Современный источник энергии будущего: что делать, когда закончатся нефть, газ и уголь :: Экономика :: РБК

Какое будущее ждет возобновляемые источники энергии

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

Что такое возобновляемые источники энергии

Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 32)

Виды альтернативных источников энергии

Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции.

Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики.

В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO₂ в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Полная версия отчета Renewables 2019 в формате PDF (см. стр. 47)

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

«Зеленое» будущее: мир на пороге внедрения новых энергетических технологий

Плюсы и минусы альтернативных технологий генерации энергии, их преимущества перед традиционной энергетикой обсудят на XX ПМЭФ. О ситуации в сфере энергетики и ее возможном будущем – в материале ТАСС

Сегодня никто не знает ответа на вопрос, каким будет полноценный облик энергетики будущего. Казалось бы, передовые технологии получения электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников (ВИЭ) постепенно выталкивают на обочину истории так называемую классическую генерацию с углеводородным топливом.

В то же время альтернативная генерация до сих пор так и не избавилась от проблем, которые мешают ее масштабному внедрению, что сильно повышает шансы на продолжение самого широкого использования (как минимум в обозримой перспективе) ископаемого топлива для генерации энергии.

Уже появились новые идеи и новые технологии, реализуются уникальные проекты, которые в перспективе могут не только сделать ненужными газовые и угольные электростанции, но и сильно сократить использование альтернативной генерации.

Поэтому в настоящий момент человечество находится в начале трудного пути преобразования энергоотрасли, финал которого только лишь проступает сквозь туман технологической перспективы.

«Зеленое» будущее?

Как минимум одну характеристику энергетики будущего мы знаем уже сегодня. Совсем недавно мир обсуждал в Париже важнейшую проблему изменения климата на планете, и более 170 стран подписались под новым климатическим соглашением.

По мнению экспертов,  для достижения поставленных в документе целей необходимо развивать «зеленую» мировую генерацию, поскольку сейчас на производство энергии приходится две трети глобальных выбросов парниковых газов. Таким образом, будущее за экологически чистой генерацией, и Россия здесь может сыграть ключевую мировую роль.    

В ближайшие десятилетия потребление энергии человечеством будет только расти. В Международном энергетическом агентстве (МЭА) считают, что мировой спрос на энергию к 2040 году увеличится на 37%. Существенно изменится и структура мирового потребления – к этому сроку в лидеры выйдут страны Азии (прежде всего Китай), Африки и Ближнего Востока, где ожидается бурный экономический рост, для обеспечения которого и потребуются колоссальные энергоресурсы.

Ископаемые виды топлива сохранят свое доминирование, этому послужил современный «сланцевый прорыв», отодвинувший на несколько десятилетий угрозу исчерпания эффективно добываемых нефтегазовых ресурсов.

Как отмечается в докладе аналитического центра при правительстве РФ, доля нефти и газа в мировом потреблении первичной энергии к 2040 году останется практически неизменной – 51,4% (53,6% в 2010 году).

Согласно прогнозам экспертов, газ к 2040 году станет основным топливом в энергобалансе стран ОЭСР. К 2040 году вырастет на 15% мировой спрос и на уголь, основным потребителем которого будет Китай. Как известно, именно тепловые электростанции являются главными источниками эмиссии парниковых газов в атмосферу. Мировые запасы угля колоссальны, но надеяться на то, что современные технологии позволят свести на нет парниковые выбросы угольных ТЭС, не приходится.

В последние годы заметно расширяется использование альтернативных источников энергии. По словам главы «Роснано» Анатолия Чубайса, это связано с экологической чистотой ВИЭ, отсутствием эмиссии углекислого газа при их использовании и отсутствием риска техногенных аварий, которые могут повлечь загрязнение окружающей среды.

На ВИЭ в 2014 году пришлась почти половина от всех новых генерирующих мощностей в электроэнергетике, лидерами в развитии ВИЭ стали Китай, США, Япония и Германия, инвестировавшие в эту сферу $270 млрд.

В настоящее время в России мощность всех источников альтернативной генерации в общем энергобалансе достигает максимум 1%. Надо сказать, что Минэнерго РФ в ближайшие 20 лет планирует в 10 раз увеличить производство электрической энергии на основе возобновляемых источников. К примеру, после того, как в Крыму к концу 2017 года подключат солнечную электростанцию мощностью 110 МВт, ВИЭ займут 50% от общей мощности выработки энергии в этом российском регионе.

Ставка на солнце

Берлин несколько лет назад сделал ставку на масштабное развитие солнечной генерации, решив постепенно отказаться от атомных объектов для выработки электроэнергии. Определенных успехов в этой области Германия достигла в июле 2015 года, когда солнечные батареи, установленные по всей стране, произвели столько же электроэнергии, что и атомные электростанции: объем генерации и тех, и других составил по 5,18 ТВт/час.

Уже в 2014 году ветер, солнце, биомасса и вода обеспечили 26,2% всей произведенной в Германии электроэнергии, впервые обогнав по этому показателю традиционного для отрасли лидера – бурый уголь, на долю которого пришлось 25,4%.

Некоторые эксперты считают, что к 2030 году страна может полностью перейти на ВИЭ при производстве электроэнергии, уйдя от всех ископаемых, а также ядерных источников получения энергии.

На примере Германии видно, к каким последствиям способно привести чисто политическое решение по отказу от стабильного источника энергии, в данном случае атомной генерации. В числе внутренних последствий – рост стоимости электрической энергии для конечных потребителей, в числе внешних – потеря важнейших компетенций в высокотехнологичной атомной отрасли, и это на фоне того, что в мире вновь бурно развивается строительство АЭС и все новые страны заявляют о планах создания собственной атомной генерации.

Высокая зависимость ВИЭ от государственной поддержки делает «зеленую» энергетику уязвимой в кризисной экономической ситуации. К тому же ВИЭ имеют те самые родовые недостатки, заключающиеся в том, что объем производства энергии на объектах альтернативной генерации сильно зависит от погоды, в случае с солнечной генерацией – еще и от времени суток.

Для обеспечения энергоснабжения крупного промышленного производства солнечной генерацией надо покрыть панелями колоссальную территорию в десятки квадратных километров. К тому же солнечная генерация не работает в вечерние, пиковые часы потребления, а значит необходимо аккумулировать в огромных объемах энергию, полученную в течение светового дня, что приведет к еще большему удорожанию и так далеко не дешевой фотовольтаики.

Сторонники альтернативной генерации называют ее экологически чистой, критики в ответ на это подчеркивают несколько существенных моментов: строительство крупных ГЭС приводит к затоплению огромных территорий, уничтожению флоры и фауны и необратимому изменению климата в регионе, ветроэлектростанции являются реальной угрозой для птиц и причиной эрозии почвы из-за постоянной вибрации, а производство пластин для фотовольтаики не только очень дорогое и энергозатратное, но и крайне токсичное.

Инвестиции растут

Но очевидно, что все эти проблемы представляют собой технологические задачи, решаемые в обозримой перспективе, тем более что поток инвестиций в ВИЭ постепенно растет.

Мировые инновационные гиганты, такие как Apple и Google, активно вкладываются в совершенствование технологий альтернативной генерации, в частности компания Apple инвестировала в 2015 году больше $800 млн в развитие солнечной фермы в Сан-Франциско.

В то же время инвестиции Евросоюза в ВИЭ в прошедшем году упали на 21%, с $62 млрд до $48,8 млрд. В других регионах мира инвестиции растут. К примеру, страны Ближнего Востока и Африки увеличили вложения в ВИЭ на 58% – до $12,5 млрд.

И это не могло не сказаться на росте альтернативной генерации в мире: согласно данным британской BP, доля ВИЭ в производстве электроэнергии в 2015 году уже достигла 2,8% мирового потребления энергоресурсов.

Активное развитие ВИЭ не заставило ЕС, где эксплуатируется 131 АЭС общей мощностью около 121 ГВт, отказаться от атомной генерации. Европейский союз намерен инвестировать в атомную энергетику, в том числе в разработку и строительство современных реакторов для мини-АЭС, первую из которых предполагается ввести в эксплуатацию не позднее 2030 года.

Дело в том, что при всех сложностях в использовании атомной генерации она обладает важной особенностью – вклад АЭС в выбросы парниковых газов близок к нулю. Замещение с помощью АЭС тепловой генерации приводит к ожидаемому снижению эмиссии СО₂.

Поэтому постепенная замена выбывающих старых атомных мощностей на новые ядерные энергоблоки в странах, давно эксплуатирующих «мирный атом», и вхождение все новых государств в мировой атомный клуб – это естественная тенденция как минимум нескольких ближайших десятилетий. Обусловлена она как задачей обеспечения стабильного и надежного энергоснабжения, так и необходимостью ввода новых, экологически безопасных объектов генерации.

Проекты будущего

На фоне «дележа пирога» мирового энергобаланса между классической генерацией и ее молодой соперницей в лице ВИЭ, особняком стоят проекты, которые в итоге могут сыграть ключевую роль в формировании энергетики будущего. Человечество ищет надежный, безопасный и дешевый источник энергии, который бы не только не загрязнял окружающую среду, но и решал накопившиеся проблемы.

В этом плане надо обратить внимание на Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР), строительство которого идет во французском Кадараше. Это крупнейший мировой научный проект, на территории Франции реактор возводят практически всем миром: участвуют ЕС, Швейцария, Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США. Страны Европы вносят около 50% объема финансирования проекта, на долю России приходится примерно 10% от общей суммы, которые будут инвестированы в форме высокотехнологичного оборудования.

В основе реактора отечественная технология токамака, и это будет первая крупномасштабная попытка использовать для получения электроэнергии термоядерную реакцию, подобную той, что происходит на Солнце. Если ИТЭР будет успешным (появления первого прототипа коммерческой термоядерной электростанции мир ожидает к концу века), все участники получат полный доступ к технологиям для строительства объектов термоядерной генерации. Запасы топлива для такой станции на планете практически неисчерпаемы, к тому же термоядерная генерация экологически безопасна.

«ИТЭР – это ворота в термоядерную энергетику, через которые мир должен пройти», – говорил почетный президент НИЦ «Курчатовский институт», академик РАН Е.П. Велихов.

Еще один проект, способный повлиять на формирование облика энергетики будущего, – «Прорыв», реализуемый в Росатоме. Он предусматривает создание ядерных энергетических технологий нового поколения на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах (БН). Развитие атомной генерации на основе реакторов БН позволит решить проблему накопленных радиоактивных отходов, топлива для таких реакторов человечеству должно хватить на очень длительный период.

«Цель проекта «Прорыв» – это не только уникальный результат научно-исследовательских или опытно-конструкторских работ, но и создание конкурентоспособной технологии, с помощью которой атомная отрасль России сможет не только сохранить, но и усилить свое лидерство на мировом рынке в ближайшие 30 лет», – считает генеральный директор Росатома Сергей Кириенко.

В мире поиском генерации будущего занимаются не только государства и крупные корпорации, но и частные инвесторы, вкладывающие свои средства в передовые проекты. К примеру, компания TRI ALFA ENERGY разрабатывает компактную термоядерную электростанцию – возможного конкурента ИТЭР.

Билл Гейтс инвестировал в компанию TerraPower, которая создает инновационный ядерный реактор на бегущей волне и планирует построить его прототип к 2020 году.

Активно совершенствуются системы аккумулирования энергии – Илон Маск в 2015 году представил новую компактную систему Tesla Powerwall, которая способна днем накапливать электроэнергию от солнечных панелей для использования в ночном режиме. Подобные аккумуляторы не являются чем-то новым, но важен сам факт совершенствования и удешевления данных систем для того, чтобы их можно было использовать в домашних условиях.

Скупые очертания будущей мировой энергетики можно увидеть в планах развития распределенной генерации, в повышении энергоэффективности и проектах модернизации действующих объектов тепловой генерации, а также вывода старых мощностей из эксплуатации.

У России сегодня сильные позиции в ряде энергетических направлений, в том числе в атомной сфере, мы и в перспективе точно должны оставаться в лидерской группе стран, создающих инновационные технологии энергогенерации, которые и определят  энергетическое будущее человечества.      

Андрей Ретингер, независимый эксперт в энергетической отрасли

Новости: Энергетика будущего: на сто лет вперед — Эксперт

Согласно их исследованию, уже к середине века уголь и нефть начнут терять свое значение в качестве источников энергии, ископаемое топливо заменится энергией солнца. Но для этого придется менять всю парадигму отношений внутри отрасли — и технологии, и психологию игроков.

Большая энерготройка

По мнению экспертов «Глобальной энергии» (в их число входят 20 ученых из различных стран мира, в том числе, например, и лауреат Нобелевской премии мира Родни Аллам), к 2100 году доля нефти и угля в мировом топливно-энергетическом балансе составит 2,1% и 0,9% соответственно, термоядерная энергетика займет десятую часть рынка, а более четверти всей мировой электроэнергии будет производиться благодаря солнцу. Причина таких изменений — постепенное снижение добычи углеводородов и переориентирование на строительство более чистых энергомощностей.

