиционных нефтегазовых компаний. Не все из них хотят меняться, но избежать перемен им, видимо, не удастся.

Роль ископаемых видов топлива в устойчивой энергетической системе

Изменение климата — одна из величайших проблем нашего времени. Однако не менее велика необходимость обеспечить доступ к электроэнергии как ради качества жизни, так и для экономического развития. Поэтому крайне важно рассматривать изменение климата как часть повестки дня в области устойчивого развития. Постоянный прогресс в развитии новых технологий дал нам уверенность и надежду на то, что в энергетической сфере эти задачи будут выполнены. Резкое падение цен на ветрогенераторы и солнечные батареи, их техническое усовершенствование показали, что эти возобновляемые источники энергии могут играть важную роль в глобальных энергосистемах, а долгожданный прорыв в области экономически эффективных технологий хранения электроэнергии значительно изменит основную комбинацию источников электроэнергии.

Все эти достижения неизбежно привели к предположению о том, что с ископаемыми видами топлива в энергетике покончено, что в дальнейшей разработке новых ресурсов нет необходимости и что нам необходимо как можно скорее прекратить их использование. Это предположение создало образ существующих в современных глобальных энергосистемах «хороших» технологий на базе возобновляемых источников энергии с одной стороны и «плохих» на базе ископаемых видов топлива — с другой стороны. В реальности это противопоставление далеко не так прямолинейно и требует более вдумчивого изучения. Технологии улавливания и хранения двуокиси углерода (УХУ) и управления выбросами метана на всех этапах приращения стоимости энергии из ископаемых источников могут помочь в выполнении масштабных задач по сокращению выбросов CO₂, пока ископаемые виды топлива все еще остаются частью энергосистемы. Таким образом эти меры позволяют ископаемым топливам стать частью решения, а не оставаться частью проблемы. Рациональная экономика отводит важную роль в энергетических системах каждой технологии.

На ископаемые виды топлива сегодня приходится 80 процентов глобального спроса на первичную электроэнергию; энергосистема поставляет около двух третей мировых выбросов CO₂. Ввиду того, что объем выбросов метана и других кратковременно загрязняющих атмосферу веществ, оказывающих воздействие на климат (КЗВК), как полагают, серьезно занижается, вероятно, что процессы выработки и потребления электроэнергии дают еще большую долю выбросов. Более того, на сегодняшний день в мире значительная часть топлива на основе биомассы расходуется на отопление и приготовление пищи в малом масштабе. Это крайне неэффективные и загрязняющие окружающую среду процессы; в особенности они вредны для качества воздуха в домах во многих менее развитых странах. Использование возобновляемой биомассы таким образом представляет собой проблему с точки зрения устойчивого развития.

При продолжении существующих тенденций, то есть при сохранении нынешней доли ископаемых видов топлива и увеличении спроса на электроэнергию к 2050 году почти вдвое, объем выбросов намного превысит предел по углероду, допустимый при ограничении глобального потепления двумя градусами Цельсия. Подобный уровень выбросов будет иметь катастрофические последствия для планеты. В энергетическом секторе существует ряд возможностей для уменьшения выбросов; наиболее значимые среди них — снижение энергопотребления и уменьшение углеродоемкости энергетической отрасли путем перехода на другие виды топлива и контроля за выбросами CO₂.

Необходимость снижения выбросов не запрещает использование ископаемых видов топлива, но требует существенной смены подхода: сценарий обычного развития не сочетается со снижением выбросов в глобальных энергосистемах. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии зачастую рассматриваются как единственные решения, необходимые для достижения целей в области климата в контексте энергетики, но их одних недостаточно. Обязательным элементом решения станет расширение использования УХУ; ожидается, что к 2050 году эта технология приведет к 16-процентному ежегодному снижению выбросов. Это утверждение поддержано в Пятом обобщающем докладе об оценке, подготовленном Межправительственной группой экспертов по изменению климата, в котором указано, что ограничение выбросов энергетического сектора без применения УХУ сделает смягчение изменения климата дороже на 138 процентов.

Сегодня в энергетике невозможно единообразное использование возобновляемых видов топлива в качестве замены ископаемым видам, в основном по причине неодинаковых возможностей различных подотраслей энергетики переключиться с ископаемых на возобновляемые виды топлива. Например, в таких отраслях промышленности, как производство цемента или выплавка стали, источниками выбросов являются и использование электроэнергии, и сам процесс производства. Альтернативные технологии, которые могли бы заменить существующие методы, еще недоступны в необходимом масштабе, поэтому ожидается, что в кратко- и среднесрочной перспективе нынешние технологии сохранятся. В подобных случаях УХУ может стать решением, совместимым с текущими нуждами, и обеспечить время, необходимое для разработки будущих альтернативных методов.

Сценарии, предусматривающие использование УХУ, в любом случае связаны с существенной трансформацией энергетической системы в ответ на изменение климата. Поэтому подобные сценарии не являются замалчиванием проблемы и демонстрируют значительное снижение общего мирового потребления ископаемых видов топлива, а также существенный рост эффективности при выработке электроэнергии и в промышленном производстве. Трансформация энергетической системы поддерживает все технологии, играющие ключевую роль в создании устойчивой энергосистемы.

В связи с этим в ноябре 2014 года государства — члены Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК) после широкомасштабных консультаций с экспертами со всего мира утвердили список рекомендаций в отношении УХУ. В этих рекомендациях подчеркивается, что международное соглашение по климату должно:

• поддержать широкий спектр инструментов фискальной политики, поощряющих УХУ;

• решить вопрос улавливания и хранения двуокиси углерода во всех отраслях промышленности, включая цементную, сталелитейную, химическую, нефтеперерабатывающую и энергетическую;

• обеспечить совместную работу правительств над финансированием и поддержкой маломасштабных демонстрационных проектов;

• предусмотреть закачку двуокиси углерода в пласты для более эффективного извлечения углеводородов, что затем будет рассматриваться и считаться как хранение при том условии, если двуокись углерода будет находиться там постоянно.

Выполнение этих рекомендаций позволяет тем государствам — членам Организации Объединенных Наций, которые по-прежнему в большой степени зависят от ископаемых видов топлива, принять участие в глобальных усилиях по смягчению последствий изменения климата, вместо того чтобы выступать в качестве источников этой проблемы. В соответствующем масштабе эта технология была подтверждена в Канаде, Норвегии и Соединенных Штатах Америки; на сегодняшний день в мире находятся на разных стадиях разработки около 40 проектов. Работа над УХУ в краткосрочной перспективе крайне важна для повышения эффективности, снижения затрат и оптимизации расположения хранилищ, чтобы обеспечить готовность этой технологии к крупномасштабному запуску в 2025 году.

Выбросы CO₂ — не единственная связанная с ископаемыми видами топлива проблема, требующая решения. По оценкам, на всех этапах приращения стоимости ископаемых источников (добычи и использования природного газа, угля и нефти) ежегодно в атмосферу выбрасывается 110 млн тонн метана. Это существенная часть совокупных выбросов метана. Поскольку метан является газом, вызывающим мощный парниковый эффект, его выбросы должны быть значительно сокращены.

Метан — основной компонент природного газа: часть его поступает в атмосферу при добыче, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа. По подсчетам, ежегодно вследствие выпуска, утечек и сжигания теряется около 8 процентов добываемого в мире природного газа, что дорого обходится и экономике, и окружающей среде. При геологических процессах формирования угля вокруг и внутри залежей удерживаются метановые полости. Во время работ по добыче угля (добыча, измельчение, перевозка) часть этого метана высвобождается. Как и в случае с углем, при геологическом формировании нефти также могут образовываться крупные запасы метана, которые высвобождаются при бурении и добыче. К числу источников метановых выбросов также относятся процессы добычи, переработки, транспортировки и хранения нефти, неполное сгорание ископаемых видов топлива. Не существует стопроцентно эффективных процессов горения, поэтому использование ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии, отопления или обеспечения работы механизмов приводит к выбросам метана.

Самые сложные задачи в управлении метановыми выбросами — это тщательный мониторинг и фиксирование выбросов с использованием самых совершенных наблюдательных и измерительных технологий, а затем использование оптимальных способов для минимизации утечек и выбросов. Это даст экономическую выгоду и одновременно снизит влияние метана на здоровье, повысит безопасность и смягчит глобальное потепление. Многочисленные выгоды управления метановыми выбросами самоочевидны, тем не менее для соответствующего прогресса в этой области необходима дальнейшая работа.

Решение вопросов, связанных с устойчивой энергетикой, требует вовлечения максимально широкого круга заинтересованных сторон, при этом игнорирование роли ископаемых видов топлива будет иметь негативный эффект. Многие развивающиеся страны располагают значительными нетронутыми запасами ископаемых видов топлива, которые они намерены использовать для развития своей экономики. Настаивать на том, чтобы они навлекли на себя значительные расходы и отказались от использования этих ресурсов в пользу возобновляемых источников энергии, означает с большой вероятностью создать нежелательную напряженность. Здесь можно возразить, что развитые страны построили свою нынешнюю экономику на ископаемых видах топлива и продолжают во многом зависеть от них. По сравнению с «неископаемой» программой более сбалансированным подходом представляется более прагматический вариант, поощряющий все страны использовать широкий спектр доступных им ресурсов (имеется в виду энергоэффективность и рациональное использование как возобновляемых, так и ископаемых видов топлива).

Еще одна группа заинтересованных сторон, которую обычно выставляют в невыгодном свете, — частный сектор, в особенности промышленность, связанная с ископаемыми видами топлива. На самом деле, именно частный сектор располагает знаниями и зачастую финансовыми ресурсами, необходимыми для поддержки того перехода к инклюзивной «зеленой» экономике, к которому стремится весь мир. Использование бюджетов, знаний и технологий крупных игроков может облегчить этот переход; отношение к ним как к отверженным сделает этот процесс сложнее и дороже.

Постоянная и важнейшая задача — обеспечить лучшее качество жизни и экономический рост с одновременным сокращением масштабов воздействия энергетического сектора на окружающую среду. Переход к устойчивой энергосистеме представляет собой возможность повысить энергоэффективность на всем пути от источника до его использования, свести к минимуму воздействие на окружающую среду, снизить энерго- и углеродоемкость, а также скорректировать недочеты энергорынка. Для использования этой возможности потребуется скоординированный пересмотр стратегий и реформы во многих секторах. По сравнению с другими регионами мира страны ЕЭК обладают бóльшим потенциалом конкурентного экономического преимущества благодаря сравнительно небольшим расстояниям между источниками поставок энергии и центрами ее потребления. Полная интеграция энергорынков региона в единую эффективную структуру позволит значительно усовершенствовать использование энергии в технической, социальной, экономической и экологической сферах.

Создание в регионе ЕЭК устойчивой энергосистемы в будущем будет включать в себя серьезный отход от текущей схемы. Повышение эффективности относится не только к потребительской сфере (это, например, энергоэффективные дома, транспорт и бытовая техника), но и к наращиванию энергоэффективности в сфере выработки (генерации), передачи и распределения энергии. Это возможность ускорить переход от традиционной схемы продажи энергоносителей к схеме предоставления энергетических услуг на основе инноваций.

Разработка «умных» энергосетей, работающих по единым правилам, дает важную возможность улучшить взаимодействие технологий, тем самым расширяя экономически выгодное внедрение огромного спектра низкоуглеродных технологий и повышая устойчивость энергосистемы. Независимо от нашего желания, в ближайшие десятилетия ископаемые виды топлива останутся частью глобальной энергосистемы. Они продолжат определять социально-экономическое развитие во всем мире. В связи с этим крайне важно вести открытую и прозрачную дискуссию о роли ископаемых видов топлива в мировых устойчивых энергосистемах в ходе разработки практических климатических стратегий. Особенно важно задействовать страны с формирующейся рыночной экономикой и развивающиеся страны в ходе 21-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (КС-21). Это может изменить расстановку политических сил и помочь принять в Париже значимое соглашение по климату.