Изменится и влияние разных государств на рынке энергетики: так, к 2035 году крупнейшим производителем топливно-энергетических ресурсов будет США (24%), второе место займет Россия (21%) и Китай (16%). Однако через 50 лет, по оценкам экспертов, на первое место выйдет Россия (19%), Китай станет вторым (18%), а США «опустится» до третьего места (17%). К 2100 году, однако, диспозиция изменится вновь: на первое место вырвется уже Китай (20%), а Россия и США будут занимать вторую и третью строчки рейтинга (16% и 14% соответственно).

Эксперты назвали и факторы, которые, по их мнению, мешают топливно-энергетическому комплексу развиваться в «зеленом» направлении: более трети ученых, участвовавших в исследовании, отметили, что пока альтернативные источники энергии слишком дороги, а конкуренция со стороны углеводородной и ядерной энергетики высока. В то же время активно формируется образ «традиционной» энергетики как нежелательной и неэкологичной, кроме того, современная экономика требует более эффективного использования имеющихся ресурсов, развития переработки отходов и смежных технологий. В такой ситуации, по мнению экспертов, дополнительные стимулы к развитию получат такие направления, как биоэнергетика и разработка биотоплива, а также термоядерных реакторов.

Результаты исследования, представленные «Глобальной энергией» на Петербургском международном экономическом форуме, вызвали оживленную дискуссию о будущем энергетики в целом и энергетики России в частности. Тренды трендами, но стартовые позиции и структура экономики у разных стран (и разных регионов одной страны) все же отличаются, а значит, путь к тройке энергетических лидеров мира Россия, Китай и США будут проходить по-разному.

Угля станет меньше, но больше

Большинство экспертов считает, что одна из предпосылок к снижению доли углеводородов в мировом балансе, — это Парижские климатические соглашения, одной из главных тем которых было замораживание угольных проектов. Многие банки и финансовые институты заявили об отказе от инвестиций в угледобывающую сферу и энергетику. Планы масштабного строительства угольных электростанций остались только у четырех стран — Вьетнама, Индии, Индонезии и Китая, хотя есть и более мелкие игроки, не желающие отказываться от развития этого сектора экономики, в частности, Пакистан и Турция. Вместе с тем есть идеи и проекты по возрождению угольной составляющей с учетом новых, более щадящих технологий, а также идеи восстановления и развития добычи твердого топлива в арктических территориях.

Один из таких проектов, например, реализуется в арктической зоне Красноярского края: на полуострове Таймыр находится одно из самых больших в мире месторождений антрацитов, в 2015 году началась его разработка. Только на одном участке «Река Малая Лемберова» запасы высококачественного антрацита составляют порядка 600 миллионов тонн. К 2020 году УК «Восток-Уголь» планирует добывать здесь до 30 миллионов тонн в год и отправлять антрацит в страны Европы по Севморпути.

А вот на нефтяной сектор напрямую Парижские соглашения влияния, скорее всего, не окажут, считает президент Ассоциации по развитию международных исследований и проектов в области энергетики «Глобальная энергия» Игорь Лобовский.

— Существенные изменения последуют с наступлением эры повсеместного развития автотранспорта на электро­энергии и иных источниках энергии, не имеющих отношение к углеводородам, эксперты прогнозируют такого рода процессы не ранее 2030 года, поэтому максимальное снижение доли углеводородов прогнозируется только к 2070 году, — рассуждает он. — Подобный сценарий экономически обоснован в случае снижения стоимости производства электро­энергии от возобновляемых источников — и это действительно должно происходить в ближайшие десятилетия. Например, лауреат премии «Глобальная энергия» 2017 года Михаэль Гретцель является изобретателем так называемых «ячеек Гретцеля» — солнечных батарей нового поколения, производство которых обходится дешевле в несколько раз по сравнению с производством кремниевых батарей. Подобные изобретения позволят возобновляемой энергетике развиваться повсеместно и, как следствие, значительно снизить ее стоимость.

Так что уточненный сценарий развития углеводородных отраслей следует читать так: доля углеводородов в энергетике будет снижаться, но потребление расти.

— Мы забываем, что нефть на нынешний день все больше используется в нефтехимии, в производстве товаров народного потребления, — говорит министр энергетики России Александр Новак, — У нас 9 из 10 товаров на нынешний день содержат продукты нефтепереработки. И если сегодня 11 миллионов баррелей всего идет на нефтехимию, то по самым скромным прогнозам через лет пятнадцать на нефтехимию будет уже 17 миллионов баррелей идти, а может быть дальше еще больше, в более ускоренном режиме.

— Подумайте об авиации, о морских перевозках, о нефтехимии, — вторит главный исполнительный директор Royal Dutch Shell Plc Бен ван Берден (Ben van Beurden). — Масса процессов требует высокой температуры и крайне высокой температуры для нагрева. И, конечно же, углеводороды займут свое место.

Когда подует ветер?

Потребителю нужна дешевая энергия — вот основной фактор, сдерживающий развитие альтернативной энергетики. Чтобы сделать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) привлекательными, нужна либо высокая цена на нефть, либо финансовая поддержка государства или институтов развития.

— Когда цена на нефть достигает 100 долларов за баррель, это создает почву для развития новых технологий, включая ВИЭ, — говорит президент компании Total Патрик Пуянне.

Пока стоимость строительства ВИЭ в России достаточно высока, а коэффициент использования установленной мощности не так велик, как хотелось бы (и не только в России: по данным энергетического агентства США, средний КИУМ солнечных станций составляет порядка 26%). А значит, высока и стоимость киловатт-часа для потребителя. Опять же, строительство — это последний этап, необходимо развивать собственное производство солнечных панелей и других элементов. Но следует признать, что солнечная энергетика в России — это уже не стартап, а вполне сформировавшаяся отрасль. И ее развитие зависит от приоритетов государства.

— Есть явление, сетевой паритет — точка, когда себестоимость кВт/час электроэнергии, выработанной в альтернативной энергетике, оказывается равной себестоимости кВт/час электро­энергии, выработанной в традиционной энергетике. Спор идет — когда это случится? — рассуждает председатель правления ООО «УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. — В ряде стран оно уже случилось, в России произойдет чуть позже, но оно неизбежно хотя бы потому, что потенциальный апгрейд ветра и солнца существенно больше, чем потенциальный апгрейд даже в парогазовых технологиях в тепловой генерации или гидрогенерации. Мы точно придем к моменту, когда альтернативная энергетика станет дешевле.

Эксперты прогнозируют, что это случится уже к 2050 году. По мнению Чубайса, сейчас в России создана абсолютно работоспособная система поддержки альтернативной энергетики, и препятствий для ее развития нет. Следующая задача, которую придется решить, — это найти способы промышленного хранения электроэнергии. И это задача не на отдаленную перспективу, а на ближайшие десять лет.

Однако не все эксперты разделяют оптимизм о перспективах ВИЭ — по крайней мере, они довольно сдержанно оценивают объем возобновляемых технологий, необходимых мировой энергетике.

— Я думаю, что человечество будет поощрять использование возобновляемых источников энергии в неких формах государственных субсидий. В последнее время данный сегмент продемонстрировал значительное снижение стоимости и возможность более быстрого внедрения, — считает председатель комитета по присуждению премии «Глобальная энергия», нобелевский лауреат Родни Аллам. — Возобновляемые источники энергии будут представлены системами с низкой интенсивностью, требующими огромных площадей; для них будут строиться «солнечные фермы» в пустынях и морские ветровые электростанции. Данный сегмент энергетики должен составлять определенный процент от общего объема рынка. Я считаю, что 20 процентов — это разумный предел.

Будущее — за атомной энергетикой

По мнению авторов доклада, снижение доли углеводородов — это единственный возможный сценарий для успешного развития цивилизации, вопрос только в том, когда наступит этот переломный момент. Эксперты «Глобальной энергии» считают, что это может произойти уже после 2050 года. Сейчас доля «зеленой» энергетики в мире составляет не более 30%. При этом к «зеленой» энергетике эксперты относят атомные электростанции, которые вырабатывают порядка 11% мировой электроэнергии. Ведь АЭС характеризуются низкими выбросами углерода в атмосферу.

— Мы на пороге четвертого промышленного уклада, на пороге очередной революции. Это время горизонтальных связей, цифровой информатики, искусственного интеллекта, время продажи и покупки жизненных циклов, а не конкретного объекта. Атомная энергетика как никто другой соответствует роли модератора этого процесса, — считает генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачев.

Одна из основных проблем атомной энергетики — не технологическая, а психологическая: Чернобыль, Фукусима, испытания ядерного оружия — в общем, есть повод для беспокойства и недоверия.

— Важное условие для развития ядерной энергетики — это социальное принятие. Для того, чтобы ядерная энергетика возникла в какой-то стране, общество должно ее принимать, — говорит генеральный директор Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Юкия Амано.

Какие бы сценарии развития энергетики ни строились, одно в них неизменно: потребление электроэнергии в мире будет расти. Население Земли увеличивается, запросы человечества растут: за последние сто лет мы потребили энергии больше, чем за всю предыдущую историю от сотворения мира. При этом более миллиарда человек на планете до сих пор не имеют доступа к электричеству!

По прогнозам ученых, к 2050 году на Земле будет жить еще на 2,5 миллиарда больше людей, децентрализация энергетики и строительство малых мощностей даст доступ к этому ресурсу значительно большему количеству человек и повысить их качество жизни. А значит, потребность в электроэнергии снова будет расти. И здесь на помощь приходит атомная энергетика: высокопроизводительная, с низким уровнем выброса загрязняющих атмосферу веществ и не­ограниченными запасами топлива. При этом речь идет не только об ископаемом уране, но и об отработавшем ядерном топливе, находящемся на хранении: топливные сборки выработали свой ресурс не более, чем на четыре процента, и это огромный ресурс для вторичного использования. Не говоря уже о том, что переработка топлива из ОЯТ позволяет решить задачу необратимой утилизации оружейного плутония и замкнуть производственны цикл, срабатывая весь ресурс ядерного топлива.

Особый путь Сибири

По соглашению между США и Россией каждая из стран должна утилизировать по 34 тонны оружейного плутония, и начало этой работы было назначено на 2018 год. Но пока технологией выработки так называемого МОКС-топлива обладает только Россия: первый в мире завод по его производству находится в Железногорске (бывший Красноярск-26), на мощностях Горно-химического комбината, входящего в структуру «Росатома».

— Важно стандартизировать требования к производственной безопасности в различных юрисдикциях и странах для создания безопасной атомной энергетики, — считает президент энергетической корпорации Fortum Corporation Пекка Лундмарк. — Я считаю, что атомная энергетика будет играть ключевую роль, но не как единственная технология, а в сочетании с солнечной энергетикой, гидроэнергетикой и экологичным биотоп­ливом. Однако для того, чтобы атомная энергетика оставалась конкурентоспособной и продолжала играть важную роль в будущем, ей тоже требуется модернизация.

При этом «законодателем мод» в атомной энергетике вполне может стать Сибирь. Эксперты склоняются к мысли, что именно эта отрасль энергетики будет в регионе ведущей.

— Сибирский регион обладает всеми возможностями для развития атомной энергетики, обеспечивающими полный ядерный цикл от добычи и переработки уранового сырья и изготовления топливных сборок до утилизации облученного ядерного топлива, что может обеспечить и оптимизировать функционирование современных АЭС, — говорит Игорь Лобовский. — На долгую перспективу решить энергетические проблемы Сибирского региона можно за счет атомных энергоисточников, в частности, за счет строительства современных АЭС с реакторами типа ВВЭР-1300. Да, в соответствии с соглашением между Россией и США о прекращении производства оружейного плутония все ядерные реакторы Сибирской АЭС были остановлены в 2008 году, но в Северске сохранилась развитая инфраструктура и кадровый потенциал, а это существенно ускорит и удешевит строительство новой АЭС, которое на данный момент отложено до 2020 года.

Впрочем, КПД, КИУМ, себестоимость, доступность, технологичность — далеко не все требования, которые предъявляются энергетике будущего. И это тоже — вызов.

— Хотелось бы, чтобы энергетика будущего была незаметной — в том смысле, что мы не должны видеть ее негативных последствий, она должна быть бе­зопасной, — считает президент РСПП, председатель Наблюдательного совета ассоциации «Глобальная энергия» Александр Шохин. — Экологическое негативное воздействие, в том числе в той же атомной и даже гидроэнергетике и тепловой энергетике должно быть минимальным, а безопасность — максимальной. Я считаю, что главный критерий — это не то, что, какая доля будет, например, у возобновляемых видов энергетики, а именно то, что все виды энергетики должны быть безопасными и эффективными.

Трудно поспорить.