Электроэнергетика будущего: пять менее известных альтернативных источников энергии | Энергия выбора

Солнце и ветер — два важных и знакомых источника возобновляемой энергии. Но список перспективных и широко используемых альтернативных источников энергии постоянно растет. Прокрутите, чтобы увидеть, как растет число вариантов экологически чистой энергии, которые могут обеспечить нашу жизнь.

Сила океана

Ритмичные и мощные движения океанского течения и волн могут приводить в движение электрические генераторы, чтобы производить устойчивый поток и огромное количество энергии, которая затем будет транспортироваться на сушу по кабелям.Они представляют соблазнительное обещание чистой энергии.

Но разработка оборудования, которое будет эффективно улавливать эту механическую энергию и выдерживать коррозию соленой воды и других природных элементов в океане, оказалась чрезвычайно сложной задачей. В стране нет коммерческих электростанций, использующих энергию океана, хотя ряд исследовательских и пилотных проектов был проведен в Калифорнии, Орегоне, Гавайях и Нью-Джерси. Эти проекты тестируют конструкции оборудования, которое напоминает все, от гигантских медуз до змеи, чтобы увидеть, насколько хорошо они работают в суровых условиях и могут ли они эффективно производить достаточно энергии, чтобы оправдать огромные затраты на их установку и эксплуатацию.

Биомасса Электроэнергия, производимая растениями или побочными продуктами животного происхождения, называется энергией биомассы. Фотография: Монти Ракузен / Getty Images

Электроэнергия, производимая растениями или побочными продуктами животного происхождения, называется энергией биомассы. Электростанции, работающие на биомассе, обычно напрямую сжигают сырье, такое как древесная щепа, сельскохозяйственные отходы, некоторые виды мусора или навоз, для производства электроэнергии. Или они могут преобразовать материалы в горючие газы, а затем сжечь их для выработки энергии. На энергию биомассы приходится 12% производства возобновляемой энергии в стране.Биомасса используется во всем мире для производства электроэнергии. Швеция, например, использует биомассу для производства 30% энергии, большая часть которой идет на отопление домов и предприятий, а также на работу заводов.

Топливные элементы Когда топливо, богатое водородом, такое как природный газ или биогаз, протекает через топливный элемент и вступает в реакцию с кислородом, оно производит электричество. Фотография: Памела Мур / Getty Images

Топливные элементы вырабатывают энергию в результате химических реакций, в которых водород соединяется с кислородом.Когда топливо, богатое водородом, такое как природный газ или биогаз, проходит через топливный элемент и вступает в реакцию с кислородом, он производит электричество, тепло и воду. Топливные элементы, которые выбрасывают около половины выбросов электростанции, работающей на ископаемом топливе, не достаточно дешевы, чтобы стать основным источником энергии, но они используются все большим числом компаний для обеспечения резервного питания, а также для снижения выбросов углерода. следы. Топливные элементы также проникают в автомобильный мир для создания автомобилей с нулевым уровнем выбросов.

Геотермальная энергия Люди использовали энергию сверхгорячего пара под поверхностью Земли более 10 000 лет, но первый геотермальный генератор энергии был построен только в 1904 году в Италии.Фотография: Peerakit JIrachetthakun / Getty Images

Люди использовали силу сверхгорячих паров под поверхностью Земли более 10 000 лет, но первый геотермальный генератор энергии был построен только в 1904 году в Италии. Первая геотермальная электростанция в Соединенных Штатах была запущена в 1921 году для работы на курорте с горячими источниками в Гейзерах в северной Калифорнии. Гейзеры, занимающие 7 769 гектаров [19 197 акров], являются крупнейшим геотермальным полем в мире и домом для почти десятка электростанций.Геотермальная энергия составляет 3% от производства возобновляемой энергии в стране.

Гидроэнергетика Гидроэнергетика является одним из старейших источников электроэнергии в истории человечества и используется каждым штатом страны. Фотография: Крейг Козарт / Getty Images

Гидроэнергетика — один из старейших источников электроэнергии в истории человечества, который используется каждым штатом страны. Первая в мире коммерческая гидроэлектростанция была запущена на реке Фокс в Аплтоне, штат Висконсин, в 1882 году.Гидроэнергетика также является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую в 2014 году приходилось чуть более 6% производства электроэнергии в США и 92% производства возобновляемой энергии. В штате Вашингтон, в частности, более 70% вырабатываемой электроэнергии зависит от гидроэнергетики.

Контент на этой странице предоставлен вам компанией NRG Energy.

Альтернативные источники электроэнергии и внесетевые источники энергии

Поскольку новые технологические инновации продолжают предлагать новые формы чистой и зеленой энергии, возможность жить с меньшим использованием альтернативных источников энергии стала реальностью.

Альтернативные источники энергии

Альтернативное электричество вне сети через солнечные панели

Изображение предоставлено OFC Pictures / Shutterstock

Солнечные, ветровые, геотермальные и гидроэнергетические средства позволяют жить «вне сети», где зависимость от природных источников энергии заменяет зависимость от более традиционных энергосистем. Независимо от того, живете ли вы в удаленном районе или заинтересованы в экономии энергии, инновации в области автономных источников энергии естественного происхождения доступны во многих различных формах.

Солнечные энергетические системы

Автономные энергосистемы работают независимо от линий электропередач, генерируемая энергия которых может использоваться для питания устройств. Например, автономная солнечная система использует только солнечную энергию, собираемую для питания устройств в этой системе. С другой стороны, автономная гибридная система использует комбинацию солнечной, гидро- и ветровой энергии в качестве основного источника энергии для системы.

Когда дело доходит до солнечных систем, доступно множество различных конфигураций в зависимости от типа необходимой мощности (переменное или постоянное напряжение).Большинство систем, независимо от их выхода энергии, поглощают солнечную энергию аналогичным образом. Солнечные батареи — один из наиболее часто используемых методов использования солнечной энергии.

Солнечные панели состоят из нескольких солнечных элементов, называемых фотоэлектрическими элементами, которые поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в полезную энергию. Для этого фотоэлектрические элементы состоят из полупроводниковых материалов, таких как кремний или теллурид кадмия, которые поглощают солнечную энергию, которая, в свою очередь, высвобождает электроны.Металлические контакты на разных сторонах солнечной панели направляют свободные электроны в одном направлении, создавая ток. Ток в сочетании с напряжением, хранящимся в фотоэлектрических элементах, является конечным результатом и может использоваться для питания устройств.

Гидроэнергетические системы

Гидроэнергетическая система использует силу движущейся или падающей воды для выработки энергии. Эти системы различаются по размеру в зависимости от желаемого количества энергии: большая гидроэнергетическая система может производить достаточно энергии, чтобы обеспечить альтернативное электричество для миллионов домов, тогда как меньшие гидроэнергетические системы могут быть спроектированы для производства энергии, достаточной для обеспечения электроэнергией одного домашнего хозяйства.

Независимо от размера системы, большинство гидроэнергетических систем разделяют несколько элементов. Во-первых, должна быть создана плотина, которая является барьером, который существенно замедляет движущийся водоем, тем самым повышая уровень воды — в результате образуется небольшой водопад или контролируемый излив воды на другой стороне плотины. Когда вода выходит через плотину, она накапливает большую силу. Турбина, устройство, которое работает почти так же, как ветряная мельница, вращается, когда вода приводит в движение лопасти турбины, и преобразует энергию воды в механическую энергию.Турбина соединена с генератором, который вращается в результате вращения турбины и преобразует механическую энергию в электрическую. Наконец, электричество подается в линии электропередачи, по которым энергия передается в дома или устройства. Количество энергии, создаваемой гидроэнергетической системой, зависит от количества воды, проходящей через систему, и от того, насколько далеко вода падает.

Ветровые системы

Системы ветроэнергетики используют кинетическую энергию ветра и превращают ее в механическую или электрическую энергию, почти так же, как гидроэнергетические системы собирают энергию из воды.Основное устройство, используемое в ветровых системах, — это ветряная турбина, которая доступна как с вертикальной осью, так и с горизонтальной осью.

Наиболее часто используемый тип ветряной турбины — это турбина с горизонтальной осью, которая обычно используется в крупномасштабных ветровых системах мощностью 100 киловатт и выше. Большинство турбин включает в себя следующие элементы: ротор, гондолу, башню и некоторое электронное оборудование.

Точно так же, как гидротурбина зависит от вращения роторов, роторы ветряной турбины приводят турбину в движение, когда они сталкиваются с ветром.В гондоле находится генератор, который вращается вместе с роторами. Башня поддерживает ротор, нарезку и электронное оборудование, которое помогает подавать электричество, вырабатываемое ветряной турбиной, в линии электропередач. В зависимости от размера турбины может быть достигнута мощность до 5000 киловатт.

Источники

Прочие электротехнические изделия

Больше от компании Electric & Power Generation

Альтернативная электроэнергия для односемейных домов | Руководства по дому

Самый эффективный и наименее затратный метод электроснабжения большинства домов на одну семью — это подключить дом к электросети, питающей район или район.Однако некоторые дома расположены в отдаленных районах, недоступных для национальной электросети, и в этих районах могут быть частые отключения электроэнергии. Некоторые домовладельцы предпочитают снабжать свои дома электричеством, полностью или частично произведенным из возобновляемых источников. Доступны альтернативные источники электроэнергии. Что выбрать, зависит от вашей ситуации, бюджета и потребностей.

Требования к электрооборудованию

Проведите аудит электроэнергии в вашем доме, чтобы определить количество электроэнергии, которая вам понадобится.Обладая этой информацией, вы можете приобрести или спроектировать систему, способную удовлетворить ваши потребности и ожидания. Если вы планируете полностью отключиться от сети, самым важным требованием будет определение пиковой нагрузки, чтобы вы могли одновременно удовлетворить все свои потребности в электричестве. Если вы планируете резервную систему или систему, которая будет выполнять только часть требований к электричеству вашего дома, вам все равно потребуется аудит, чтобы спланировать систему, которая будет соответствовать вашим минимальным потребностям.

Ветер

Энергия ветра, в которой ветряная мельница или турбина преобразует энергию ветра в электричество, в настоящее время является одним из старейших и наименее дорогих альтернативных источников электроэнергии.Чтобы компенсировать периоды слабого или тихого ветра, большинство систем для односемейных домов вырабатывают электричество для зарядки аккумуляторов. Аккумуляторная батарея заряжает дом электричеством. Хорошо спроектированная система будет иметь достаточную емкость аккумулятора, чтобы преодолеть периоды, когда их подзаряжает слабый или нулевой ветер. При определении того, является ли ветер приемлемым альтернативным источником энергии для вашего дома, необходимо учитывать региональные погодные условия и местную топографию. В некоторых районах страны, естественно, более ветрено, чем в других.Некоторые жилые дома, например, расположенные в глубоких долинах, не будут иметь почти такого количества ветра, как соседние дома, расположенные на вершине холма.

Солнечная энергия

Солнечная энергия в настоящее время является наиболее популярным источником альтернативной электроэнергии. Большинство домовладельцев используют сетевые системы для обеспечения некоторых или всех потребностей в электроэнергии для своего дома в яркие солнечные дни, а затем полагаются на электричество из сети ночью или в пасмурные дни. Системы, предназначенные для использования в качестве единственного источника электроэнергии для перезаряжаемых батарей в домашних условиях, обеспечивающие питание после наступления темноты или в пасмурные дни.Размер системы, необходимой для вашего дома, будет определяться как потребностями в электричестве, так и количеством солнечного света, которое обычно бывает в вашем регионе. Связанные с сетью системы часто имеют площадь менее 100 квадратных футов. Автономная система, способная питать дом среднего размера с обычными потребностями в электричестве в большинстве районов страны, поместится на крыше дома.