Энергия будущего. Взгляд на десятилетия вперед

Уровень технологического развития цивилизации определяется масштабом освоения энергии. О тенденциях развития энергетики, с учетом экологических ограничений, на ближайшие десятилетия расскажет Сергей Алексенко, лауреат премии «Глобальная энергия» 2018 года, заведующий лабораторией «Проблем тепломассопереноса» Института теплофизики СО РАН, на своей лекции, которая пройдет 29 октября в рамках программы «Энергии знания» ассоциации «Глобальная энергия» на Саммитe «Большие вызовы для Общества, Государства и Науки» в Научно-технологическом университете «Сириус» (г. Сочи).

По мнению Сергея Алексеенко, рассматривать направления развития энергетической отрасли необходимо с разных временных перспектив. В ближайшие годы и десятилетия наибольшую актуальность имеет развитие экологически чистых и эффективных технологий переработки органического топлива (нефти, угля, газа), в частности, на базе парогазовых установок и методов глубокой переработки угля. Несмотря на предостережения о скорой истощаемости органического топлива (40 – 60 лет для нефти и газа, 200 – 400 лет для угля) нет сомнений, что для ресурсообеспеченных государств оно будет оставаться приоритетным видом среди энергоносителей в следующие десятилетия.

В дальнейшей перспективе начнется более активное освоение возобновляемых источников энергии и разработка эффективных методов преобразования и хранения энергии, включая топливные элементы. Эти процессы запущены уже сейчас, но радикальное изменение структуры мировой энергетики в результате вытеснения угля и замещениe его безуглеродными источниками наступит позже. По оценке эксперта, безуглеродные источники начнут доминировать примерно после 2050 г.

Среди наиболее перспективных видов ВИЭ ученый выделяет солнечную энергию и геотермальную энергию с постепенным переходом на использование глубинного тепла. Можно утверждать, что петротермальной энергии достаточно, чтобы навсегда обеспечить человечество энергией. К тому же, петротермальная энергетика не нуждается в хранении энергии в отличие от ВИЭ периодического действия, таких как солнце и ветер, что дает ей дополнительные преимущества.

Напомним, что Сергей Алексеенко, академик РАН, заведующий лабораторией «Проблем тепломассопереноса» Института теплофизики СО РАН, стал лауреатом премии «Глобальная энергия» в 2018 году за подготовку теплофизических основ для создания современных энергетических и энергосберегающих технологий, которые позволяют проектировать экологически безопасные тепловые электростанции.

Дополнительная информация: [email protected], +7 495 739 54 35;

Первое заседание комитета по мониторингу добычи нефти пройдет в Кувейте в январе 2017 г.

Автор: «Глобальная энергия»

Будущее энергетической отрасли — Дассо Систем

Но несмотря на то, что станции SBSP создают площадку для развития новых технологий, все они строятся на земле, а ведь именно в ней заложен настоящий потенциал. Правда в том, что мощность достигающей поверхности Земли солнечной энергии — даже ослабленной атмосферой — во много раз превосходит потребности человечества. В 2015 году ведущие британские эксперты по энергетике обнародовали программу Global Apollo, утверждая, что солнце посылает на Землю в 5000 раз больше энергии, чем в данный момент требуется людям.

Более того, производство электричества на основе солнечной энергии с каждым годом становится все дешевле. Стоимость современных солнечных панелей снизилась до 1/20 от их стоимости 25 лет назад, в то время как эффективность, наоборот, возросла. Современные полупроводниковые солнечные панели преобразуют в электричество около 20% всего попадающего на них солнечного света — в три раза больше, чем раньше. Новые панели, изготовленные из таких композитов, как арсенид галлия, который обладает более высокой электрической проводимостью по сравнению с кремнием, позволят достичь еще более впечатляющих результатов. И это несмотря на то, что эффективность солнечных панелей ограничивается различными физическими факторами. К этим факторам относится, например, потеря энергии при отражении и ее частичное поглощение проводящими материалами (предел Шокли-Квейссера).

Так почему же солнечная энергетика на сегодняшний день обеспечивает всего 1% от мировой потребности в электричестве? Согласно программе Global Apollo и отчету MIT о будущем солнечной энергии за 2015 год, основное ограничение заключается не в технологиях, а в политической инертности, которая поддерживается в основном интересами гигантских корпораций, производящих органическое топливо. Кроме того, сказывается нехватка инвестиций. В этих отчетах показано, как огромные мировые субсидии скрывают настоящую стоимость электроэнергии, производимой на основе органического топлива, и как в эту стоимость безуспешно пытаются включить стоимость устранения экологических проблем и проблем здравоохранения, связанных с этими источниками энергии.

Какой должна стать энергия будущего?

​​Сегодня нет недостатка в самых разнообразных прогнозах развития человечества — как на ближайшие десятилетия, так и на более отдаленную перспективу. Однако все предсказания — от мирного эволюционного взросления до раскручивания конфронтации — имеют одно общее условие. И заключается оно в стабильном росте всемирного спроса на энергоресурсы.

По расчетам британской нефтегазовой компании ВР, которая в начале 2017 года подготовила новый «Прог­ноз развития мировой энергетики до 2035 года», мировой спрос на энергоресурсы с 2015 по 2035 год вырастет примерно на 30%, увеличиваясь в среднем на 1,3% в год. Это заметно ниже прогнозируемого роста мирового ВВП (3,4% в год) — сказывается повышение энергоэффективности в результате совершенствования технологий и экологических факторов. Однако неоспоримо: прогресс ближайших десятилетий напрямую зависит от энергопотребления. Что, в свою очередь, обуславливает все большее и большее использование энергоресурсов самой разнообразной номенклатуры, перерабатываемых в доступные виды энергии.

Такая переработка осуществляется по различным технологиям в зависимости от исходных ресурсов, но на нынешний день, по данным Международного энергетического агентства, наиболее популярны тепловые станции — об этом говорит главный специалист отдела экологии и техно-природных процессов Института «Оргэнергострой» Вадим Рукавицын. По его информации, на угольные станции приходится 40,8% всей мировой вырабатываемой электроэнергии, на газовые — 21,6%, а на нефтяные — 4,3%. Гидроэлектростанции вырабатывают 16,4%, атомные станции — 4,3%. На возобновляемые или альтернативные источники энергии приходится 6,3%. «Всего в мире вырабатывается около 23 816 ТВт электроэнергии в год», — подводит итог эксперт в области энергетики экологии. Далее он обращается к России, где вырабатывается 236 343,63 МВт энергии в год. Из них на долю тепловых станций приходится 67,8%, гидроэлектростанций — 20,34%, атомных станций — 11,82%, а на ветровые и солнечные — 0,01% и 0,03% соответственно. «Как видно, альтернативные источники энергии у нас еще не так популярны, как в мире», — справедливо заключает Вадим Рукавицын.

С его выводами соглашается заместитель генерального директора группы компаний «Хевел» Антон Усачев — в общем энергобалансе доля всей энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России сегодня не превышает 1%, однако топ-менеджер компании, работающей в сфере солнечной энергетики, уверен — в соответствии с планами по развитию ВИЭ-генерации уже к 2024 году этот показатель достигнет 4%. Это кратно превышает сегодняшние результаты, но даже такие достижения далеки от мирового уровня — этот же показатель, по данным Антона Усачева, в мировом энергобалансе в 2016 году составил 11%, при этом учитывалась только солнечная и ветроэнергетика.

Генеральный директор ПАО «Европейская Электротехника» Илья Каленков подходит к энергетической теме несколько с другой стороны — анализируя не производство, а потребление энергии. «В существующей структуре энергопотребления основную долю занимают углеводороды — более 90 процентов энергии, используемой человеком, так или иначе производится из ископаемого топлива. Это производство электроэнергии и тепла, транспорт и промышленное производство (металлургия, химическое и нефтехимическое производство и т.п.)», — считает руководитель компании, объясняя такую картину доступностью углеводородов, удобством их хранения и транспортировки, развитыми технологиями преобразования в энергию (механическую, электрическую и тепловую).

Взаймы у будущего

Как бы то ни было, но сегодня человечество живет и развивается в подавляющей степени за счет углеводородной энергии. Но возможность исчерпания источников этой энергии более чем очевидна — вопрос не в том, произойдет ли это, а лишь в том, когда это произойдет. «Думаю, человечество уже осознает, что за прошедший век мы сожгли в горниле «общества потребления» то, что природа копила сотнями миллионов лет. По сути, существующая модель энергопотребления — это жизнь в долг у последующих поколений», — таково бескомпромиссное мнение Ильи Каленкова. В свете этого Вадим Рукавицын счита​ет — количество разведанного углеродного топлива неуклонно падает, и, по разным оценкам, его осталось на несколько десятков лет.

«Разведанные запасы по оценке составляют: уголь — 10 000 млрд тонн условного топлива (т. у. т.), нефть — 840, газ — 600, жидкое топливо (сланцы, битуминозные породы) — 490, при сегодняшнем среднегодовом энергопотреблении в 15 млрд т. у. т.», — приводит цифры академик РАН, заведующий отделом Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко. «То есть нефти и газа при интенсивном потреблении хватит всего лишь на обозримые десятки лет, угля — гораздо больше. А если учесть запасы газогидратов (23 000 млрд т. у. т.) и урана (300 млрд т. у. т. для реакторов на тепловых нейтронах или 15 000 млрд т. у. т. для быстрых реакторов), то всех геологических ресурсов ископаемых топлив хватит на 3 000 лет при нынешнем энергопотреблении», — говорит сибирский ученый.

В ближайшем будущем к 2035 году нефть, газ и уголь сократят свое присутствие на мировом рынке источников энергии на 11% (с 86% в 2015 году) — такое вполне допускает компания BP в ранее упомянутом «Прогнозе развития мировой энергетики до 2035 года».

Так что эпоха углеводородов имеет все шансы на завершение уже в текущем столетии — пожалуй, лишь экзотические пока газогидраты смогут несколько отсрочить ее окончание, но будет оно поистине «золотым». Ведь по мере исчерпания запасов углеводородов стоимость их извлечения и транспортировки будет неумолимо расти, легкодоступные запасы будут замещаться трудноизвлекаемыми или расположенными в районах с неразвитой инфраструктурой (Арктика и Антарктика, материковые шельфы и глубоководные районы мирового океана)», — такие вполне убедительные аргументы приводит Илья Каленков.

Однако совершенно не исключено, что углеводороды будут выводиться из мирового энергетического баланса более ускоренными темпами — и причиной тому станет высокая нагрузка на окружающую среду технологий переработки традиционных энергоресурсов. «Здесь много составляющих — отчуждение земель при добыче на открытых выработках и при прокладывании нефтегазопроводов, широкий спектр вредных выбросов и отходов при сжигании топлив (сажа, оксиды серы и азота, диоксины, зола, шлаки)», — перечисляет Сергей Алексеенко. Правда, Вадим Рукавицын вспоминает про газовые ТЭЦ: «Это улучшенная версия угольных, так как они более эффективны и экологичны. Для города они являются отличным решением, но используют газ, который, к сожалению, не бесконечен». Поэтому повсеместное использование таких станций не решит проблему энергетического кризиса, делает логичный вывод эксперт.

На подъеме. Эмоциональном

В определенной степени конкурентом углеводородной энергетике является атомная. «Сегодня она базируется на тепловых реакторах с открытым ядерным топливным циклом (ЯТЦ), что приводит к непрерывному росту радиоактивных отходов», — говорит Сергей Алексеенко, отмечая, что в России признано перспективным применение быстрых реакторов с жидкометаллическим теплоносителем и замкнутым ядерным топливным циклом. И это не просто теоретические предпосылки — результаты проекта «Прорыв», которые ожидаются уже в следующем десятилетии, способны сделать атомную энергию по-настоящему возобновляемым и при этом безо­пасным ресурсом. Не исключено, что при этом будут пересмотрены и перспективы развития тех или иных технологий извлечения энергии.

А Илья Каленков не сомневается: единственным на сегодня реальным способом замещения углеводородных источников энергии видится использование энергии управляемого термоядерного синтеза. «Мировой океан является практически неиссякаемым источником требуемого топлива — тяжелых изотопов водорода. Фундаментальные заделы (исследования) реализации управляемого термоядерного синтеза на сегодня существуют и могут быть реализованы в практике в ближайшие 30 лет», — уверен руководитель электротехнической компании.

С другой стороны, министр природных ресурсов и экологии РФ Сергей Донской считает, что не стоит противопоставлять друг другу традиционные и возобновляемые источники энергии. По информации Минприроды РФ, энергетическая стратегия России до 2030 года отражает уже сложившуюся тенденцию развития угольной энергетики на базе новых экологически чистых технологий использования угля, а также предусматривает разработку и внедрение системы мер по повышению качества угольной продукции. В комплексе эти меры позволят без ущерба социально-экономическому развитию регионов России снизить вредное воздействие от сжигания угля, уверено федеральное министерство.

Тем не менее, в мировом масштабе возобновляемые источники энергии находятся на подъеме — по крайней мере, эмоцио­нальном. Однако в целом позитивное отношение к ВИЭ постепенно переходит в экономическую плоскость с формированием вполне конкретных планов. «Ветряк мощностью 10 кВт имеет высоту (с основанием) 22-25 метров, занимая площадь (с учетом разлета от лопастей льдинок и т.д.) 100 кв. метров. Цена всей конструкции в пределах диапазона 1,1-1,5 млн руб­лей. Солнечная панель мощностью 10 кВт имеет площадь 70-100 квадратных метров и стоит порядка 10 млн руб­лей. Бензиновый двигатель такой же мощности представляет собой коробочку 0,5х0,5х0,2 м и массой 15-20 кг и ценой 15-20 тысяч руб­лей. Вот и все, что нужно знать о конкурентоспособности возобновляемый источников энергии», — с долей иронии замечает директор центра энергосбережения, энергоэффективности, экологического и энергетического аудита Института отраслевого менеджмента (ИОМ) РАНХиГС Леонид Примак. Однако, продолжает он, другое дело, что «вдолгую», за весь период использования, ветряк и солнечная панель выигрывают, поскольку не требуют больше никаких затрат, кроме текущего обслуживания, а бензиновый двигатель сожжет бензина и масла почти на 10 млн руб­лей, что уравнивает его с ВИЭ. «Как только люди научатся думать вперед хотя бы на 10 лет, конкурентоспособность ветряков и солнечных панелей резко вырастет», — заключает ученый.

Начать и возобновлять

Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что к 2050 году доля не углеводородных источников энергии в общей генерации возрастет до 40%, а уже в ближайшие 10 лет нас ждет сетевой паритет: для потребителей ВИЭ-энергии цена 1 КВт/ч будет сопоставима с ценой в традиционной энергетике — такой информацией поделилась замдиректора аналитического департамента компании «Альпари» Анна Кокорева.

Антон Усачев также подходит к вопросам ВИЭ с экономической стороны. По его мнению, ключевое преимущество во­зобновляемой энергетики, в частности солнечной — отсутствие топливной составляющей, а значит, минимальные операционные затраты. «Даже текущие объемы вводов возобновляемой генерации оказывают дефляционное воздействие на цену электроэнергии: по сути, стоимость электроэнергии ВИЭ-генерации фиксируется на весь период работы станции — то есть минимум на 30 лет», — уверен топ-менеджер компании солнечной генерации. Он считает, что в углеводородной энергетике такое невозможно из-за высоких топливных издержек, которые составляют до 80% от всех расходов на обслуживание станции — поэтому развитие возобновляемой энергетики позитивно влияет на экономический рост.

Гладко было на бумаге…

Начинающийся бум ВИЭ заставляет вспомнить многие другие новации, обещавшие если не глобальные, то существенные локальные прорывы в различных областях человеческой деятельности. Весь исторический опыт призывает крайне осторожно относиться к проектам, сулящим только одни преимущества. Возможно, сегодня как раз то самое время, когда пора трезво и максимально критично взглянуть и на «обратную сторону» ВИЭ.

«Что же касается перехода на исключительно альтернативные источники, то в условиях нашей страны климат не позволил бы сохранять имеющиеся производства и города в исходном виде», — оценивает футуристические перспективы Вадим Рукавицын. Для такого перехода было бы необходимо расселение крупных городов по более маленьким кластерам, формирование отдельных промышленных зон в тех местах, где применение альтернативных источников наиболее оправдано, пришлось бы привлекать геотермальную энергию, энергию от испарения метана со свалок, оборудовать дома в городах стеклами из солнечных батарей и т.д. «В общем, это подразумевает глобальную перестройку всего под новые реалии. Конечно, в итоге жить в таких условиях было бы лучше всем, но сколько такой переход будет стоить и сколько он займет времени — оценить сложно», — говорит эксперт о реалиях российского ухода от углеводородного и атомного топлива.

«За счет не-углеводородов можно снабжать энергией малые населенные пункты, предприятия и хозяйства, но в глобальном смысле традиционные источники будут на первом месте», — продолжает тему Анна Кокорева.

А по мнению Сергея Алексеенко, все виды ВИЭ характеризуются малой концентрацией энергии (потока энергии), поэтому требуются большие территории под солнечные элементы, ветропарки, ГЭС (вместе с водохранилищем), а для глубинных геотермальных станций — большие подземные резервуары объемом до 1 кубического километра.

«Тем не менее, ВИЭ сегодня являются наиболее перспективными и бурно развивающимися», — считает академик, приводя информацию по вкладу ВИЭ (без ГЭС) в производство электроэнергии в мире: 2003 — 2%; 2012 — 5,2%; 2015 — 7,3%; 2020 — 11,2% (прогноз). «К 2050 году в странах ЕС ожидаемый вклад ВИЭ составит 97 процентов!» — добавляет председатель Совета СО РАН по энергосбережению.

Наша страна пока не находится в лидерах по количеству энергии, выработанной на основе ВИЭ. Не исключено, что для России — особенно для территорий восточнее Урала — придется искать очередной «собственный путь». Однако именно сибирский регион — Республика Алтай — стал первым российским регионом, в котором создан целый кластер возобновляемой энергетики, и именно там была открыта первая российская солнечная электростанция — об этом рассказал Антон Усачев. И здесь же в сентябре будет открыта первая солнечная электростанция на уникальных модулях российского производства — по гетероструктурной технологии. «Они дают большую мощность на меньшую площадь, работают от -40 до +60 и эффективно преобразуют солнечный свет в туман и пасмурную погоду», — поделился техническими характеристиками заместитель генерального директора группы компаний.

«Современные технологии ветряков и солнечных панелей позволяют свести практически к нулю использование земли, и воздействие ВИЭ на окружающую среду — минимальное, уже сейчас с перспективой сведения его к нулю», — практически полное отсутствие экологических проблем при использовании во­зобновляемых источников энергии видит Леонид Примак.

Отвечая на вопрос о том, какими могут быть теоретические и практические ограничения роста использования не-углеводородных источников энергии, эксперт отвечает однозначно: их нет. Только мировоззренческие. Не все готовы вложить сразу одномоментно 10 млн руб­лей там, где можно вносить эту сумму частями на протяжении 10 лет.

Директор Центра энергосбережения, энергоэффективности, экологического и энергетического аудита Института отраслевого менеджмента (ИОМ) РАНХиГС Леонид Примак:

— Оптимальным для человечества является соотношение: 5 процентов — энергия тепла Земли, 30 процентов — ветер и Солнце, 65 — энергия атомного распада.

Главный специалист отдела экологии и техно-природных процессов Института «Оргэнергострой» Вадим Рукавицын:

— На текущий момент все это звучит довольно утопично, но довести количество атомной энергии до 40-50 процентов от общемировой, 20 процентов оставив на гидро­электростанции, и поднять вклад альтернативных источников до 20-30 процентов было бы вполне реально. При таком переходе значительно снизится выброс вредных веществ в атмосферу и начнут развиваться более технологичные производства.

Академик РАН, завотделом Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко:

— Относительно недавно мировым сообществом принято и закреплено Парижским соглашением 2016 года, что наиболее опасными являются антропогенные выбросы парниковых газов, прежде всего, углекислого газа за счет углеродной энергетики, которые приводят к глобальному потеплению на Земле. А поэтому необходимо переходить к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ).

Есть много противников такому выводу о климатических изменениях, в числе которых и автор этих строк. Напротив, полагается, что основное воздействие на изменение климата Земли оказывает активность Солнца.

Генеральный директор ПАО «Европейская Электротехника» Илья Каленков:

— В настоящее время Россия обладает достаточными ресурсами для решения фундаментальных задач в области управляемого термоядерного синтеза. Если мы думаем о долгосрочной перспективе, о сохранении энергетической безопасности, о том, чтобы оставаться в числе мировых лидеров рынка энергоресурсов, необходимо сейчас уделить этому вопросу основное внимание.

Заместитель генерального директора группы компаний «Хевел» Антон Усачев:

— По данным Enel Green Power, каждые 100 ГВт*ч «зеленой» электроэнергии экономят 30 млн кубометров природного газа, 13,5 млн кубометров воды, а также снижают выбросы углекислого газа на 53 тыс. тонн, а окислов азота — и на 110 тонн.

Сегодня капитальные затраты на возведение объектов возобновляемой энергетики очень быстро снижаются — в первую очередь из-за снижения стоимости новых технологий и роста масштабов производства. Так, например, GTM Research прогнозирует, что до 2022 года капитальные затраты в солнечной энергетике упадут в среднем еще на 22%, то есть будут снижаться на 4,4% в год.

Пресс-служба Минприроды России:

— Каждая страна находит свой баланс в использовании традиционной энергетики и восполняемых ресурсов с учетом географических и климатических особенностей, природно-ресурсного потенциала, а также размера ее территории.

Начальник управления производственного развития АО «СИБЭКО» Дмитрий Бражник:

— АО «СИБ­ЭКО» готово рассматривать и анализировать проекты по внедрению ВИЭ при условии их экономической эффективности, в частности, использование солнечной энергии, использование биогаза, энергетического потенциала твердых бытовых отходов и ряда прочих проектов. Но до настоящего времени вышеуказанные проекты без существенной государственной поддержки являлись неокупаемыми.

По результатам вышеуказанных проработок считаем наиболее перспективной для территории Новосибирской области реализацию проектов в области использования отходов.

Игорь Степанов

Энергия будущего — новейшие достижения — Электроэнергетика и тепло

Для того чтобы в будущем иметь неограниченное количество энергии, решение нужно принять уже сегодня. И пионеры в этой области ищут его уже сейчас.

Для того чтобы в будущем иметь неограниченное количество энергии, решение нужно принять уже сегодня. И пионеры в этой области ищут его уже сейчас.

Предположим, вы решили сэкономить на мировом потреблении энергии и хотите начать с той части жизни, которая потребляет ее больше, чем какая-либо другая. С чего вы начнете? Если вы думаете, что это транспорт, то вы ошибаетесь. Как насчет промышленности? Снова ошибка! Львиная доля энергии идет на обеспечение зданий. Места где мы делаем покупки , молимся , едим, живем. В Америке на здания приходится 41 процент всего потребления энергии. Большая часть это энергии используется не рационально. Один из достойных примеров возвышается над Манхеттеном. Построенный в времена великой депрессии небоскреб Эмпайр Стэйт Билдинг стоит как символ нашей способности преодолеть любые препятствия . Теперь он должен справиться с новым вызовом 21 столетия -войной против не рационального использования энергии.

Дело не сколько в аккумуляции энергии сколько в рациональном ее использовании . На улице видно сигналы которые могут привести к рациональному ее использованию. Каждый день Эмпайр Стэйт Билдинг сжигает столько энергии что ее бы хватило на 40 000 американских домов. Но рационализация должна удовлетворять потребности 25 000 людей входящих и выходящих каждый день из здания. Потребности в кондиционировании воздуха летом,отопления зимой и круглогодичном освещении. Энергии должно быть достаточно чтобы обеспечивать ей бессчетные технические устройства которыми мы пользуемся каждый день и которые в 1931 году , в год постройки здания казались фантастикой.

Воспользовавшись новейшими достижениями можно экономить энергию. Поднятие потолка и использование некоторых технологических инновации таких как программируемые системы охлаждения и отопления , фотоэлементы и датчик. Так что если они включены то когда кто то покидает свое место то все устройства на нем отключаются автоматически. Большой воздуховод здесь большой поэтому воздушный поток в нем довольно медленный. Экологические инженеры полагают что экономить ватты энергии также важно как и воспроизводить их уменьшая потребности здания в энергии. Вместо того чтобы снабжать здание большим количеством энергии мы сокращаем его потребности в ней.

Создание энергии через отрицание — это путь к ее увеличению. Это действие которое все мы можем ежедневно совершать в своей жизни Чтобы делать вклад в решение это задачи. Выключив свет мы оставляем уголь в земле. Оставляя машину дома, мы сокращаем потребности в нефти. Менее продолжительное принятие душа увеличивает запасы природного газа. Это простые и очевидные меры что защитники природы называют решением лежащим на поверхности. Более агрессивные методы сохранения энергии в Манхэттене смогли бы обеспечивать сэкономленной энергией половину квартир на острове.. Модифицируйте все коммерческие здания в США и вы сможете снабжать электричеством целый штат Нью-Йорк или такую страну как Франция.

Владелец небоскреба Эмпайр Стэйт Билдинг человека не понаслышке знакомый с содержанием недвижимости решил потратить 20 миллионов долларов на модернизацию. Пустая трата энергии — пустая трата денег!
Три основные вида затрат на офисные здания это зарплата , аренда и коммунальные услуги. Люди не совсем отчетливо представляют себе как с течением времени возрастает стоимость коммунальных услуг. Экономия энергии это хороший бизнес. Это в интересах любой экономической системы. Вы зарабатываете эти деньги , вы улучшаете условия окружающей среды.
Выгода и снижение издержек лежат в основе работы рационализатора с трудными владельцами недвижимости. В случае с Эмпайр Стэйт Билдинг полумеры не сократят расходов ключевым элементом является ЗАМЕНА самой расточительной части здания- окон, всех 6500.