MicroCHP

Комбинированная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — это система, часто используемая в тяжелой промышленности. Вместо отвода избыточного тепла от угля, газа или других видов топлива, используемых в производственном процессе, тепло используется для производства электроэнергии.Теперь доступны блоки MicroCHP, сочетающие в себе отопление дома, нагрев воды и выработку электроэнергии. Эти агрегаты, которые в настоящее время работают на природном газе или сжиженном пропане, становятся более эффективными и вскоре могут стать излюбленной альтернативой для домовладельцев, желающих сократить свои счета за электроэнергию.

Двигатель внутреннего сгорания

В большинстве случаев генераторы с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине, природном газе, жидком пропане или дизельном топливе, являются наименее дорогостоящим альтернативным источником электроэнергии для покупки и установки, но они являются наиболее дорогостоящими в эксплуатации .Это делает их очень популярными в качестве аварийных резервных устройств в районах, где происходят частые отключения электроэнергии, но менее популярны для использования в качестве основного источника электроэнергии в доме.

Источники

Ресурсы

Биография писателя

Майк Шунвельд пишет с 1989 года и имеет журналы, в том числе «Outdoor Life», «Fur-Fish-Game», «The Rotarian» и многочисленные региональные публикации. Шунвельд получил лицензию капитана береговой охраны. Он имеет степень бакалавра наук о дикой природе Университета Пердью.

11 Альтернативные источники энергии (с примерами)

Потенциальные проблемы, связанные с использованием ископаемого топлива, особенно с точки зрения изменения климата, были рассмотрены раньше, чем вы думаете. Шведский ученый Сванте Аррениус еще в 1896 году первым заявил, что использование ископаемого топлива может способствовать глобальному потеплению. . Сегодня наблюдается общий сдвиг в сторону экологической осведомленности, и источники нашей энергии становятся предметом более пристального изучения.

Это привело к увеличению количества альтернативных источников энергии. Хотя жизнеспособность каждого из них можно оспорить, все они вносят положительный вклад по сравнению с ископаемым топливом.

Более низкие выбросы, более низкие цены на топливо и уменьшение загрязнения — все это преимущества, которые часто может обеспечить использование альтернативных видов топлива.

Здесь мы исследуем одиннадцать наиболее известных источников альтернативного топлива и смотрим на преимущества, которые они предлагают, и потенциал для увеличения потребления в ближайшие годы.

Вот несколько примеров альтернативных источников энергии и их значение.

1. Водородный газ

В отличие от других форм природного газа, водород является полностью экологически чистым топливом. После производства водородные газовые ячейки при использовании выделяют только водяной пар и теплый воздух.

Основная проблема этой формы альтернативной энергии заключается в том, что она в основном происходит за счет использования природного газа и ископаемого топлива. Таким образом, можно утверждать, что выбросы, создаваемые для его извлечения, противодействуют выгодам от его использования.

Процесс электролиза, который необходим для расщепления воды на водород и кислород, делает эту проблему менее важной. Однако электролиз по-прежнему уступает ранее упомянутым методам получения водорода, хотя исследования продолжают делать его более эффективным и экономичным.

2. Приливная энергия

Хотя приливная энергия использует энергию воды для выработки энергии, как и в случае с гидроэлектрическими методами, ее применение во многих случаях имеет больше общего с ветряными турбинами.

Хотя это довольно новая технология, ее потенциал огромен. Согласно отчету, подготовленному в Соединенном Королевстве, приливная энергия может удовлетворить до 20% текущих потребностей Великобритании в электроэнергии.

Наиболее распространенной формой генерации приливной энергии является использование генераторов приливных потоков. Они используют кинетическую энергию океана для питания турбин, не производя отходов ископаемого топлива и не будучи столь же восприимчивыми к элементам, как другие формы альтернативной энергии.

3.Энергия биомассы

Энергия биомассы бывает разных форм. Сжигание древесины использовалось в течение тысяч лет для создания тепла, но в результате недавних достижений также были обнаружены отходы, например, на свалках, и спиртовые продукты, используемые для аналогичных целей.

Если говорить о сжигании дров, то выделяемое тепло может быть эквивалентно теплу в системе центрального отопления. Кроме того, связанные с этим затраты, как правило, ниже, а количество углерода, выделяемого этим видом топлива, оказывается ниже количества, выделяемого ископаемым топливом.

Однако есть ряд проблем, которые необходимо учитывать при использовании этих систем, особенно если они установлены дома. Важным фактором может быть техническое обслуживание, к тому же вам может потребоваться разрешение местных властей на его установку.

4. Энергия ветра

Этот вид производства энергии становится все более популярным в последние годы. Он предлагает те же преимущества, что и многие другие альтернативные источники топлива, поскольку в нем используется возобновляемый источник и не образуются отходы.

Существующие ветроэнергетические установки приводят в действие примерно двадцать миллионов домов в Соединенных Штатах в год, и это число растет. В большинстве штатов страны в настоящее время в той или иной форме созданы ветроэнергетические установки, и инвестиции в эту технологию продолжают расти.

К сожалению, эта форма производства энергии также сопряжена с проблемами. Ветровые турбины ограничивают обзор и могут быть опасны для некоторых видов диких животных.

5. Геотермальная энергия

По сути, геотермальная энергия — это извлечение энергии из земли вокруг нас.Он становится все более популярным, и в 2015 году в этом секторе в целом наблюдался пятипроцентный рост.

В настоящее время по оценке Всемирного банка, около сорока стран могут удовлетворить большую часть своих потребностей в электроэнергии с помощью геотермальной энергии.

Этот источник энергии обладает огромным потенциалом, но мало что делает, чтобы разрушить землю. Однако высокие первоначальные затраты на создание геотермальных электростанций привели к более медленному внедрению, чем можно было ожидать от столь многообещающего источника топлива.

6. Природный газ

Источники природного газа использовались в течение нескольких десятилетий, но благодаря развитию технологий сжатия он становится более жизнеспособным альтернативным источником энергии. В частности, он используется в автомобилях для снижения выбросов углерода.

Спрос на этот источник энергии растет. В 2016 году 48 нижних штатов США достигли рекордных уровней спроса и потребления.

Несмотря на это, с природным газом все же есть проблемы.Потенциал загрязнения выше, чем при использовании других альтернативных источников топлива, и природный газ по-прежнему выделяет парниковые газы, даже если их количество меньше, чем при использовании ископаемого топлива.

7. Биотопливо

В отличие от источников энергии биомассы, биотопливо использует животный и растительный мир для производства энергии. По сути, это топливо, которое можно получить из какой-либо формы органического вещества.

Их можно возобновлять в тех случаях, когда используются растения, так как их можно отращивать ежегодно.Однако им действительно требуется специальное оборудование для добычи, которое может способствовать увеличению выбросов, даже если самого биотоплива нет.

Биотопливо находит все большее распространение, особенно в США. На их долю приходилось примерно семь процентов потребления топлива на транспорте по состоянию на 2012 год.

8. Волновая энергия

Вода снова доказывает, что вносит ценный вклад в альтернативные топливные источники энергии с волновыми преобразователями энергии. Они имеют преимущество перед источниками энергии приливов, поскольку их можно размещать в океане в различных ситуациях и местах.

Как и в случае с приливной энергией, преимущества заключаются в отсутствии отходов. Кроме того, он более надежен, чем многие другие виды альтернативной энергии, и при правильном использовании обладает огромным потенциалом.

Опять же, стоимость таких систем является основным фактором, способствующим замедлению их внедрения. У нас также пока недостаточно данных, чтобы выяснить, как преобразователи волновой энергии влияют на природные экосистемы.

9. Гидроэнергетика

Гидроэнергетические методы фактически являются одними из самых первых способов получения энергии, хотя их использование начало сокращаться с ростом использования ископаемых видов топлива.Несмотря на это, они по-прежнему составляют примерно семь процентов энергии, производимой в Соединенных Штатах.

Гидроэнергетика имеет ряд преимуществ. Это не только чистый источник энергии, что означает, что он не создает загрязнений и множества проблем, которые из-за этого возникают, но и является возобновляемым источником энергии.

Еще лучше, он также предлагает ряд вторичных преимуществ, которые не сразу очевидны. Плотины, используемые для производства гидроэлектроэнергии, также способствуют борьбе с наводнениями и ирригационным технологиям.

10. Ядерная энергия

Атомная энергия — одна из самых распространенных форм альтернативной энергии. Это создает ряд прямых выгод с точки зрения выбросов и эффективности, а также способствует росту экономики за счет создания рабочих мест при создании и эксплуатации заводов.

Тринадцать стран полагались на ядерную энергию для производства не менее четверти своей электроэнергии по состоянию на 2015 год, и в настоящее время в мире насчитывается 450 действующих станций.

Недостаток в том, что когда что-то идет не так с атомной электростанцией, существует вероятность катастрофы.Ситуация в Чернобыле и Фукусиме — тому пример.

11. Солнечная энергия

Когда большинство людей думают об альтернативных источниках энергии, они обычно используют солнечную энергию в качестве примера. С годами эта технология претерпела огромные изменения и теперь используется для крупномасштабного производства энергии и выработки электроэнергии для отдельных домов.

Ряд стран выступили с инициативами по развитию солнечной энергетики. Один из примеров — «Льготный тариф» Соединенного Королевства, а также «Налоговый кредит на инвестиции в солнечную энергию» в Соединенных Штатах.

Этот источник энергии является полностью возобновляемым, и затраты на установку перевешиваются деньгами, сэкономленными на счетах за электроэнергию от традиционных поставщиков. Тем не менее солнечные элементы склонны к износу в течение длительного периода времени и не так эффективны в неидеальных погодных условиях.

Заключение

По мере того, как проблемы, возникающие в результате использования традиционных ископаемых видов топлива, становятся все более заметными, альтернативные источники топлива, подобные упомянутым здесь, вероятно, будут приобретать еще большее значение.

Их преимущества устраняют многие проблемы, вызванные использованием ископаемого топлива, особенно когда речь идет о выбросах. Однако развитие некоторых из этих технологий замедлилось из-за количества инвестиций, необходимых для их жизнеспособности.

Объединив их все, мы сможем положительно повлиять на такие проблемы, как изменение климата, загрязнение и многие другие.

Пожалуйста, внесите свой вклад в обсуждение ниже и поделитесь с нами своими мыслями об альтернативных источниках энергии в разделе комментариев или поделившись этой статьей в социальных сетях.

Ресурсы

Какая из новых источников энергии самая дешевая?

Америка, да и весь мир в целом, работает на ископаемом топливе, таком как бензин и уголь. Но ни для кого не секрет, что эти ресурсы не могут длиться вечно.

Ежедневно в США используется около 19 миллионов баррелей нефти и сжигается 378 миллионов галлонов бензина. Но нефть и уголь не являются возобновляемыми источниками энергии — это означает, что, когда у нас заканчиваются эти ресурсы, они у нас заканчиваются навсегда.Поскольку многие экономисты и ученые считают, что мы достигли пика добычи нефти, потребность в источниках энергии, не являющихся ископаемыми видами топлива, стала более очевидной, чем когда-либо.

Давайте поговорим о некоторых современных альтернативных источниках энергии. Есть солнечная энергия, которая использует солнечный свет и преобразует его в электричество. Очевидно, что солнечный свет — это источник, на который мы всегда можем положиться, но методы его использования и превращения в энергию заведомо неэффективны.