Но тут встает дилемма? Можно купить новые окна, но это означает что нужно выбросить все старые , а это 425 тонн хорошего стекла и изготовить совершенно новые рамы. Но для изготовления 6500 окон потребуется огромное количество энергии не говоря уже об их перевозке в Манхэттен и сжигания многих литров бензина и газа в процессе этого. К тому моменту как будет закончена работа , вся энергия сэкономленная благодаря установке новых эффективных окон была бы сведена на ноль энергии затраченной на их установку. Будем модернизировать уже существующие окна в здании.

Эти окна были установлены менее 15 лет назад и уже имеют двойные стеклопакеты что экономит энергию ,но нужно демонтировать каждое окно и сделать его еще на 50 процентов эффективнее. Окна чистят , моют и ищут в них дефекты а затем покрывают специальной пленкой пропускающей свет , но блокирующей тепло . По большому счету в этом все и дело , позволить свету свободно проходить внутрь но пропускать тепло тем самым уменьшая счет за кондиционирование и за также за освещение потому что используемы больше естественного освещения. Самое экологичное здание то которое уже построено. Хорошая энергетическая политика это бизнес!

Если мы хотим решить энергетическую проблемы мы должны обратить внимание на людей рискнувших показать нам путь ее решения и вы обязательно найдете их если будете знать где их искать. Эта энергетическая революция может затронуть ваша или соседний район!

Число возможных вариантов с которыми мы встречаемся каждый день может быть невероятно разнообразными так же как полки в магазине заставленные вареньем конкурирующим за наше внимание и конечно наши деньги. И количество продукта продвигающего себя на рынке благодаря своей экологической частоте продолжает расти в числе и разнообразии . Решение приходит со всех сторон поражая наши воображения . Лампы накаливания или энергосберегающая , бензин или электричество , бумага или пластик , куры в клетках или деревенские.

Постоянное расширение границ выбора может парализовать даже самых опытных и знающих покупателей . Неудивительно что многие просто разводят руками даже не пытаясь эти различия.
Большинство из нас ничего не знает об энергии которую мы потребляем. Мы используем ее , мы за нее платим и конец истории. Но в некоторых городах Америки соседи объединяют свои усилия чтобы приручить силу окружающую нас повсюду.

Прошлой осенью солнечные батареи стали появляться на крышах районов среднего класса город Маунт-Плежент штат Вашингтон. И на это из вынудили не перебои энергии . Люди сделали это сами. Потребовалось три года неустанной командной работы солнечного кооператива — добровольной общественной организации чтобы разместить эти панели.

Одна из основателей кооператива рассказывает что эту идею им подал сын подросток . Мой сын и его друг пришли после кино домой и мы сидели на столом с ними и разговаривали о том что мы можем сделать. Какой можем сделать вклад? И решили что мы должны использовать энергию солнца это подходит для нашего района и крыш. С этого все и началось. Но однако обнаружилось множество препятствий стоящих на пути к их солнечной мечте. Слишком большой ассортимент продукции , слишком много бумажной волокиты и слишком много денег на оплату работы и разрешений для самих панелей.

Вместо того чтобы сдаться мы сказали хорошо если мы хотим это сделать то мы сделаем это всем районом потому что для нас одних это слишком много работы. По всему району быстро распространилась информация о кооперативе особенно после того сын начал проект после которого вереницы людей приходивших в их дома стала нескончаемой. Мой сын сделал проект с компактными лампами дневного освещения. После чего мы обнаружили что многие люди слышали о них но никогда не использовали их либо использовали но только одну или две лампы. Были куплены все возможные варианты ламп дневного освещения которые были найдены в городе и мы протестировали их. Мы купили лампочек на 3 тысячи долларов и забили целую комнату коробками и оказалось что это отличный организационный прием потому что люди приходили небольшими группами и у нас появилось время чтобы встретиться и пообщаться с людьми. Мы почувствовали силу кооператива в который переросли эти отношения.

Вскоре кооператив Cолнечная Энергия Маунт-Пжент стал привлекать десятки людей с которыми они встречались в своей гостиной . Они задавали вопросы , сравнивали записи и строили план действий начиная с обсуждения правительственной бюрократии и заканчивая заключением договора с фирмами устанавливающими солнечные панели. Что удивило больше всего то это как много разных людей действительно интересовались этим. Все они что то знали об этом и они действительно считали хорошей идеей иметь свою собственную энергию. Получить для этого кредиты это большие деньги и конечно люди мотивировали это изменением климата.

Сегодня в США существует всего лишь несколько дюжин таких кооперативов , но и их число растет. Граждане страны берут дело в свои руки и заменяют путь по которому Америка получают энергию. Кооперативы различаются в деталях. В некоторых платят взносы , в некоторых нет. Но во всех них неизменна сила цифр.Они ищут правильные панели по лучшей цене спорят с местными коммунальными службами об установке высокотехнологичных систем.

После трёх лет борьбы установка солнечных систем стала их победой. Теперь панели из солнечных батареи разбросаны по всему району. Только здесь установлено около 47 панелей что равняется 5 кварталам в одном направлении и 5 в другом. Мы смотрим на море крыш и думаем что на каждой должна стоять солнечная батарея . Каждый человек живущий в Штатах должен иметь шанс снизить свое потребление энергии на 30-50 %.
Одному из жителей кооператив помог осуществить мечту -собирать энергию солнца. Я задумался о солнечной энергии в день подобный этому. Это же очевидно как солнечный свет на вашем лице , а технология простая и не требует инвестиций и его удивляет, почему ее не используют все? Смотрите она не шумит, не двигается . Она просто стоит здесь и дает электричество! Это очень здорово!

Теперь соседи могут соревноваться в выработке электричества. Теперь когда солнце взошло и все освещение выключено счетчик начинает крутиться в обратном направлении . Это означает что он продает свою энергию энергетическим компаниям и его счет за электричество уменьшился на 80%.

Но и не только нравится прокручивать свои счета в обратном направлении . У членов кооператива есть и более высокие мотивы. Установка солнечных батарей помогла им освободиться от использования угля. Проблемного топлива которое вырабатывает 40% всего электричества . Непревзойденный по своей мощи уголь имеет два недостатка : Его разработки уродуют ландшафт а его сжигание при котором в атмосферу выделяется углекислый газ подвергает опасности планету и изменяет климат на ней. 40% углекислого газа выделяемого в атмосферу образуется при сжигании угля. Все члены кооператива рады что могут снизить его потребление.
Так почему же солнечная энергия производит США меньше 1% электричества? Не удивительно что ответ на этот вопрос — деньги. Технология начинает резко падать в цене но в Америке все еще солнечная энергия стоит в три раза дороже чем уголь . Установка даже небольшой солнечной батареи обойдётся вам в 20000 долларов. Но все меняется. Налоговые льготы установленные правительством делают солнечную энергию более доступной для среднего класса. Сейчас большинство солнечных батареи окупает себя за 5-10 лет и продолжает вырабатывать энергию в течении еще 30. Но полностью отказаться от угля не так то просто.
Сейчас вся энергетическая система США построена на различных видах энергии и различных способах ее поставки и пока нету единого решения этой проблемы. Вам нужна новая система регулирования здесь , вам нужно новое оборудование здесь и все это постоянно оказывается важнее того чтобы делать энергию проще практичнее и дешевле.

Для того чтобы пойти против нормы нужна храбрость , готовность рисковать. Но с энергией поставленной на карту это может стать самой рискованной вашей игрой особенно когда другие страны начинают обгонять в этом США.

Всегда сложно принять решение, особенно когда вы не знаете каким будут последствия. Выбор энергии всегда означает вложение денег в будущее и вы в какой то мере делаете ставку на выгоду которую получить в конечном итоге . Главные игроки за энергетическим столом большой бизнес. Правительство и банки вкладывают миллионы долларов каждый год в решение энергетической проблемы, но эта игра меняется. В 2009 году первый раз количество денег инвестированных в возобновляемые источники энергии превысило наличность вложенные в ископаемые топлива. И некоторые страны бьются об заклад что это тенденция продолжится в будущем . Они полагают что возобновляемые источники энергии это не только хороший способ спасти планету это также отличное средство по созданию новый рабочих мест. Возьмем к примеру солнечные электростанции. В изготовлении и установке солнечных панелей задействованы 750 тыс человек по всему миру. Одним из самых высокотехнологичных центров по исследованию солнечной энергии все еще остается силиконовая долина в Калифорнии. В наши дни деньги и кремнии положившие начало интернет буму теперь кинуты на разработку чистой энергии. Материал предоставляет самый крупный поставщик машин изготавливающий микросхемы для компьютеров. Который теперь является лидером на новом развивающемся рынке машин производящих солнечные батареи. Но большая часть их много миллиардного бизнеса находится за океаном.

75% солнечных панелей производят машины сделанные в Китае. 5 лет назад Китай изготавливал примерно 5% , в этом году эта цифра прыгнула до 50% те половина от всех производимых в мире! Этот резкий переход произошел всего лишь за несколько последних лет и этот беспокоит американцев. Есть больше возможностей есть, есть больше рынка для появления новых возможностей появление которых мы увидим в этом столетии которые даст нам огромный потенциал для создания новых направлений. Если все эти направления никуда нас не приведут мы просто обменяем нашу энергетическую зависимость от Саудовской Аравии на ближнем востоке на Китай. Или другие страны собирающиеся делать реальные инвестиции в производство возобновляемое энергии.
Китай вкладывает 34 млрд долларов в год в чистые технологии те почти в два раза больше чем США. На высшем уровне Китай начала менять отношение окружающей среде. Последние три года в Китае происходит зеленая революция. Если говорить об отношении людей и их сознательности.

Эта зеленая революция создала множество рабочих мест основанных на деньги правительства. И когда дело касается поставок оборудования для получения экологически чистой энергии , амбиции Китая ясны. Они хотят насытить рынок продукцией для спасения планеты. Например такими вещами как вакуумные трубы использующие солнечную энергию для нагревания воды. 95 % всех солнечных термальных коллекторов производятся в Китае. Примерно треть из них будет отправлена во все концы света , но большая часть останется здесь. И станет частью собственного использования Китаем возобновляемой энергии у них дома.
Город Дежоу находится примерно в 300 км от Пекина. Он претерпел полную трансформацию превратившись из поселка в солнечный город. Это живой пример того как страна настроена по отношению к экологии.
В Китае во главе промышленности стоит правительство начиная с низов и до самого верха. Так что правительство действительно озабочено этим. Они говорят это наш приоритет , мы должны это сделать . Правительство тратит 10млн долларов на установку освещения улиц на солнечной энергии в Дежоу. Более 80 % зданий в городе имеет водонагреватели на солнечной энергии и около 800тыс рабочих в этом регионе те 1 и 3 человека работают в индустрии солнечной энергии. И в отличии от США , в Китае эта цель имеет национальный масштаб . К 2020 году они хотят удвоить использование таких возобновляемых источников энергии как ветер, солнце и геотермальная энергия обеспечив 15% необходимой стране энергии. К чему такая спешка?

За последние 25 лет , потребление Китаем энергии возросло в 4 раза. Чтобы удовлетворять потребности 1,3млрд человека и избежать приближающегося энергетического кризиса они должны использовать энергию всех доступных им ее источников.

Китайское правительство твердо намерено идти экологичным путем. Оно говорит об энергии как об фундаментальном элементе гармоничного общества.
В гонке за то чтобы освободить мир от нефтяной зависимости нет ничего труднее изобретения доступного и практичного электромобиля. Это глобальное соревнование что то типа инженерных олимпийских игр. Вклад китайцев В Y D автомобиль который должен воплотить ваши мечты . Германия представила свой BMW mini i. Японский Nissan выпустил Leaf. Крупные автогиганты из Детройта представили обновленный Chevrolet Volet и Ford Focus и все это за 1 месяц.

Большие корпорации гонятся за прибылью на более компактных и более мобильных инновациях которыми они надеются вскоре заселить дороги. Кевин Зингер предприниматель объединившийся с Китаем для того чтобы произвести свой собственный американский электромобиль Кода. Он заряжается от обычной розетки мощностью 220в. Один из них стоит у него в гараже , в Лос-Анджелесе. Зингер полагает что прошлые электро автомобили были уж слишком экзотичными и дорогими и были игрушками для богатых и знаменитых. Его мечта сделать Коду первой совершенно обычной машиной на электричестве , экономящей деньги своих потребителей и сокращающий эффект от парниковых газов.

В нем ничего не кричит. Он решил что Кода будет выглядеть точно также как обычный седан сошедший с конвейера и способный слиться с потоком машин на американских дорогах. В этой машине нету значительных отличий от такой же машины с двигателем внутреннего сгорания за исключением того факта что она тише и быстрее. Но его стиль не так важен как вопрос на который должен ответить любой электромобиль : Как далеко он может уехать на одной зарядке? Американские водители проезжают в среднем 53 км в день , но обещает без проблем проезжать по 150 км на одной зарядке. Это одно из слагаемых успеха. Так в чем секрет это электромобиля? Он в батарее, аккумуляторы это ключевой компонент. Аккумулятор безопасный с надёжной и доступной системой подзарядки равняется безопасности надежности и доступности всех электромобилей — это фундаментальное уравнение.

Для конструирования своей эксклюзивной батареи Зингер собрал команду инженеров базирующихся в Калифорнийской лаборатории. Они разработали 400 кг-й аккумулятор закрепленный на днище автомобиля. Это одна батарея из 720 кусочков. Это совершенно не похоже на обычный автомобильный аккумулятор это совершенно уникальная вещь. Его хватает чтоб разогнать такой автомобиль как Кода до 160 км\ч а еще мощность равняется 133 л.с. В данный момент эти батареи делают в Китае.

Производство аккумулятор еще один растущий бизнес. Здесь Китай тоже оказался впереди планеты всей. В городе Лишон расположенном на севере Китая где на совместном предприятии изготавливают аккумуляторы для автомобиля Кода. Лишон лидирующий производитель небольших литиевых батарей для таких американских компании как Motorola, Apple, Samsung. Возможно одна из этих батареи сейчас находится в вашем мобильном телефоне. Так почему Китай? Китай инвестирует огромное количество денег в изготовление аккумуляторов и строительства заводов для их производства. И когда инженеры Кода попросили сделать аккумулятор для их машины то Китай выделил на заводе 46 тысяч квадратных метров и установили необходимое оборудование специально для того чтобы производить эти аккумуляторы для нас. Чтобы получить эту работу и заработать потому что они видят за этими технологиями будущее.

Готовность Китая вкладывать деньги в новые технологии сделала возможность производства этого американского автомобиля для американских предпринимателей. Работа в команде с Китаем и другими интернациональными партнерами это действительно единственный способ создать конкурентоспособный автомобиль не тратят на него сотни миллионов если не миллиарды долларов.
Пока слишком рано говорить станет ли революционным электрический седан Зингера, но подключаясь с электрической революции Китая он дает себе отличный шанс и показывает как много дорого будущего проходит через Китай. Но все же ближайшая альтернатива нефти изготавливается ближе к дому.

Джимми человек столкнувшийся со своим энергетическим кризисом. Его флотилия из 18 грузовиков колесит по всему восточному побережью от Флориды до Мэна и каждые 10 километров его грузовики сжигают по 4 литра дизельного топлива. Когда его отец начинал бизнес в 1972 году они платили по 45 центов за 4 литра топлива и не особо тратились на него теперь когда те же 4 литра стоят 3 доллара , а в некоторых местах даже больше топливо стало для нас основной статьей расходов.

Несмотря на растущие цены на нефть в перевозке лидирующие позиции все еще удерживают грузовики. В Штатах 80 процентов всей потребляемой энергии потребляемой наземным транспортом приходится на грузовики. Последнее время Джимми стал заправлять свои топливные баки на небольшой заправочной станции Мартинсвилле , штат Вирджиния. Его прельщает тот факт что их дизельное топливо частично состоит из растительного масла . Он начал заливать его еще до того как узнал что именно использую. Я никогда не обращал на знаки на заправке ,но затем стал замечать что мои грузовики едут мягче , уменьшился расход топлива. Казалось что выхлопы стали немного чище. Владелец заправки на биотопливе думает что ключ к будущему это заправка на биотопливе. На это его вдохновил энергетический всплеск другого рода — ураган Катрина.
Летом 2005 года ураган Катрина пронесся по Мексиканскому заливу с силой атомной бомбы. Он прошел прямо через самое сердце Американского нефтяного промысла расположенного в Мексиканском заливе. Шторм повредил или уничтожил 30 нефтяных платформ и парализовал четвертую часть всей нефтяной промышленности США. Ее ударная волна прокатилась по всей национальной экономике.

Это случилось 30 августа 2005 года , он нанес удар в понедельник. К пятнице на заправке закончилось топливо. Катрина остановила основную часть притока иностранного топлива заблокированного нефтеперерабатывающими заводами и разрушенными в заливе портами. Это напугало владельца заправки , но мало того что напугал а еще и возмутило. И он начала думать что он может сделать как бизнесмен как предприниматель , как американец. Что я могу сделать чтобы эти грузовики перестали быть такими энергозависимыми. Поразмыслив они решили построить завода по изготовлению биотоплива прямо здесь рядом с заправочной станцией. Перерабатывающий завод Красная Береза производит примерно 7,5тыс литров биотоплива в день.

Все было поставлено на энергию содержащуюся внутри миллионов крошечных семян канолы. В основе получения биотоплива лежит довольно примитивная технология выжимки масла сохранением богатого белком жмыха который они продают на корм скоту. Они очищают масло от примесей и затем смешивают с химикатами содержащимися в некоторых антифризах , фильтруют и затем продают в чистом виде или смешивают его с дизелем.

Если подумать о большой нефти по существу то они не только зависят от нефтяного бизнеса они зависят от его инфраструктуры . Они отправляют нефть по трубопроводам , перевозят на баржах , в танкерах. Они доставляют ее в определенную точку . Затем опять же по трубопроводам доставляют покупателям и заливают в ваши баки. Биотопливо работает совершенно по другому . Большая часть топлива уже находится на месте , а основное его количество потребляется на трассах соединяющих штаты. И так получилось что эти дороги проходят как раз через самое сердце Америки — фермы . Мы заключили контракт с местными фермерами на выращивание культуры под названием канола. Цветок канолы, на маленьком стебельке распускаются цветки а затем образуется семенная коробочка их потом и посылают на завод по переработке семян. При сжигании топлива полученного из живых организмов и растений в атмосферу не выбрасывается углекислый газ. Количество углекислого газа высвобождаемого при сжигании биотоплива эквивалентно тому же количеству которые растения абсорбируют в процессе роста. Выращивание канолы скорее будет конкурировать с выращиванием кукурузы идущей на производство этанола. Биотопливо не станет спасением для каждой фермы , но это поможет уменьшить свои расходы тем кто делает сельское хозяйство более доступным для людей которые хотят им заниматься. Если даже за топливным бизнесом стоит будущее то ему стоит пройти долгий путь. Биотопливо едва покрывает 5 % наших энергетических потребностей даже если считать вырабатываемый с кукурузой этанол . Кроме того существуют крупные компании оберегающие свой бизнес. И здесь в Красной Березе заводик вполне себе выдерживает конкуренцию.

Земля год 2010 министр ВМФ Рэй Мабус представил миру свой любимый проект. Готовый к бою супербомбардировщик ФА-18 летающие на смеси из разных частей бензина и биореактивного топлива. Они назвали самолет Зеленым Хорнетом.

Он может лететь в 1,8 быстрее скорости звука он очень хорошо проявил себя. Этот самолет не заметил никакой разницы. Мабус считает что к 2016 году весь комплекс боевой техники : авианосцы, субмарины, корабли огневой поддержки , вертолеты , самолеты смогут работать на альтернативном топливе.

К 2020 году Мабус хочет сделать так чтобы половина потребляемой армии энергии приходила из альтернативных источников энергии. Но это означает что для достижения его цели нужно 16 млн баррелей биотоплива и его потребление должно возрасти на 400 тысяч процентов по сравнению с сегодняшним уровнем . Мабус уверен что ВМС могут переключиться на него начав культивировать все от масличных культур до водорослей производят собственное топливо которое в один прекрасный день сможет использовать вся страна . Вопрос поднятый нам это необходимость. Каждый день мы используем большое количество топлива . Мы можем помочь малому бизнесу. Мы можем помочь всей стране, а не только армии стать энергонезависимой.

Через сотни лет когда утех ребят в пустынях закончится нефть у наших детей и внуков все еще будет топливо и оно будет возобновляемым. Они смогут использовать его год за годом.
Выбор энергии которую мы делаем сегодня в большей или меньше степени влияет на наше будущее . Прямо сейчас мы принимаем решения о том как мы будем использовать энергию определяющую качество нашей жизни , безопасность нашей страны и здоровье нашей планеты. Возможно существует единый ответ , но чтобы найти его мы должны создать новые источники и изменить свое отношение к энергии.

7 типов возобновляемых источников энергии: будущее энергетики

Что такое возобновляемые источники энергии?

Возобновляемая энергия — это энергия, полученная из природных ресурсов Земли, которые не являются конечными или исчерпаемыми, таких как ветер и солнечный свет. Возобновляемая энергия — это альтернатива традиционной энергии, основанной на ископаемом топливе, и она, как правило, гораздо менее вредна для окружающей среды.

7 видов возобновляемой энергии

Солнечная

Солнечная энергия получается путем улавливания лучистой энергии солнечного света и преобразования ее в тепло, электричество или горячую воду.Фотоэлектрические (PV) системы могут преобразовывать прямой солнечный свет в электричество с помощью солнечных батарей.

Преимущества

Одним из преимуществ солнечной энергии является то, что солнечный свет функционально бесконечен . Благодаря технологиям для его сбора существует неограниченный запас солнечной энергии, а это означает, что ископаемое топливо может оказаться устаревшим. Использование солнечной энергии, а не ископаемого топлива, также помогает нам улучшить здоровье населения и состояние окружающей среды. В долгосрочной перспективе солнечная энергия также может сократить расходы на электроэнергию, а в краткосрочной перспективе сократить ваши счета за электроэнергию.Многие местные органы власти, правительства штатов и федеральное правительство также стимулируют инвестиции в солнечную энергию, предоставляя скидки или налоговые льготы.

Ограничения по току

Хотя солнечная энергия сэкономит вам деньги в долгосрочной перспективе, она, как правило, требует значительных первоначальных затрат и является нереальным расходом для большинства домашних хозяйств. В личных домах домовладельцам также необходимо иметь достаточно солнечного света и места для размещения своих солнечных панелей, что ограничивает круг лиц, которые могут реально внедрить эту технологию на индивидуальном уровне.

Ветер

Ветряные электростанции улавливают энергию ветрового потока с помощью турбин и преобразуют ее в электричество. Есть несколько форм систем, используемых для преобразования энергии ветра, и каждая различается. Промышленные ветряные генерирующие системы могут питать множество различных организаций, в то время как одинарные ветряные турбины используются в дополнение к уже существующим энергетическим организациям. Другая форма — ветряные электростанции коммунального масштаба, которые закупаются по контракту или оптом. Технически энергия ветра — это форма солнечной энергии.Явление, которое мы называем «ветром», вызвано разницей температуры в атмосфере в сочетании с вращением Земли и географией планеты. [1]

источник

Преимущества

Энергия ветра — это чистый источник энергии, а это означает, что он не загрязняет воздух, как другие виды энергии. Энергия ветра не производит углекислый газ и не выделяет каких-либо вредных продуктов, которые могут вызвать ухудшение состояния окружающей среды или негативно повлиять на здоровье человека, например, смог, кислотный дождь или другие улавливающие тепло газы.[2] Инвестиции в технологии ветроэнергетики также могут открыть новые возможности для создания рабочих мест и профессионального обучения, поскольку турбины на фермах необходимо обслуживать и поддерживать, чтобы они продолжали работать.

Сделайте следующий шаг, выбрав лучший план энергопотребления для своего дома! justenergy.com/

Ограничения по току

Поскольку ветряные электростанции, как правило, строятся в сельских или отдаленных районах, они обычно находятся вдали от шумных городов, где больше всего требуется электричество.Энергия ветра должна транспортироваться по переходным линиям, что ведет к более высоким затратам. Хотя ветряные турбины производят очень мало загрязнения, некоторые города выступают против них, поскольку они доминируют над горизонтом и создают шум. Ветровые турбины также угрожают местной дикой природе, например птицам, которых иногда убивают, ударяя по лопастям турбины во время полета.

Гидроэлектростанция

Плотины — это то, что у людей больше всего ассоциируется с гидроэнергетикой. Вода течет через турбины плотины для производства электроэнергии, известной как гидроаккумулирующая энергия.Русловая гидроэлектростанция использует канал для отвода воды, а не через плотину.

Преимущества

Гидроэлектроэнергия очень универсальна и может быть произведена как с помощью крупномасштабных проектов, таких как плотина Гувера, так и небольших проектов, таких как подводные турбины и нижние плотины на небольших реках и ручьях. Гидроэлектроэнергия не приводит к загрязнению и поэтому является гораздо более экологически чистым вариантом энергии для нашей окружающей среды.

Ограничения по току

Мост-У.Сооружения гидроэлектростанции используют больше энергии, чем они могут произвести для потребления. В системах хранения может потребоваться использование ископаемого топлива для перекачки воды. [3] Хотя гидроэлектроэнергия не загрязняет воздух, она нарушает водные пути и отрицательно влияет на животных, которые в них живут, изменяя уровень воды, течения и пути миграции многих рыб и других пресноводных экосистем.