Ветроэнергетика — еще одна популярная и развивающаяся альтернатива — она ​​использует массивные ветряные турбины для выработки электроэнергии.Опять же, турбины дорогие и подходят не для всех мест. Есть также геотермальная энергия, которая собирает тепло и газы из глубины Земли. Но это тоже дорого и потенциально может спровоцировать землетрясения.

Итак, какой новый альтернативный источник энергии самый дешевый? Хотя это не возобновляемый ресурс, природный газ становится все более популярной альтернативой нефти. Природный газ состоит в основном из метана и добывается из земной коры.Разница между природным газом и нефтью заключается в изобилии первой — по некоторым оценкам, только в Северной Америке извлекается 1000 триллионов кубических футов, чего достаточно для удовлетворения потребностей страны в природном газе в течение следующих 45 лет.

Это также намного дешевле, чем нефть. А поскольку на нашем континенте имеется большое количество газа, использование природного газа снижает нашу зависимость от иностранной нефти из политически нестабильных стран.

Однако природный газ не является постоянным решением, поскольку он не возобновляемый.Вернемся на мгновение к солнечной энергии. Хотя сейчас это не самый эффективный способ выработки энергии, он может быть когда-нибудь.

Институт инженеров по электротехнике и электронике недавно заявил, что в течение следующих 10 лет, когда солнечные энергетические системы станут более распространенными, а технологии станут более эффективными, стоимость солнечной энергии может сравняться с ценой на нефть.

Мы надеемся, что наш мир сможет проложить свой путь к более светлому и чистому будущему между природным газом, солнечной энергией и множеством других источников энергии.

14 альтернативных источников энергии, которые могут иметь значение

Альтернативные источники энергии растут

В энергетическом секторе ископаемых видов топлива источников были основным источником энергии из-за их относительно низкой цены. Тем не менее, наша потребность в энергии на , согласно прогнозам, вырастет на на в будущем, и мы больше не можем полагаться на конечных и , загрязняющих источников энергии. За последнее десятилетие мы наблюдали положительных сдвигов в сторону расширения наших мощностей по возобновляемым источникам энергии как на местном, так и на глобальном уровне.

Панели солнечных батарей, ветряных турбин, установленных на суше и на море, и гидроэлектростанций — вот некоторые из технологий альтернативной энергетики , которые будут удовлетворять наши будущие потребности в энергии . Наша зависимость от природного газа и нефти является самой большой причиной экологического ущерба, и в энергетическом секторе только несет ответственность за увеличение на 1,7% углекислого газа в нашей атмосфере. Таким образом, альтернативные источники энергии станут основным направлением предотвращения дальнейшего воздействия изменения климата на нашу планету.

Согласно ежегодной статистике IRENA по возобновляемым мощностям за 2019 год, глобальные возобновляемых генерирующих мощностей достигли 2351 ГВт . Из трех альтернативных источников энергии с наибольшим процентом:

1. Гидроэнергетика составляет 1172 ГВт , что составляет примерно половину от общей суммы.
2. Береговая и морская энергия Ветровая энергия занимает второе место с мощностью 564 ГВт.
3. Мощность солнечной энергии немного меньше — 480 ГВт, разделенных на солнечную фотоэлектрическую и солнечную тепловую энергию.

Альтернативная энергия Источники , по прогнозам, расширение в каждом секторе к 2023 . Электроэнергетический сектор имеет наибольшую долю 30% , и на пути декарбонизации электрификация станет основным энергоносителем , большая часть которого будет вырабатываться за счет возобновляемых источников энергии.

Отопление занимает второе место с 12%, а сектор транспорта идет последним с только 3.8% альтернативных источников энергии, нуждающихся в улучшении.

В приведенной ниже инфографике GreenMatch выделяет текущую и будущую область альтернативных источников энергии, а также дает обзор инвестиций и будущих прогнозов на нашем пути к устойчивому будущему .

Если вы хотите использовать эту инфографику на своем веб-сайте, используйте код для встраивания ниже:

Получить код для встраивания

Инвестиции в 2019 году замедляются?

В соответствии с планом реализации, установленным Парижским соглашением , совокупные инвестиции в зеленую энергию должны составить долларов США 110 трлн ., или около 2% (среднего) годового валового внутреннего продукта за этот период.

Тяга к альтернативным источникам энергии снизила затраты, особенно на солнечную энергию. Согласно отчету REN21 о статусе возобновляемых источников энергии за 2019 год, глобальные инвестиции в новые мощности достигли 288,9 млрд долларов США. , без учета гидроэнергетики свыше 50 МВт.

Правительство Китая прекратило свои схемы субсидирования , потому что солнечная энергия теперь считается доступной по цене и ведет к отсутствию развертывания солнечной энергии в Китае.В результате цифры показывают на 11% меньше инвестиций по сравнению с 2017 годом.

Аналогичным образом, в апреле 2019 года схема льготного тарифа в Великобритании завершила действие для новых заявителей, желающих использовать альтернативную энергию.

Инвестиции Прогноз предусматривает стабилизацию и рост инвестиций для следующего обзора. До сих пор Китай является крупнейшим инвестором по странам. Снижение расходов на солнечную энергию на из-за субсидии существенно повлияло на общее количество, демонстрируя явное доминирование на рынке возобновляемых источников энергии.

Объем будущих альтернативных источников энергии

Более широкое внедрение альтернативных источников энергии зависит от еще более эффективных возобновляемых технологий и , реструктурирующих электроэнергетической отрасли. С использованием возобновляемых источников энергии, производство чистой энергии возможно на уровне на бытовом уровне с такими технологиями, как солнечные панели , тепловые насосы и котлы на биомассе.

Чтобы в полной мере использовать энергию, которая в основном зависит от погоды или , зависящая от времени, нам еще предстоит придумать более совершенные решения по накоплению энергии .

Землепользование и рост населения

При росте населения заявлено 9,7 млрд. к 2050 г. , более широкое использование крупных солнечных ферм может быть не идеальным решением, поскольку они занимают много земли. Минимизация площади земель имеет решающее значение, или разрабатывает более эффективных технологий, таких как преобразователей энергии ветра .

Энергия ветра в настоящее время является одним из наиболее важных альтернативных источников энергии в Великобритании и поставляет примерно 4 млн.дома. Оффшорный ветер все еще недостаточно развит из-за дорогостоящего обслуживания и расположения в глубоких водах, но в будущем мы сможем более эффективно вырабатывать энергию из океанов и глубоких вод .

Недостатки в конструкции современных ветряных турбин ограничивают потенциал использования энергии ветра, неспособного преодолевать ветры на больших высотах. Будущая воздушная технология может стать лидером с гораздо более многообещающим радиусом действия от до 500 м , где ветры на сильнее .

Один из наиболее дорогостоящих проектов на ранней стадии включает получение солнечной энергии из пространства . Прототип состоит из оптических отражателей, фотоэлементов, преобразующих солнечный свет в энергию, и схемы, преобразующей электричество в радиочастоты. Затем интегрированная антенна будет передавать энергию обратно на Землю.

В будущем этот инновационный альтернативный источник энергии сможет удовлетворить потребности в энергии нашего растущего населения без ограничений, используя постоянный солнечный свет из космоса.

Хранение зеленой энергии

Эффективный аккумулятор жизненно важен для более широкого внедрения альтернативных источников энергии. Солнечная фотоэлектрическая энергия зависит от прямого солнечного воздействия, а это означает, что значительного количества энергии идет неиспользованным или тратится впустую из-за отсутствия встроенных солнечных аккумуляторных батарей.

В будущем водород будет движущим источником энергии. В настоящее время большая часть производится из ископаемого топлива. Однако излишков альтернативной энергии также используется для производства газообразного водорода.Применения универсальны — газообразный водород можно подавать в сеть природного газа или с помощью топливных элементов для обратного преобразования в электричество. Водород можно было бы широко использовать в транспортном секторе, когда мы сможем предложить менее дорогостоящих решений для более широкого внедрения таких альтернативных источников энергии.

Водород имеет наивысшую плотность из всех видов топлива, что делает его более подходящим для распределения и хранения. Его стабильный химический состав также означает, что он может удерживать энергию лучше, чем любая другая среда.

В будущем создание инфраструктуры снабжения и хранения позволит более эффективно использовать водорода. В планы на будущее для водорода входит строительство подземной системы хранения , где излишки энергии ветра, например, могут быть преобразованы в водород посредством электролиза .

Альтернативная энергетика и инфраструктура

Наша текущая глобальная инфраструктура адаптирована только для ископаемого топлива. На строительство нового потребуется лет и ресурсов.В последние годы автономных технологий , основанных на альтернативной энергии, смогли обеспечить питание удаленных точек в виде мини- или локальных сетей.

Полная децентрализация сети предоставит клиентам возможность продавать электроэнергию обратно в сеть, а получит контроль над необходимой и потребляемой энергии . Однако Великобритания далека от полной децентрализации из-за масштабов необходимых преобразований.

Ряд из предприятий , однако, можно считать пионерами реструктуризации вне сети в Великобритании, например, UPS и некоторые из гигантов розничной торговли и супермаркетов .

Расширение масштабов альтернативной энергетики откроет еще рабочих мест в секторе устойчивой энергетики. Рост и внедрение во всех секторах потребуют лет планирования и значительных инвестиций .

Чтобы гарантировать будущее без дальнейших выбросов парниковых газов, мы можем начать с введения дополнительных запретов на будущие проектов по ископаемому топливу и более строгих целевых показателей выбросов .

Альтернативы энергии: Электричество без углерода

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Эту статью лучше всего просматривать в формате PDF

Выработка электроэнергии обеспечивает 18 000 тераватт-часов энергии в год, около 40% от общего потребления энергии человечеством. При этом он производит более 10 гигатонн углекислого газа ежегодно, что является крупнейшим отраслевым вкладом в выбросы человечества от ископаемого топлива.Тем не менее, существует широкий спектр технологий — от солнечной и ветровой до ядерной и геотермальной, — которые могут генерировать электричество без чистых выбросов углерода из топлива.

Самый простой способ сократить выбросы углерода при производстве электроэнергии — повысить эффективность. Но у такой выгоды есть пределы, и есть известный парадокс, что большая эффективность может привести к большему потреблению. Таким образом, глобальный ответ на изменение климата должен включать переход на безуглеродные источники электроэнергии.Это требует свежего осмысления цен на углерод и, в некоторых случаях, новых технологий; это также означает новые системы передачи и более умные сети. Но, прежде всего, необходимо увеличить масштабы различных источников безуглеродной генерации, чтобы они могли обеспечить все более требовательный мир. В этой специальной функции Природа Команда новостей изучает, сколько безуглеродной энергии может быть в конечном итоге доступно — и какие источники имеют наибольший смысл.

Предоставлено: Дж.ТЭЙЛОР

В мире много плотин — 45 000 больших, по данным Мирового энергетического совета, и еще больше плотин малых размеров. Его гидроэлектростанции имеют генерирующую мощность 800 гигаватт (информацию о мощности см. В разделе «По цифрам»), и в настоящее время они производят почти одну пятую электроэнергии, потребляемой во всем мире. В качестве источника электроэнергии плотины уступают только ископаемым видам топлива и производят в 10 раз больше энергии, чем геотермальная, солнечная и ветровая энергия вместе взятые.Плотина «Три ущелья» в Китае, заявленная полная мощность которой составляет 18 гигаватт, может производить более или менее вдвое больше энергии, чем все солнечные батареи в мире. Еще 120 гигаватт мощности находятся в стадии разработки.

Одна из причин успеха гидроэнергетики заключается в том, что это широко распространенный ресурс — 160 стран в той или иной степени используют гидроэнергетику. В некоторых странах гидроэнергетика вносит наибольший вклад в электроэнергию из сетей — в развивающихся странах нередко большая плотина является основным источником энергии.Тем не менее, именно в крупных промышленно развитых странах, где есть большие реки, гидроэнергетика проявляется в наиболее ярком аспекте. Бразилия, Канада, Китай, Россия и США в настоящее время производят более половины мировой гидроэнергетики.

Стоимость: По данным Международной гидроэнергетической ассоциации (IHA), затраты на установку обычно находятся в диапазоне от 1 миллиона долларов США до более 5 миллионов долларов США на мегаватт мощности, в зависимости от места расположения и размера станции. Плотины в низинах и плотины с небольшим перепадом между уровнем воды и турбиной, как правило, дороже; большие плотины дешевле на ватт мощности, чем маленькие плотины в аналогичных условиях.Годовые эксплуатационные расходы низкие — 0,8–2% от капитальных затрат; электроэнергия стоит 0,03–0,10 доллара за киловатт-час, что делает плотины конкурентоспособными с углем и газом.

Вместимость: Абсолютный предел гидроэнергетики — это скорость, с которой вода течет вниз по рекам мира, превращая потенциальную энергию в кинетическую энергию по мере продвижения. Количество энергии, которое теоретически могло бы быть произведено, если бы весь мировой сток был «спущен» до уровня моря, составляет более 10 тераватт. Однако редко когда можно использовать 50% мощности реки, и во многих случаях эта цифра ниже 30%.

По данным IHA, эти цифры по-прежнему открывают значительные возможности для новых мощностей. В настоящее время Европа устанавливает ориентир для использования гидроэнергетики: 75% того, что считается возможным, уже эксплуатируется. Чтобы Африка достигла такого же уровня, ей необходимо увеличить мощность гидроэлектроэнергии в 10 раз до более чем 100 гигаватт. Азия, которая уже имеет наибольшую установленную мощность, также имеет наибольший потенциал роста. Если бы он утроил свои генерирующие мощности, используя таким образом почти европейскую часть своего потенциала, он удвоил бы общие гидроэлектрические мощности в мире.IHA заявляет, что при достаточных инвестициях производственные мощности во всем мире могут утроиться.

Преимущества: Тот факт, что гидроэлектрические системы не требуют топлива, означает, что они также не требуют инфраструктуры для извлечения топлива и транспорта топлива. Это означает, что гигаватт гидроэлектроэнергии спасает мир не только на гигаватт угля, сжигаемого на электростанции, работающей на ископаемом топливе, но также и на углеродных затратах на добычу и транспортировку этого угля. Поскольку кран легко открыть, плотины могут почти мгновенно реагировать на изменение спроса на электроэнергию независимо от времени суток или погоды.Такая простота включения делает их полезной резервной копией менее надежных возобновляемых источников. Тем не менее, вариации в использовании в зависимости от потребности и сезона означают, что плотины вырабатывают около половины своей номинальной мощности.

Гидроэлектрические системы уникальны среди генерирующих систем тем, что они могут, если они правильно спроектированы, накапливать энергию, произведенную в другом месте, перекачивая воду в гору, когда энергии много. Создаваемые ими водохранилища также могут обеспечивать водой для орошения, что является способом борьбы с наводнениями и создания условий для отдыха.

Недостатки: Не все регионы обладают большими гидроэнергетическими ресурсами — например, Ближний Восток относительно дефицитен. А водоемы занимают много места; сегодня площадь искусственных озер достигает двух Италии. Большие плотины и водохранилища, которые составляют большую часть этой площади и производят более 90% электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями во всем мире, требуют длительного и дорогостоящего планирования и строительства, а также переселения людей с территории водохранилища. За последние несколько десятилетий миллионы людей были переселены в Индию и Китай.Плотины оказывают экологическое воздействие на экосистемы вверх и вниз по течению и являются препятствием для миграции рыб. Накопление наносов может сократить срок их эксплуатации, а отложения, захваченные плотиной, недоступны для тех, кто находится ниже по течению. Биомасса, которая разлагается в водохранилищах, выделяет метан и двуокись углерода, и в некоторых случаях эти выбросы могут иметь такой же порядок величины, что и выбросы, которых можно избежать, если не сжигать ископаемое топливо. Изменение климата само по себе может ограничить пропускную способность плотин в некоторых районах за счет изменения количества и характера годового стока из таких источников, как ледники Тибета.

Поскольку гидроэнергетика является зрелой технологией, мало возможностей для повышения эффективности производства электроэнергии. Кроме того, были использованы более очевидные и легкие места, поэтому можно ожидать, что остающийся потенциал будет труднее использовать. Небольшие (менее 10 мегаватт) «русловые» схемы, вырабатывающие энергию из естественного потока воды — как это делали мельники на протяжении четырех тысячелетий — привлекательны, поскольку они, естественно, имеют меньшее воздействие. Однако они примерно в пять раз дороже и их сложнее масштабировать, чем более крупные схемы.

Вердикт: Дешевая и зрелая технология, но со значительными экологическими издержками; можно добавить примерно тераватт мощности.

Предоставлено: J. TAYLOR

.

Когда 26 апреля 1986 года произошел расплав 4-го реактора Чернобыльской атомной электростанции в Украине, радиоактивные осадки загрязнили большую часть Европы. Эта катастрофа, а также более ранний инцидент на Три-Майл-Айленде в Пенсильвании нанесли ущерб ядерной промышленности Запада на целое поколение.Однако во всем мире картина не изменилась так кардинально.

В 2007 году строилось 35 атомных станций, почти все в Азии. По последним данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), которое выполняет функции мировой ядерной инспекции, 439 уже действующих реакторов имеют общую мощность 370 гигаватт и дают около 15% электроэнергии, производимой во всем мире.

Затраты: В зависимости от конструкции реактора, требований площадки и нормы амортизации легководные реакторы, составляющие большую часть мировых ядерных мощностей, вырабатывают электроэнергию по цене от 0 долларов США.025 и 0,07 доллара за киловатт-час. Технология, которая делает это возможным, выиграла от десятилетий дорогостоящих исследований, разработок и закупок, субсидируемых правительствами; без этого ускорения трудно представить, что в настоящее время использовалась бы ядерная энергия.

Вместимость: Поскольку ядерная энергетика требует топлива, она ограничена запасами топлива. Согласно последнему изданию «Красной книги», в которой МАГАТЭ и Организация экономического сотрудничества могут с выгодой извлечь около 5,5 миллионов тонн урана в известных запасах по цене 130 долларов США за килограмм или меньше, Операция и развитие (ОЭСР) оценивают ресурсы урана.При текущем использовании 66 500 тонн в год, это примерно на 80 лет топлива. Текущая цена на уран превышает этот порог в 130 долларов.

Геологически схожие рудные месторождения, которые еще не доказаны — «неоткрытые запасы», как полагают, примерно вдвое превышают доказанные запасы, а руды с более низким содержанием содержат значительно больше. Уран — не особо редкий элемент — он почти так же часто входит в состав земной коры, как цинк. Оценки конечных извлекаемых ресурсов сильно различаются, но 35 миллионов тонн можно считать доступными.И уран не единственный природный элемент, который можно превратить в ядерное топливо. Хотя они еще не разработаны, реакторы на ториевом топливе возможны; введение тория в игру удвоило бы имеющиеся запасы топлива.

Кроме того, хотя в нынешних конструкциях реакторов топливо используется только один раз, это можно изменить. Реакторы-размножители, которые производят плутоний из изотопов урана, которые сами по себе не используются для производства энергии, могут эффективно создавать больше топлива, чем они используют.Система, построенная на таких реакторах, могла бы получить в 60 раз больше энергии на каждый введенный килограмм природного урана, хотя более низкие коэффициенты могут быть более реалистичными.

С реакторами-размножителями, которые еще предстоит испытать на коммерческой основе, мир в принципе мог бы стать на 100% ядерным. Без них все еще возможно, что объем ядерных мощностей вырастет в два или три раза и будет работать на этом уровне в течение столетия или более.

Преимущества: Атомная энергетика имеет относительно низкие затраты на топливо и может работать на полную мощность почти постоянно — электростанции в США вырабатывают 90% своей номинальной мощности.Это делает их хорошо подходящими для обеспечения постоянного питания «базовой нагрузки» для национальных сетей. Уран достаточно широко распространен, поэтому мировым запасам ядерного топлива вряд ли угрожают политические факторы.

Недостатки: Не существует согласованного решения проблемы обращения с ядерными отходами, образовавшимися на атомных станциях за последние 50 лет. Без долгосрочных решений, которые требуют больше с политической, чем с технической точки зрения, развитие ядерной энергетики, по понятным причинам, является трудной задачей.Еще одна проблема заключается в том, что распространение ядерной энергии трудно отделить от распространения возможностей ядерного оружия. Особую тревогу вызывают топливные циклы, которые включают рециркуляцию и, следовательно, обязательно производят плутоний. Даже без опасений по поводу распространения ядерного оружия, атомные электростанции могут стать заманчивыми целями для террористов или сил противника (хотя в последнем случае то же самое можно сказать и о гидроэлектростанциях).

Долгосрочная приверженность значительному расширению использования ядерной энергии потребует принятия общественностью не только существующих технологий, но и новых — например, ториевых реакторов и реакторов-размножителей.Эти технологии также должны будут привлечь инвесторов и регулирующих органов (о ядерном синтезе см. «Дальше»).

Атомная энергетика также является чрезвычайно капиталоемкой; Затраты на электроэнергию в течение всего срока службы станции сравнительно невысоки только потому, что растения долговечны. Таким образом, в краткосрочной перспективе атомная энергетика является дорогостоящим вариантом. Еще одним препятствием может быть нехватка квалифицированных рабочих. Для строительства и эксплуатации атомных станций требуется очень много высококвалифицированных специалистов, и расширение этого резерва талантов, достаточное для того, чтобы удвоить скорость ввода в эксплуатацию новых станций, может оказаться очень сложной задачей.Инженерные мощности для изготовления ключевых компонентов также потребуют увеличения.

В свете этих препятствий прогнозы относительно будущей роли ядерной энергетики значительно различаются. В «Перспективе мировых энергетических технологий — 2050» Европейской комиссии содержится оптимистичный сценарий, который предполагает, что при принятии общественностью и разработке новых реакторных технологий ядерная энергия может обеспечить около 1,7 тераватт к 2050 году. Аналитики МАГАТЭ более осторожны. Ханс-Хольгер Рогнер, руководитель отдела планирования и экономических исследований агентства, считает, что к 2050 году мощность увеличится не более чем до 1200 гигаватт.В междисциплинарном исследовании, проведенном в 2003 году Массачусетским технологическим институтом, описан конкретный сценарий увеличения мощности в три раза до 1000 гигаватт к 2050 году, сценарий, основанный на лидерстве США, продолжении приверженности Японии и возобновлении активности со стороны Европы. Этот сценарий основывался только на улучшенных версиях сегодняшних реакторов, а не на какой-либо радикально другой или улучшенной конструкции.

Вердикт: Достижение мощности в тераваттном диапазоне технически возможно в течение следующих нескольких десятилетий, но может оказаться трудным с политической точки зрения.Атмосфера общественного мнения, которая пришла к согласию с ядерной энергией, вполне могла быть очень уязвима перед неблагоприятными событиями, такими как еще одна авария масштаба Чернобыля или террористический акт.

Предоставлено: J. TAYLOR

.