Геотермальная энергия

Геотермальное тепло — это тепло, которое удерживается под земной корой в результате образования Земли 4.5 миллиардов лет назад и от радиоактивного распада. Иногда большое количество этого тепла уходит естественным путем, но все сразу, что приводит к знакомым явлениям, таким как извержения вулканов и гейзеры. Это тепло можно улавливать и использовать для производства геотермальной энергии с помощью пара, который поступает из нагретой воды, перекачиваемой под поверхность, которая затем поднимается вверх и может использоваться для работы турбины.

Преимущества

Геотермальная энергия не так распространена, как другие виды возобновляемых источников энергии, но имеет значительный потенциал для энергоснабжения.Поскольку его можно построить под землей, он оставляет очень мало следов на суше. Геотермальная энергия восполняется естественным образом и поэтому не подвержена риску истощения (в человеческом масштабе времени).

Ограничения по току

Стоимость играет важную роль, когда речь идет о недостатках геотермальной энергии. Мало того, что строительство инфраструктуры обходится дорого, еще одной серьезной проблемой является ее уязвимость к землетрясениям в определенных регионах мира.

Океан

Океан может производить два типа энергии: тепловую и механическую.Тепловая энергия океана зависит от температуры поверхности теплой воды для выработки энергии с помощью множества различных систем. Механическая энергия океана использует приливы и отливы для выработки энергии, которая создается вращением Земли и гравитацией Луны.

Преимущества

В отличие от других форм возобновляемых источников энергии, энергия волн предсказуема, и легко оценить количество энергии, которое будет произведено. Вместо того, чтобы полагаться на различные факторы, такие как солнце и ветер, энергия волн гораздо более последовательна.Этот тип возобновляемой энергии также широко распространен, наиболее густонаселенные города, как правило, расположены вблизи океанов и гаваней, что облегчает использование этой энергии для местного населения. Потенциал волновой энергии является поразительным, но пока еще неиспользованным энергетическим ресурсом с оценочной способностью производить 2640 ТВтч / год. Всего 1 ТВтч / год энергии может обеспечить электричеством около 93850 домов в США в год, что примерно вдвое превышает количество домов, существующих в настоящее время в США [4].

Ограничения по току

Те, кто живет у океана, определенно извлекают выгоду из энергии волн, но те, кто живет в государствах, не имеющих выхода к морю, не будут иметь доступа к этой энергии.Еще один недостаток энергии океана состоит в том, что она может нарушить работу многих хрупких экосистем океана. Хотя это очень чистый источник энергии, поблизости необходимо построить крупное оборудование, чтобы помочь улавливать энергию этой формы, которая может вызвать разрушение дна океана и морской жизни, которая его обитает. Еще один фактор, который следует учитывать, — это погода: когда наступает ненастная погода, она меняет плотность волн, тем самым производя меньшую отдачу энергии по сравнению с обычными волнами без штормовой погоды.

Водород

Водород необходимо объединить с другими элементами, такими как кислород, чтобы получить воду, поскольку он не встречается в природе как газ сам по себе.Когда водород отделяется от другого элемента, его можно использовать как для топлива, так и для электричества.

Преимущества

Водород можно использовать как чистое горючее, что приводит к меньшему загрязнению и более чистой окружающей среде. Он также может использоваться для топливных элементов, которые похожи на батареи, и могут использоваться для питания электродвигателя.

Ограничения по току

Поскольку для производства водорода нужна энергия, он неэффективен, когда дело касается предотвращения загрязнения.

Биомасса

Биоэнергетика — это возобновляемая энергия, получаемая из биомассы . Биомасса — это органическое вещество, которое поступает из недавно появившихся растений и организмов. Использование дров в вашем камине — это пример биомассы, с которым знакомо большинство людей.

Существуют различные методы, используемые для выработки энергии за счет использования биомассы. Это можно сделать путем сжигания биомассы или использования газа метана, который образуется в результате естественного разложения органических материалов в прудах или даже на свалках.

Преимущества

Использование биомассы в производстве энергии создает углекислый газ, который попадает в воздух, но при регенерации растений расходуется такое же количество углекислого газа, который, как говорят, создает сбалансированную атмосферу. Биомассу можно использовать по-разному в нашей повседневной жизни не только для личного пользования, но и для бизнеса. В 2017 году энергия биомассы составляла около 5% от общего объема энергии, используемой в США. Эта энергия поступала из древесины, биотоплива, такого как этанол, и энергии, полученной из метана, улавливаемого со свалок или сжигания городских отходов.(5)

Ограничения по току

Хотя новым растениям для роста нужен углекислый газ, растениям нужно время, чтобы вырасти. У нас также пока нет широко распространенной технологии, позволяющей использовать биомассу вместо ископаемого топлива.

источник

Возобновляемые источники энергии: что вы можете сделать?

Как потребитель, у вас есть несколько возможностей улучшить окружающую среду, выбрав более экологичное энергетическое решение. Если вы домовладелец, у вас есть возможность установить в доме солнечные батареи.Солнечные батареи не только снижают ваши затраты на электроэнергию, но и помогают повысить уровень жизни за счет более безопасного и экологически чистого варианта энергии , который не зависит от ресурсов, наносящих вред окружающей среде. Есть также альтернативы более экологичному образу жизни, предлагаемые вашими электрическими компаниями. Just Energy позволяет потребителям выбирать варианты экологически чистой энергии, которые помогут вам уменьшить воздействие на окружающую среду за счет компенсации энергопотребления. Добавьте JustGreen в свой план электроснабжения или природного газа, чтобы снизить воздействие уже сегодня!

Принесено вам justenergy.com

Источники:

1. Energy.gov, Преимущества и проблемы ветроэнергетики, Источник: https://www.energy.gov/eere/wind/advantages-and-challenges-wind-energy
2. Energy.gov, Преимущества и проблемы ветроэнергетики, Источник: https://www.energy.gov/eere/wind/advantages-and-challenges-wind-energy
3. Управление энергетической информации США, Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии ?, Источник: https: // www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=427&t=3
4. Bureau of Ocean Energy Management, Ocean Wave Energy, Источник: https://www.boem.gov/Ocean-Wave-Energy/
5. Управление энергетической информации США, объяснение биомассы, получено с: https://www.eia.gov/energyexplained/?page=biomass_home

Самая мощная возобновляемая энергия

Концепция Natel, получившая название Restoration Hydro, отходит от обычных больших плотин к более распределенному подходу, основанному на биомимикрии.До вмешательства человека и создания акведуков и каналов большинство рек Северной Америки были забиты древесным мусором и бобровыми плотинами. Каскады, имитирующие структуры бобра, замедляют скорость воды, создавая небольшие пруды и заболоченные места; это дает достаточно времени, чтобы вода просочилась в землю, что, в свою очередь, поднимет уровень грунтовых вод. Более высокий уровень грунтовых вод означает больше запасов грунтовых вод, что помогает водосборным бассейнам выдерживать длительные периоды засухи.

Эти связанные распределенные системы специально разработаны для восстановления связи рек для рыб и других диких животных, улучшения водоотведения и повышения продуктивности сельского хозяйства, а также поддержки средств к существованию и социально-экономического развития местных сообществ, что делает систему Natel очевидным выбором для развивающихся стран.«Наш подход — распределенный, — говорит Гиа, — с небольшими индивидуальными проектами, которые объединены в группы, работающие согласованно, чтобы мы могли вырабатывать гидроэлектроэнергию без больших плотин».

Поскольку гидроэлектростанции могут вырабатывать электроэнергию в сеть немедленно, они обеспечивают необходимую резервную мощность во время крупных отключений или сбоев в электроснабжении (на самом деле, во время кризиса, вызванного COVID-19, гидроэнергия пользовалась большим спросом, так как выработка электроэнергии пострадала незначительно из-за до степени автоматизации в современных объектах).

Хотя турбина Natel Energy все еще находится на начальной стадии, она уже введена в эксплуатацию: компания открыла свою первую гидроэлектростанцию ​​в США в 2019 году, а вторая находится в стадии строительства, а ввод в эксплуатацию запланирован на конец этого года. По мере того, как компании во всем мире стремятся перейти на энергосистему с низким или нулевым выбросом углерода, улучшенные турбины могут помочь в достижении высокой надежности и накопления энергии, повышая устойчивость к изменению климата, сохраняя при этом возможность лосося плавать вверх по течению.

–

Выбросы от путешествий, которые потребовались для того, чтобы рассказать об этой истории, составили 0 кг CO2: писатель опрашивал источники удаленно.Цифровые выбросы из этой истории составляют от 1,2 до 3,6 г CO2 на просмотр страницы. Подробнее о том, как мы рассчитали этот показатель, можно узнать здесь .

–

Присоединяйтесь к одному миллиону поклонников Future, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter или Instagram .

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную BBC.com предлагает информационный бюллетень , который называется «Основной список». Отобранная вручную подборка историй из BBC Future , Культура , Worklife и Travel , доставленные на ваш почтовый ящик.

5 технологий, изменяющих будущее возобновляемой энергетики

Рынок возобновляемой энергии меняется из-за падения цен и увеличения спроса на более чистые источники энергии.Вот пять технологий, которые повлияют на отрасль в ближайшем будущем.

Появление возобновляемых источников энергии произвело революцию на мировых рынках, и изменения, обусловленные возобновляемыми источниками энергии, продолжаются с беспрецедентной скоростью. Еще несколько лет назад мало кто мог догадаться о масштабах новых технологий, разработанных для помощи странам. начинают процесс декарбонизации своей экономики или предсказывают, что такие известные имена, как Google, будут инвестировать большие суммы в проекты в области солнечной энергетики.

Некоторые из этих изменений были постепенными, некоторые — внезапными. Другие только начинаются, и их значение еще не понято. Вот пять наиболее важных тенденций и технологий в области возобновляемых источников энергии. Некоторые из них радикально изменили энергетический рынок за последнее десятилетие, в то время как другие будут создавать волну в ближайшие годы.

Ветряная и солнечная энергия

Именно ветряные турбины и солнечные батареи представляют для большинства людей движение вперед в развитии возобновляемой энергии.Два источника энергии видны во многих сельских ландшафтах и ​​преобразили рынок.

«Наибольшее влияние оказали ветровые и солнечные технологии, которые привели к очень быстрому снижению затрат на производство электроэнергии», — говорит Петтери Лааксонен, директор по исследованиям Школы энергетических систем в Лаппеенранта-Лахти в Финляндии. Технологический университет (LUT). По данным Международного энергетического агентства, к 2024 году ожидается, что возобновляемые источники энергии будут составлять 30 процентов мировой энергии, и большая часть этой энергии будет обеспечиваться за счет проектов солнечной и ветровой энергетики, которые продолжают развиваться. с поразительной скоростью.Это рост использования солнечных панелей, которые составили 60 процентов от установленных в 2019 году мощностей возобновляемых источников энергии. Даже технологические гиганты, такие как Apple, Google и Amazon, инвестировали в солнечную энергию.

Электрификация

Эксперты сходятся во мнении, что развитие электрификации в ближайшие десятилетия ускорит переход к возобновляемым источникам энергии. Электрификация европейской промышленности, зданий и транспорта на основе возобновляемых источников энергии позволит континенту сократить расходы, связанные с энергетикой. Согласно некоторым прогнозам, выбросы углекислого газа увеличатся на 90 процентов к 2050 году.

Эта тенденция уже видна. Например, Wärtsilä и Pivot Power устанавливают первый в мире накопитель энергии мощностью 100 МВт, подключенный к передаче энергии, наряду с подключениями большого объема, которые обеспечат необходимые емкость национальной сети станций быстрой зарядки электромобилей. Ожидается, что этот проект сыграет большую роль в ускорении перехода Великобритании к энергетическому переходу к нулевым выбросам к 2050 году. Более того, данные Лаборатория Wärtsilä Energy Transition Lab показывает, что в первые месяцы 2020 года процент возобновляемых источников энергии, используемых для производства электроэнергии в Европа резко выросла с соответствующим падением электроэнергии, вырабатываемой традиционными источниками.

Лааксонен указывает, что будут также новые способы использования электроэнергии, в том числе производство водорода из воды путем электролиза, переработка углекислого газа путем улавливания его из воздуха, а азот для удобрений также будет производиться путем извлечения это с воздуха. Он прогнозирует, что со временем спрос на электроэнергию в европейских странах может вырасти в 3-4 раза, а цена упадет (благодаря буму возобновляемой энергетики). Переход на электричество является ключом к снижению карбонизации. экономики, но есть и другие, менее очевидные побочные выгоды, включая повышение энергетической безопасности (независимость от экспортеров ископаемого топлива) и улучшение качества воздуха в городах.