Биомасса была первым источником энергии человечества и до двадцатого века оставалась самым крупным; даже сегодня он уступает только ископаемым видам топлива. Древесина, растительные остатки и другие биологические источники являются важным источником энергии для более чем двух миллиардов человек.В основном это топливо сжигается в кострах и кухонных плитах, но в последние годы биомасса стала источником электроэнергии, не использующей ископаемое топливо. По оценкам Всемирного энергетического совета, по состоянию на 2005 год, мощность производства биомассы составляла не менее 40 гигаватт, что больше, чем у любого возобновляемого ресурса, кроме ветра и гидроэнергетики. Биомасса может дополнять уголь или, в некоторых случаях, газ на обычных электростанциях. Биомасса также используется во многих когенерационных установках, которые могут улавливать 85–90% доступной энергии за счет использования отходящего тепла, а также электроэнергии.

Затраты: Цена на электроэнергию из биомассы широко варьируется в зависимости от наличия и типа топлива, а также стоимости его транспортировки. Капитальные затраты аналогичны затратам на электростанции, работающие на ископаемом топливе. Затраты на электроэнергию могут составлять всего 0,02 доллара за киловатт-час, когда биомасса сжигается вместе с углем на обычной электростанции, но возрастают до 0,03–0,05 доллара за киловатт-час на специальной электростанции, работающей на биомассе. Затраты увеличиваются до 0,04–0,09 долл. США за киловатт-час для когенерационной установки, но рекуперация и использование отходящего тепла делает процесс намного более эффективным.Самая большая проблема для новых электростанций, работающих на биомассе, — это найти надежное и концентрированное сырье, доступное на месте; Снижение транспортных расходов означает, что электростанции, работающие на биомассе, должны быть привязаны к местному топливу и быть довольно небольшими, что увеличивает капитальные затраты на мегаватт.

Вместимость: Биомасса ограничена доступной поверхностью земли, эффективностью фотосинтеза и запасом воды. Круглый стол ОЭСР в 2007 году подсчитал, что около полумиллиарда гектаров земель, не используемых в сельском хозяйстве, будут пригодны для производства неорошаемой биомассы, и предположил, что к 2050 году эта земля, а также растительные остатки, лесные остатки и органические отходы могут поставлять достаточно горючего материала каждый год, чтобы обеспечить 68 000 тераватт-часов.Преобразованный в электричество с КПД 40%, он может обеспечить максимум 3 тераватта. Межправительственная группа экспертов по изменению климата оценивает потенциал примерно на уровне 120 000 тераватт-часов в 2050 году, что составляет чуть более 5 тераватт на основе более крупной оценки доступной земли.

Эти прогнозы включают некоторые довольно крайние предположения о преобразовании земель для производства энергетических культур. И даже в той степени, в которой эти предположения оказываются жизнеспособными, электричество — не единственное возможное применение таких плантаций.Сохраняя солнечную энергию в форме химических связей, биомасса лучше других возобновляемых источников энергии поддается производству топлива для транспорта (см. Стр. 841). Хотя превращение биомассы в биотопливо не так эффективно, как простое сжигание, оно позволяет производить более ценный продукт. Биотопливо может легко превзойти производство электроэнергии в качестве использования биомассы в большинстве случаев.

Преимущества: Растения по своей природе углеродно-нейтральные и возобновляемые, хотя в сельском хозяйстве используются ресурсы, особенно если для этого требуется большое количество удобрений.Технологии, необходимые для сжигания биомассы, являются зрелыми и эффективными, особенно в случае когенерации. Небольшие системы, использующие пожнивные остатки, могут минимизировать транспортные расходы.

При сжигании на электростанциях, оснащенных оборудованием для улавливания и хранения углерода, биомасса из углеродно-нейтральной становится углеродно-отрицательной, эффективно высасывая углекислый газ из атмосферы и сохраняя его в земле (см. «Улавливание и хранение углерода» ). Это делает его единственной энергетической технологией, которая действительно может снизить уровень углекислого газа в атмосфере.Однако, как и в случае с углем, улавливание углерода связано с расходами как с точки зрения создания капитала, так и с точки зрения эффективности.

Недостатки: В мире не так много земли, и большая ее часть потребуется для обеспечения продовольствием растущего населения планеты. Неясно, желательно ли позволить рыночным механизмам управлять распределением земли между топливом и продуктами питания, или это политически осуществимо. Изменение климата само по себе может повлиять на доступность подходящей земли.Вероятно, будет противодействие расширению и все более интенсивному выращиванию энергетических культур. Использование отходов и остатков может удалить углерод с земли, который в противном случае обогатил бы почву; долгосрочная устойчивость может оказаться недостижимой.

Зависимость от биоэнергетики также может открыть двери для энергетических кризисов, вызванных засухой или эпидемией, а изменения в землепользовании могут иметь собственные климатические последствия: расчистка земель для выращивания энергетических культур может привести к выбросам со скоростью, которую сами культуры трудно компенсировать .

Вердикт: Если значительное увеличение урожая энергетических культур окажется приемлемым и устойчивым, большая его часть может быть использована в топливном секторе. Однако маломасштабные системы могут быть желательны во все большем числе условий, а возможность использования углеродно-отрицательных систем, которые подходят для производства электроэнергии, но не для биотоплива, является уникальной и привлекательной возможностью.

Предоставлено: J. TAYLOR

.

Энергия ветра расширяется быстрее, чем несколько лет назад могли бы пожелать даже ее самые ярые сторонники.Соединенные Штаты добавили 5,3 гигаватт ветровой мощности в 2007 году — 35% новых генерирующих мощностей страны — и еще 225 гигаватт находятся на стадии планирования. В Соединенных Штатах планируется больше ветроэнергетических мощностей, чем для угольных и газовых электростанций вместе взятых. По данным Глобального совета по ветроэнергетике, в мире за последние пять лет мощность увеличивалась почти на 25%.

Wind Power Monthly оценивает, что установленная мощность ветра в мире на январь 2008 года составляла 94 гигаватта.Если рост продолжится на уровне 21%, эта цифра утроится за шесть лет.

Несмотря на это, цифры остаются небольшими в глобальном масштабе, особенно с учетом того, что ветряные электростанции исторически производили только 20% своей мощности.

Затраты: Стоимость установки ветроэнергетики составляет около 1,8 миллиона долларов США на мегаватт для наземных разработок и от 2,4 до 3 миллионов долларов США для морских проектов. Это составляет 0,05–0,09 доллара за киловатт-час, что делает ветер конкурентоспособным с углем в нижней части диапазона.При субсидиях, которыми пользуются многие страны, затраты намного ниже, чем на уголь — отсюда и бум. Основным ограничением для ветроэнергетических установок в настоящее время является то, насколько быстро производители могут производить турбины.

Эти затраты представляют собой значительные улучшения в технологии. В 1981 году ветряная электростанция могла состоять из набора 50-киловаттных турбин, которые производили энергию примерно по 0,40 доллара за киловатт-час. Сегодняшние турбины могут производить в 30 раз больше энергии при одной пятой цены с гораздо меньшим временем простоя.

Вместимость: Количество энергии, генерируемой движением атмосферы Земли, огромно — сотни тераватт. В статье 2005 года пара исследователей из Стэнфордского университета подсчитала, что по крайней мере 72 тераватта могут быть эффективно произведены с использованием 2,5 миллионов современных более крупных турбин, размещенных в 13% мест по всему миру со скоростью ветра не менее 6,9 метра в секунду. и, таким образом, являются практическими сайтами (CL Archer и MZ Jacobson J. Geophys.Res. 110, D12110; 2005).

Преимущества: Главное преимущество ветра состоит в том, что он, как и гидроэнергетика, не требует топлива. Таким образом, единственные затраты связаны со строительством и обслуживанием турбин и линий электропередач. Турбины становятся больше и надежнее. Развитие технологий улавливания ветра на больших высотах могло бы предоставить источники с небольшими следами, способными генерировать энергию гораздо более устойчивым образом.

Недостатки: Конечным ограничением Wind может быть его прерывистость.Обеспечить от ветра до 20% мощности сети не так уж и сложно. Помимо этого, коммунальным предприятиям и операторам сетей необходимо предпринять дополнительные шаги, чтобы справиться с изменчивостью. Еще одна проблема с сетью, которая определенно ограничивает в ближайшем будущем, заключается в том, что самые ветреные места редко бывают самыми густонаселенными, и поэтому ветровая электроэнергия требует развития инфраструктуры, особенно для прибрежных районов.

Средняя мощность мировых ветров северной зимой (вверху) и летом.Возвратная энергия примерно на два порядка ниже из-за расположения турбин и технических ограничений. Предоставлено: W. T. Liu et al. Geophys. Res. Lett. 35, L13808 (2008)

Ветровая энергия не только прерывистая, но и, как и другие возобновляемые источники энергии, по своей природе имеет довольно низкую плотность. Большая ветряная электростанция обычно вырабатывает несколько ватт на квадратный метр — 10 — это очень много. Таким образом, энергия ветра зависит от дешевой земли, или от земли, используемой для других целей одновременно, или от того и другого.Кроме того, его трудно развернуть в районе, где население придает большое значение безтурбинному ландшафту.

Энергия ветра также распределяется неравномерно: она благоприятствует странам, имеющим доступ к ветреным морям и их береговым бризам или большим пустым равнинам. Германия покрыла большую часть своей самой ветреной земли турбинами, но, несмотря на эти новаторские усилия, ее совокупная мощность в 22 ГВт обеспечивает менее 7% потребностей страны в электроэнергии. По данным Британской ассоциации ветроэнергетики, Великобритания, которая гораздо медленнее внедряла ветроэнергетику, на сегодняшний день обладает самым большим в Европе оффшорным потенциалом — достаточным для трехкратного удовлетворения ее потребностей в электроэнергии.По оценкам отрасли, Европейский Союз может удовлетворить 25% своих текущих потребностей в электроэнергии за счет освоения менее 5% территории Северного моря.

Согласно исследованию Дэвида Кейта, главы Группы по энергетическим и экологическим системам Университета Калгари в Канаде, такое действительно крупномасштабное развертывание схем ветроэнергетики может повлиять на местный и, возможно, глобальный климат, изменяя характер ветров. Ветер имеет тенденцию охлаждать вещи, поэтому температура вокруг очень большой ветряной электростанции может повыситься, поскольку турбины замедляют ветер для извлечения его энергии.Кейт и его команда предполагают, что мощность ветра в 2 ТВт может повлиять на температуру примерно на 0,5 ° C, с потеплением в средних широтах и ​​похолоданием на полюсах — возможно, в этом отношении компенсирует эффект глобального потепления (DW Keith et al . Proc. Natl Acad. Sci., USA 101, 16115–16120; 2004).

Вердикт: При широкомасштабном развертывании на равнинах Соединенных Штатов и Китая и более дешевом доступе к морю, мощность ветроэнергетики в тераватт или более является вероятной.

Предоставлено: J. TAYLOR

.

В недрах Земли содержится огромное количество тепла, часть которого осталась от первоначального слияния планеты, а часть образовалась в результате распада радиоактивных элементов. Поскольку порода плохо проводит тепло, скорость, с которой это тепло течет к поверхности, очень низкая; если бы это было быстрее, ядро ​​Земли замерзло бы, и ее континенты давно перестали бы дрейфовать.

Медленный поток тепла Земли делает ее трудным ресурсом для выработки электроэнергии, за исключением нескольких конкретных мест, например, тех, где много горячих источников.Лишь пара десятков стран производят геотермальную электроэнергию, и только пять из них — Коста-Рика, Сальвадор, Исландия, Кения и Филиппины — вырабатывают таким образом более 15% своей электроэнергии. Установленная мощность геотермальной электроэнергии в мире составляет около 10 гигаватт и растет очень медленно — около 3% в год в первой половине этого десятилетия. Десять лет назад мощность геотермальной энергии превышала мощность ветра; теперь это почти в десять раз меньше.

Тепло Земли также можно использовать напрямую.В самом деле, небольшие геотермальные тепловые насосы, которые напрямую обогревают дома и предприятия, могут внести самый большой вклад, который тепло Земли может внести в мировой энергетический бюджет.

Стоимость: Стоимость геотермальной системы зависит от геологических условий. Джефферсон Тестер, инженер-химик, входивший в команду, которая подготовила влиятельный отчет Массачусетского технологического института (MIT) по геотермальной технологии в 2006 году, объясняет ситуацию как «похожую на минеральные ресурсы».Существует целый ряд категорий ресурсов — от неглубоких высокотемпературных областей высокопористой породы до более глубоких низкопористых областей, которые сложнее эксплуатировать ». В этом отчете стоимость эксплуатации лучших участков — участков с большим количеством горячей воды, циркулирующей близко к поверхности — составляет около 0,05 доллара США за киловатт-час. Гораздо более богатые ресурсы с низким содержанием полезных ископаемых можно эксплуатировать с помощью современных технологий только по гораздо более высоким ценам.

Абсолютная мощность: Земля теряет тепло от 40 до 50 ТВт в год, что составляет в среднем чуть меньше одной десятой ватта на квадратный метр.Для сравнения, солнечный свет в среднем составляет 200 Вт на квадратный метр. Сегодняшние технологии позволяют использовать 70 ГВт глобального теплового потока. С более продвинутыми технологиями можно было бы использовать как минимум вдвое больше. Исследование Массачусетского технологического института показало, что использование усовершенствованных систем, которые закачивают воду на глубину с использованием сложных систем бурения, можно было бы установить 100 ГВт геотермальной электроэнергии только в Соединенных Штатах. При аналогичных предположениях может быть достигнута глобальная цифра в тераватт или около того, предполагая, что геотермальная энергия могла бы, с большими инвестициями, обеспечить столько же электроэнергии, сколько сегодня плотины.

Преимущества: Геотермальные ресурсы не требуют топлива. Они идеально подходят для электроснабжения при базовой нагрузке, поскольку питаются от очень регулярного источника энергии. Геотермальные источники, составляющие 75%, имеют более высокий коэффициент использования, чем любые другие возобновляемые источники энергии. Низкопотенциальное тепло, оставшееся после выработки, можно использовать для отопления жилых помещений или в промышленных процессах.

Разведка и бурение ранее не использовавшихся геотермальных ресурсов стало намного проще благодаря картографической технологии и буровому оборудованию, разработанным в нефтяной промышленности.Значительная программа развития технологий — Tester предлагает 1 миллиард долларов на 10 лет — может значительно расширить достижимую мощность по мере открытия ресурсов более низкого качества.

Недостатки: Высококачественные ресурсы довольно редки, и даже низкокачественные ресурсы распределяются неравномерно. Углекислый газ может просачиваться из некоторых геотермальных полей, и могут возникнуть проблемы с загрязнением; вода, которая переносит тепло на поверхность, может переносить соединения, которые не должны попадать в водоносные горизонты.В засушливых регионах доступность воды может быть ограничением. Для крупномасштабной эксплуатации требуются технологии, которые, хотя и правдоподобны, не были продемонстрированы в виде надежных работающих систем.

Вердикт: Емкость может быть увеличена более чем на порядок. Без впечатляющих улучшений он вряд ли сможет обогнать гидро- и ветер и достичь тераватта.

Предоставлено: J. TAYLOR

.

Чтобы ничего не отнять от чуда фотосинтеза, но даже в самых лучших условиях растения могут преобразовать только около 1% солнечной радиации, попадающей на их поверхности, в энергию, которую может использовать любой другой.Для сравнения: стандартная коммерческая солнечная фотоэлектрическая панель может преобразовывать 12–18% энергии солнечного света в полезную электроэнергию; Высококачественные модели имеют КПД выше 20%. Увеличение производственных мощностей и снижение затрат привели к значительному росту отрасли за последние пять лет: в 2002 году по всему миру было отправлено 550 МВт ячеек; в 2007 году этот показатель был в шесть раз больше. Общая установленная мощность солнечных элементов оценивается примерно в 9 ГВт. Однако фактическое количество вырабатываемой электроэнергии значительно меньше, поскольку ночь и облака уменьшают доступную мощность.Из всех возобновляемых источников энергии у солнечной энергии самый низкий коэффициент использования мощности — около 14%.

Солнечные элементы — не единственная технология, с помощью которой солнечный свет можно превратить в электричество. Концентрированные солнечные тепловые системы используют зеркала для фокусировки солнечного тепла, обычно нагревая рабочую жидкость, которая, в свою очередь, приводит в движение турбину. Зеркала могут быть установлены в желобах, в параболах, отслеживающих Солнце, или в массивах, которые фокусируют тепло на центральной башне. Пока что установленная мощность довольно мала, и технология всегда будет ограничиваться местами, где много дней без облаков — для этого требуется прямое солнце, тогда как фотоэлектрические батареи могут обходиться более рассеянным светом.

Затраты: Стоимость производства солнечных элементов в настоящее время составляет 1,50–2,50 долларов США за ватт генерирующей мощности, а цены находятся в диапазоне 2,50–3,50 долларов США за ватт. Затраты на установку оплачиваются дополнительно; цена полной системы обычно примерно в два раза дороже ячеек. То, что это означает с точки зрения стоимости киловатт-часа в течение срока службы установки, зависит от местоположения, но получается около 0,25–0,40 доллара США. Снижаются производственные затраты и затраты на установку, поскольку фотоэлектрические элементы, интегрированные в строительные материалы, заменяют отдельно стоящие панели для бытовых применений.Текущие технологии должны производиться по цене менее 1 доллара за ватт в течение нескольких лет (см. _Nature_ 454, 558–559; 2008).

Стоимость киловатт-часа концентрированной солнечной тепловой энергии оценивается Национальной лабораторией возобновляемой энергии США (NREL) в Голдене, штат Колорадо, примерно в 0,17 доллара.

Вместимость: Земля получает около 100 000 ТВт солнечной энергии на своей поверхности — энергии каждый час достаточно, чтобы обеспечить потребности человечества в энергии в течение года. Есть части пустыни Сахара, пустыни Гоби в Центральной Азии, Атакамы в Перу или Большого бассейна в Соединенных Штатах, где гигаватт электроэнергии может быть произведен с использованием сегодняшних фотоэлектрических элементов в массиве 7 или 8 километров в поперечнике.Теоретически все мировые потребности в первичной энергии могут быть удовлетворены менее чем на десятой части площади Сахары.

Сторонники солнечных батарей указывают на расчет NREL, утверждающий, что солнечные панели на всех пригодных для использования поверхностях жилых и коммерческих крыш могут обеспечивать Соединенные Штаты таким же количеством электроэнергии в год, сколько страна использовала в 2004 году. В более умеренном климате дела обстоят иначе. так многообещающе: в Великобритании можно было бы ожидать ежегодной инсоляции около 1000 киловатт-часов на метр на южной панели, наклоненной с учетом широты: при 10% эффективности это означает, что на одного человека потребуется более 60 квадратных метров на человека. соответствовать текущему потреблению электроэнергии в Великобритании.

Преимущества: Солнце представляет собой практически неограниченный запас топлива без каких-либо затрат, которое широко распространяется и не оставляет следов. Общественность принимает солнечные технологии и в большинстве мест одобряет их — они менее важны с геополитической, экологической и эстетической точек зрения, чем ядерные, ветряные или гидроэнергетические установки, хотя чрезвычайно большие установки в пустыне могут вызвать протесты.

Фотоэлектрические системы часто можно устанавливать по частям — дом за домом и бизнес за бизнесом.В этих условиях стоимость производства электроэнергии должна конкурировать с розничной ценой на электроэнергию, а не со стоимостью ее производства другими способами, что дает значительный прирост солнечной энергии. Эта технология также, очевидно, хорошо подходит для автономной генерации и, следовательно, для районов без хорошо развитой инфраструктуры.

И фотоэлектрические, и концентрированные солнечные тепловые технологии нуждаются в улучшении. Вполне разумно представить, что через одно-два десятилетия новые технологии могут снизить стоимость ватта для фотоэлектрической энергии в десять раз, что почти невозможно представить для любого другого неуглеродного источника электроэнергии.

Недостатки: Конечным ограничением солнечной энергии является темнота. Солнечные батареи не производят электричество ночью, а в местах с частой и обширной облачностью генерация непредсказуемо колеблется в течение дня. Некоторые концентрированные солнечные тепловые системы обходят это, накапливая тепло в течение дня для использования в ночное время (расплавленная соль является одним из возможных средств хранения), что является одной из причин, по которой они могут быть предпочтительнее фотоэлектрических для больших установок. Другая возможность — распределенное хранение, возможно, в батареях электрических и гибридных автомобилей (см. Стр. 810).

Другая проблема заключается в том, что крупные установки обычно будут располагаться в пустынях, и поэтому распределение произведенной электроэнергии будет создавать проблемы. Исследование, проведенное в 2006 году Немецким аэрокосмическим центром, показало, что к 2050 году Европа может импортировать 100 ГВт из ассортимента фотоэлектрических и солнечных тепловых электростанций через Ближний Восток и Северную Африку. Но в отчете также отмечается, что для этого потребуются новые системы распределения электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.

Возможный недостаток некоторых усовершенствованных фотоэлектрических элементов заключается в том, что они используют редкие элементы, стоимость которых может увеличиваться, а поставки могут быть ограничены.Однако неясно, является ли какой-либо из этих элементов действительно ограниченным — больше резервов можно было бы сделать экономически жизнеспособными, если бы спрос был выше, — или незаменимыми.

Вердикт: В средне- и долгосрочной перспективе размер ресурса и потенциал для дальнейшего технологического развития не позволяют не рассматривать солнечную энергию как наиболее многообещающую безуглеродную технологию. Но без значительно расширенных возможностей хранения он не может решить проблему полностью.

Предоставлено: Дж.ТЭЙЛОР

Океаны обладают двумя видами доступной кинетической энергии — энергией приливов и волн. Ни один из них в настоящее время не вносит значительного вклада в мировое производство электроэнергии, но это не мешает энтузиастам разрабатывать схемы их использования. Несомненно, есть места, где благодаря особенностям географии приливы являются мощным ресурсом. В некоторых ситуациях этот потенциал лучше всего использовать плотиной, которая создает резервуар, похожий на водохранилище гидроэлектростанции, за исключением того, что он регулярно пополняется за счет притяжения Луны и Солнца, а не медленно пополняется за счет стока воды. падающий дождь.Но хотя обсуждаются различные схемы создания приливных заграждений — в первую очередь, Севернская плотина между Англией и Уэльсом, которая, по утверждениям сторонников, может предложить до 8 ГВт, — электростанция в устье Рэнса в Бретани, мощностью 240 МВт, остается мировым лидером. крупнейшая приливная электростанция спустя более 40 лет после ее ввода в эксплуатацию.

Есть также места, хорошо подходящие для систем приливного течения — затопленные турбины, которые вращаются во время прилива, как ветряные мельницы в воздухе. Турбина мощностью 1,2 МВт, установленная этим летом в устье Странгфорд-Лох, Северная Ирландия, является самой крупной из установленных на сегодняшний день такой системой.

Большинство технологий для захвата мощности волн все еще находятся на стадии тестирования. Отдельные компании работают над множеством потенциальных проектов, включая машины, которые колеблются на волнах, как змея, подпрыгивают вверх и вниз, когда вода проходит по ним, или устраиваются на береговой линии, чтобы их регулярно переполняли волны, которые приводят в действие турбины, когда вода стекает. . Испытательный стенд Европейского центра морской энергии на Оркнейских островах Соединенного Королевства, где производители могут подключить прототипы к морской электросети и проверить, насколько хорошо они выдерживают удары волн, является ведущим центром исследований.Например, компания Pelamis Wave Power, базирующаяся в Эдинбурге, Великобритания, перешла от тестирования к установке трех машин у побережья Португалии, которые вместе в конечном итоге вырабатывают 2,25 МВт.

Затраты: Затраты на заграждение заметно различаются от площадки к площадке, но в целом сопоставимы с затратами на гидроэнергетику. При ориентировочной стоимости в 15 миллиардов фунтов стерлингов (30 миллиардов долларов США) или более капитальные затраты на строительство плотины Северн составят около 4 миллионов долларов на мегаватт. В отчете British Carbon Trust за 2006 год, который стимулирует инвестиции в неуглеродную энергетику, затраты на электроэнергию приливных потоков оцениваются в 0 долларов.Диапазон 20–0,40 за киловатт-час, с волновыми системами, работающими до 0,90 доллара за киловатт-час. Ни одна из технологий не приближается к крупномасштабному производству, необходимому для значительного снижения таких затрат.

Вместимость: Взаимодействие массы Земли с гравитационными полями Луны и Солнца, по оценкам, производит около 3 ТВт приливной энергии — довольно скромно для такого астрономического источника (хотя и достаточно, чтобы играть ключевую роль в сохранении океаны смешанные — см. Nature 447, 522–524; 2007).Из них, возможно, 1 ТВт находится на достаточно мелководье, чтобы его можно было легко эксплуатировать, и только небольшая часть из них реально доступна. EDF, французская энергетическая компания, разрабатывающая приливную энергию у берегов Бретани, заявляет, что потенциал приливных потоков у берегов Франции составляет 80% от потенциала, доступного для всей Европы, и все же он все еще немногим больше гигаватта.

Мощность океанских волн оценивается более чем в 100 ТВт. По оценкам Европейской ассоциации океанической энергетики, доступный глобальный ресурс составляет от 1 до 10 тераватт, но с помощью современных технологий можно извлечь гораздо меньше.Анализ, представленный в бюллетене MRS в апреле 2008 года, показывает, что около 2% береговой линии мира имеют волны с плотностью энергии 30 кВт · м ₋₁ , что обеспечит технический потенциал около 500 ГВт для устройств, работающих на 40 % эффективность. Таким образом, даже при большом объеме разработки мощность волн вряд ли приблизится к существующей установленной мощности гидроэлектростанций.

Преимущества: Приливы в высшей степени предсказуемы, а в некоторых местах плотины действительно предлагают потенциал для крупномасштабной генерации, которая будет значительной в масштабах страны.Заграждения также предлагают некоторый встроенный потенциал для хранения вещей. Волны непостоянны, но они надежнее ветра.

Недостатки: Доступный ресурс сильно зависит от географического положения; не у каждой страны есть береговая линия, и не на каждой береговой линии есть сильные приливы или приливные потоки, или особенно впечатляющие волны. Районы с особенно жаркими волнами включают западное побережье Австралии, Южную Африку, западное побережье Северной Америки и западноевропейское побережье. Строить турбины, которые могут десятилетиями работать в море в суровых условиях, сложно.Заграждения оказывают воздействие на окружающую среду, обычно затопляя ранее приливно-болотные угодья, а системы волн, окаймляющие длинные участки впечатляющей береговой линии, могут быть трудны для восприятия населением. Приливы и волны по своей природе имеют тенденцию обнаруживаться на дальнем конце электрических сетей, поэтому возвращение энергии представляет собой дополнительную трудность. Известно, что серферы возражают…

Вердикт: Маргинальное значение в мировом масштабе.

Вставка 1: По номерам

В 2005 году было произведено 18 000 тераватт-часов электроэнергии.При почти 9000 часов в год это в среднем составляет около 2 ТВт. Генерирующая мощность намного выше, потому что есть пики и спады, и никакие станции не работают на полную мощность все время.

Нет аналогии, чтобы легко вообразить тераватт. Тысячная часть тераватта, гигаватт, более понятна. Это мощность довольно большой электростанции: Sizewell B, одна из крупнейших атомных электростанций Великобритании, имеет мощность около 1,2 ГВт; плотина Гувера на реке Колорадо может производить около 1.8 ГВт.

Мегаватт — одна тысячная гигаватта. Для питания большинства современных поездов требуется 3–5 МВт (или, если вы чувствуете вспышку, вы можете представить один как мощность двух машин Формулы-1). Киловатт легко представить себе как электрический тепловентилятор.

Внутреннее потребление энергии измеряется в киловатт-часах. В 2004 году самый высокий уровень потребления электроэнергии на душу населения был в Исландии, где он достиг 28 200 кВт / ч в год. В Соединенных Штатах это около 13 300 кВт / ч в год; Таким образом, 300 миллионов американцев потребляют около 400 ГВт электроэнергии.В Чили уровень на душу населения составляет 3100 кВтч, в Китае 1600 кВтч, в Индии 460 кВтч. Самый низкий уровень на Гаити — 30 кВтч.

Вставка 2: Дальше

Термоядерная энергия может удовлетворить все потребности Земли в энергии. Для этого нужны только два тяжелых изотопа водорода и технология их использования. Реакторы будут производить некоторые радиоактивные отходы с низким уровнем активности, но лишь в меньшем количестве по сравнению с ядерным делением. Проблема в необходимой технологии — коммерческие реакторы вряд ли появятся раньше 2040-х годов.

Еще одна далекая мечта — космический спутник на солнечной энергии. На орбите солнечные панели могут впитывать солнечный свет 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, излучая его на Землю в виде микроволн. Это требует действительно дешевых космических путешествий, чтобы вывести на орбиту тысячи тонн солнечных элементов. На данный момент, к сожалению, космические путешествия действительно дороги.

Вставка 3: Улавливание и хранение углерода

Предоставлено: J. TAYLOR

.

Альтернативой отказу от ископаемого топлива является отказ от выброса CO ² в атмосферу.Технология улавливания и хранения углерода (CCS) удаляет CO ² из выхлопных газов и хранит его под землей. Эта технология может снизить выбросы углерода электростанциями на 80–90%, хотя с учетом факторов жизненного цикла это число может снизиться до 67%. Оценки дополнительных затрат на CCS широко варьируются в зависимости от технологии и местоположения, но это может добавить 0,01–0,05 доллара США к стоимости киловатт-часа. На угольных электростанциях технология могла бы быть конкурентоспособной, если бы CO ² стоил около 50 долларов за тонну.

Часть дополнительных затрат на CCS — это капитал, вложенный в новый завод; частично из-за снижения эффективности из-за затрат энергии на удаление углерода. Для обычной угольной электростанции потеря эффективности может достигать 40%. На более современных электростанциях с комбинированным циклом с интегрированной газификацией (IGCC), капитальные затраты на которые выше, на стадии газификации образуется поток CO ² , с которым легче справиться. Таким образом, CCS снижает эффективность установок IGCC менее чем на 20%, и их эффективность изначально выше.Пока существует очень мало заводов IGCC, но возможность введения налогов на выбросы углерода или более дорогой уголь могут склонить рынок в их сторону.

Хотя ранние реализации CCS, вероятно, будут сосредоточены на закачке CO ² в истощенные нефтяные месторождения (где он уже используется для извлечения осадка), технология, вероятно, в конечном итоге будет нацелена на солевые водоносные горизонты, которые представляют собой несомненные преимущества. самая большая емкость хранения CO ² . Оценки емкости глобального водоносного горизонта варьируются от 2 000 Гт CO ² до почти 11 000 Гт CO ² , хотя этот ресурс неравномерно распределен по миру.Программа стратегии глобальных энергетических технологий, возглавляемая исследователями из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, оценивает, что 8 100 крупных предприятий по всему миру, которые могут быть кандидатами на УХУ, в настоящее время выбрасывают около 15 Гт CO ² ежегодно. Таким образом, водоносные горизонты могут обеспечивать столетия хранения при текущих уровнях CO ² , а также позволяют продолжать использование угля, пока продолжается работа по созданию менее грязной технологии базовой нагрузки.

Задача грандиозная, и серьезные промышленные обоснования концепции осуществимости CCS еще только начинались.Вероятность широкого распространения CCS через 10 или даже 20 лет очень мала, если технология не будет продвигаться намного более агрессивно. Самая большая проблема — масштаб. По данным Массачусетского технологического института 2007 г., улавливание 60% CO ² на угольных электростанциях США будет означать ежедневную переработку объема CO ² , который конкурирует с 20 миллионами баррелей нефти, перемещаемых нефтяной промышленностью. учиться. Создание такой инфраструктуры не невозможно, но создать ее за одно-два десятилетия — непростая задача.

Вставка 4: Ветровая энергия

[изображение 10 справа] Средняя мощность мировых ветров в течение северной зимы (вверху) и лета. Возвратная энергия примерно на два порядка ниже из-за расположения турбин и технических ограничений. Предоставлено: W. T. Liu et al. Geophys. Res. Lett. 35, L13808 (2008)

Источники

1. 1

   Ключевая статистика мировой энергетики, 2007 год (Международное энергетическое агентство, 2007).

2. 2

   Hohmeyer, O. & Trittin, T. (ред.) Proc. Предварительное совещание МГЭИК по возобновляемым источникам энергии 20–25 января 2008 г., Любек, Германия (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, 2008 г.).

   Google ученый

3. 3

   Смил В. Энергия в природе и обществе: общая энергетика сложных систем (MIT Press, 2008).

   Google ученый

4. 4

   Мец, Б., Дэвидсон, О., Бош, П., Дэйв, Р., Мейер, Л. (ред.) Изменение климата 2007: Смягчение последствий изменения климата (Cambridge Univ. Press, 2007).

   Google ученый

Скачать ссылки

Дополнительная информация

См. Редакционную статью, стр. 805 Авторы: Квирин Ширмайер, Джефф Толлефсон, Тони Скалли, Александра Витце и Оливер Мортон.

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Schiermeier, Q., Толлефсон, Дж., Скалли, Т. и др. Альтернативы энергии: Электричество без углерода. Nature 454, 816–823 (2008). https://doi.org/10.1038/454816a

Ссылка для скачивания

Дополнительная литература

• Получение квантовых точек сульфида кадмия литообионным антарктическим штаммом Pedobacter sp. UYP1 и их применение в качестве фотосенсибилизатора в солнечных элементах

  • В.Карраско
  • , В. Амарель
  • , С. Лагос-Морага
  • , К. П. Кесада
  • , Р. Эспиноза-Гонсалес
  • , Р. Фаччио
  • , Э. Фабиано
  • и Х. М. Перес-Доносо
  9 Фабрики микробных клеток (2021 год)

• Оптимизация компоновки трибоэлектрических наногенераторов с приводом от воды с учетом явления капиллярности между гидрофобными поверхностями

  • Hong Ryul Park
  • , Jeong-Won Lee
  • , Dong Sung Kim
  • , Jae-Yoon Sim
  • , Insang Song
  • и Woonbong Hwang

  Научные отчеты (2020)

• Электролиз низкосортных и засоленных поверхностных вод

  • Венминг Тонг
  • , Марк Форстер
  • , Фабио Диониджи
  • , Сорен Дресп
  • , Рогае Садеги Эрами
  • , Питер Штрассер
  • , Александр Дж.Коуэн
  • и Пау Фаррас

  Энергия природы (2020)

• Влияние пространственной конфигурации ниже по потоку на характеристики извлечения энергии тандемно-параллельных комбинированных колеблющихся подводных крыльев.

  • Ф. Дахмани
  • и К.Х. Сон

  Журнал механических наук и технологий (2020)

.