Power-to-X

Одна из принципиально новых технологий, Power-to-X — это общий термин, охватывающий различные процессы, которые превращают электричество в тепло, водород или возобновляемое синтетическое топливо. Это дает значительную возможность ускорить переход к возобновляемым источникам энергии за счет наращивание производства синтетического топлива и быстрое сокращение выбросов ископаемого топлива в различных секторах, от сталелитейной промышленности и производства продуктов питания до химической промышленности и производства удобрений. Технология также может сыграть ключевую роль в решении долгосрочных задач. проблемы хранения энергии, регулирование взлетов и падений поставок из возобновляемых источников.«Power-to-X необходим, потому что реинвестирование в инфраструктуру и технологии в целом (авиация, судоходство, тяжелые автомобили и даже электромобили) невозможно. в ближайшие два десятилетия, в течение которых нам необходимо осуществить переход », — говорит Лааксонен.

Распределенная генерация

Тихая революция в области возобновляемых источников энергии — это растущая доступность и популярность так называемой распределенной генерации. Это означает местное производство электроэнергии в розничном или коммерческом секторе: от солнечных батарей в частных домах до фабрик. с использованием комбинированных теплоэнергетических систем.Расширение распределенной генерации дает множество преимуществ: от снижения зависимости от централизованных источников энергии до повышения надежности сети и создания жизнеспособных малых возобновляемых источников энергии. В сочетании с интеллектуальными сетями, которые регулируются компьютерами для точной настройки передачи, распределенная генерация становится еще более эффективной. В последние годы наблюдается быстрый рост распределенной генерации, и ожидается, что это продолжится: по некоторым оценкам, рынок распределенной генерации будет стоить 147 евро.5 миллиардов к 2026 году.

Хранение энергии

Потенциал накопления энергии для ускорения перехода к возобновляемым источникам энергии широко обсуждается в научных кругах и, похоже, станет ключевым в ближайшие годы. «В системе потребуется накопление энергии из-за переменного производства энергии ветра и солнца», — объясняет Лааксонен. «Существует несколько технологий хранения энергии, и нужно объединить их в систему».

Примеры включают интеллектуальную технологию управления энергопотреблением, такую ​​как GEMS от Wärtsilä, которая оптимизирует несколько технологий в рамках единого портфеля.

«Некоторые из решений, которые, вероятно, будут расширяться в ближайшие годы, включают гидроаккумуляторы, аккумуляторы, топливо Power-to-X и сезонные накопители тепловой энергии. Эти же технологии будут полезны и странам с крупной атомной энергетикой. Прежде всего, накопление энергии позволяет поддерживать эффективный поток энергии, несмотря на прерывистый характер ветровых или солнечных источников. «Технологии хранения в энергосистеме будут развиваться вместе с увеличением использования возобновляемых источников энергии», — говорит Лааксонен.

Возобновляемые источники энергии и энергетические ресурсы будущего

Человечество в своей бесконечной борьбе за повышение уровня жизни неизменно зависело от колоссального количества электроэнергии, питающей нашу эволюцию. По сегодняшним оценкам National Geographic, мы ежедневно потребляем 320 миллиардов киловатт-часов энергии. Сегодня большая часть этой огромной потребности удовлетворяется за счет сжигания ископаемого топлива. До сих пор ископаемое топливо очень эффективно удовлетворяло наши потребности в энергии, но оно также невозобновляемо и быстро истощается.Эти источники топлива также внесли большой вклад в выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды. Пришло время найти подходящую и лучшую замену ископаемому топливу. Ученые постоянно исследуют новые и экологически чистые источники энергии, которые оказывают ограниченное воздействие на окружающую среду и уменьшают свой вклад в глобальное потепление, которое, как считается, вызвано выбросом углекислого газа при сжигании ископаемого топлива.

Атомная энергия, солнечная энергия, энергия ветра и биотоплива — это лишь некоторые из многообещающих альтернатив для более чистого и экологичного будущего.Также исследуются другие относительно новые источники энергии, такие как топливные элементы, геотермальная энергия и энергия океана. В следующих разделах мы рассмотрим существующие источники энергии, а также обсудим возможные источники энергии в будущем.

Ископаемое топливо — уголь

Ископаемое топливо — это останки мертвых растений и животных на суше и на морском дне. Они образуются из окаменелых останков мертвых животных и растений, которые в течение сотен миллионов лет подвергались воздействию тепла и давления в земной коре.

Ископаемое топливо в основном состоит из углеводородов. Они содержат углерод и водород в различных соотношениях, например, метан с низким отношением углерода к водороду или антрацитовый уголь, который представляет собой почти чистый углерод. Углеводороды образуются, когда окаменелые останки мертвых организмов химически изменяются в течение сотен миллионов лет под воздействием сильного давления и тепла, обнаруживаемых в земной коре. Химическая энергия, «хранящаяся» в этих видах топлива, высвобождается во время сгорания для производства электроэнергии.

По оценкам Управления энергетической информации, ископаемое топливо составляет 86% от общего объема энергии, производимой в мире. Из них нефть составила 36,8%, уголь 26,6% и природный газ 22,9%.

Однако ископаемое топливо не является возобновляемым источником энергии. Для их образования требуются сотни миллионов лет, и они истощаются намного быстрее, чем могут быть созданы новые запасы. По оценкам, для производства 1 литра бензина требуется 23,5 тонны окаменевшего органического материала, осевшего на дне океана.В 1997 году общее количество использованного ископаемого топлива было эквивалентно растительному веществу, которое росло на всей суше и поверхности океана в течение 422 лет.

Еще одним недостатком нашей сильной зависимости от ископаемого топлива является количество углекислого газа, образующегося при сжигании, которое оценивается в 21,3 миллиарда тонн в год. Однако естественные процессы способны поглощать только около половины общего количества выбросов углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу, что означает ежегодное количество углекислого газа в атмосфере. Фото: Судья-генератор
увеличивается на 10.65 миллиардов тонн, что теоретически является основным фактором глобального потепления, которое потенциально может иметь очень неблагоприятные последствия для экосистемы.

Ископаемое топливо — природный газ

Природный газ обычно находится вместе с ископаемым топливом в угольных пластах и ​​в других типах горных пород. Он создается метаногенными организмами, присутствующими на свалках, болотах и ​​водно-болотных угодьях. Естественно, он состоит из метана и небольшого количества других газов, таких как этан, пропан, бутан, пентан, углеводороды с более высокой молекулярной массой, сера, гелий и азот.Составляющие природного газа, отличные от метана, необходимо удалить, прежде чем природный газ можно будет использовать в качестве источника топлива. Прочтите «Генераторы природного газа: альтернатива дизельному топливу», чтобы увидеть один из примеров, демонстрирующих существующие технологии, использующие в качестве топлива природный ресурс, который лучше для окружающей среды.

Хотя природный газ считается более чистым, чем другие ископаемые виды топлива, было установлено, что он способствует загрязнению и глобальному потеплению. Хотя его можно использовать для пополнения постоянно истощающихся мировых запасов традиционного ископаемого топлива, он не является на 100% чистой и экологически чистой альтернативой.В 2004 году выбросы углекислого газа в результате использования природного газа составили 5 300 миллионов тонн, в то время как уголь и нефть внесли вклад в выбросы углекислого газа в размере 10 600 миллионов тонн и 10 200 миллионов тонн, соответственно. Однако ожидается, что эта тенденция изменится на обратную к 2030 году, когда природный газ, вероятно, будет выделять 11 000 миллионов тонн углекислого газа по сравнению с 8 400 миллионами тонн из угля и 17 200 тонн из нефти в то время. Кроме того, при выбросе непосредственно в атмосферу природный газ является гораздо более сильным парниковым газом, чем углекислый газ, но, поскольку это происходит в очень небольших количествах, в настоящее время это не является серьезной причиной для беспокойства.

Солнечная энергия

Почти все в этом мире в конечном итоге получает энергию от солнца. Вместо получения солнечной энергии из непрямых источников, таких как ископаемое топливо, исследователи и организации во всем мире стремятся напрямую использовать этот неограниченный источник энергии.

Земля получает около 174 миллиардов мегаватт энергии в верхних слоях атмосферы в результате солнечного излучения. Около 30% падающего солнечного излучения отражается обратно, а оставшаяся часть составляет 3.85 x 1024 Джоулей ежегодно поглощается атмосферой, океанами и сушей. Количество солнечной энергии, доступной нам в течение часа, превышает общее количество энергии, потребляемой во всем мире за весь год. Но это скорее рассеянная, чем концентрированная форма энергии, и самая большая проблема заключается в том, чтобы обуздать ее.

Тепловое и световое излучение солнца можно использовать с помощью полупроводниковых солнечных панелей. Энергия солнечного излучения возбуждает электроны на этих панелях и приводит к производству электроэнергии.

Одно из самых больших препятствий на пути использования солнечной энергии — это создание рентабельных солнечных панелей. Стоимость солнечной энергии составляет около 8–15 центов США за киловатт-час по сравнению со стоимостью электроэнергии на угле в 6 центов США за киловатт-час.

Правильное хранение энергии — еще одно серьезное препятствие. Солнечная энергия недоступна в ночное время, но современные энергетические системы обычно предполагают постоянное наличие энергии. Системы тепловых масс, системы аккумулирования тепла, материалы с фазовым переходом, автономные фотоэлектрические системы и гидроаккумулирующие системы — вот некоторые из способов хранения солнечной энергии для дальнейшего использования.

Даже несмотря на все технологические достижения, технология солнечной энергии все еще находится в зачаточном состоянии. Пока мы не усовершенствуем технологию и не сможем использовать и хранить солнечную энергию жизнеспособным и экономичным способом, ископаемое топливо будет оставаться наиболее часто используемым источником энергии.

Ядерная энергия

Поскольку мировой спрос на электроэнергию продолжает расти, ядерная энергия приобретает все большее значение как чистый источник энергии, который, как ожидается, решит глобальную проблему изменения климата.Неустойчивость цен на ископаемое топливо и растущее беспокойство стран по поводу обеспечения энергоснабжения — это другие движущие силы ядерной энергетики.

В настоящее время в 30 странах мира эксплуатируются 439 ядерных энергетических реакторов. Это составляет 14% от общего производства электроэнергии в мире. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) ожидает, что мировая мощность ядерной энергетики увеличится с нынешних 372 гигаватт (ГВт) до 437–542 ГВт к 2020 году и до 473–748 ГВт к 2030 году.Однако для того, чтобы ядерная энергетика стала надежным и чистым источником энергии, необходимо решить несколько проблем. Некоторые из них включают повышение экономической конкурентоспособности, проектирование безопасных и надежных атомных электростанций, обращение с отработавшим топливом и захоронение радиоактивных отходов, развитие адекватных квалифицированных кадров, обеспечение доверия общественности к ядерной энергетике и обеспечение ядерного нераспространения и безопасности.

Ядерная энергия используется путем расщепления (деления) или слияния (слияния) ядер двух или более атомов.Ядерное деление обычно использует уран в процессе получения энергии. При нынешних темпах потребления урана, обнаруженного в земной коре, нам хватит примерно на столетие. Однако исследователи предсказывают, что в следующем столетии потребление энергии утроится, а это означает, что имеющихся урановых ресурсов хватит нам только примерно на 30 лет. Один из вариантов — переработка отработавшего топлива. Это отработавшее топливо богато плутонием, и в сочетании с оставшимся ураном его можно переработать в смесь, известную как МОКС, которую можно использовать в качестве топлива.Это может помочь увеличить доступные ресурсы урана еще на несколько десятилетий. Самым большим недостатком этого источника энергии является удаление радиоактивных отходов и высокая стоимость строительства атомных электростанций.

Ядерное деление, с другой стороны, могло бы стать ответом на наши энергетические проблемы. При делении используются изотопы водорода, лития и бора. Запасов лития на Земле в сочетании с морскими запасами хватит на более чем 60 миллионов лет. Дейтерий, изотоп водорода, может просуществовать еще 250 миллионов лет.Однако процесс получения энергии из этого изотопа довольно сложен и все еще находится в зачаточном состоянии. Если мы сможем успешно научиться использовать ядерный синтез для получения энергии жизнеспособным образом, он вполне может стать новым королем энергетического мира. Ядерный синтез — это чистый процесс с низкими выбросами углекислого газа, а радиоактивные отходы также имеют относительно короткий период полураспада.

Энергия ветра

Ветряные электростанции сконструированы так, чтобы использовать механическую энергию ветра и преобразовывать ее в электрическую.Затем эти ветряные электростанции подключаются к сетям передачи электроэнергии для распределения энергии. В среднем можно использовать только от 20 до 40 процентов общей энергетической мощности ветряной электростанции.

Ограничивающим фактором в использовании энергии ветра является то, что скорость ветра является переменной, и в большинстве случаев энергия ветра может быть эффективно использована только при очень высокой скорости ветра и постоянных сильных ветрах. Обычно это происходит на больших высотах. Энергия ветра также требует больших открытых пространств для строительства ветряных электростанций.

В 2008 году мировая мощность ветроэнергетики составила 121,2 ГВт. В среднем на ветроэнергетику в настоящее время приходится лишь 1,5% мировых мощностей по выработке электроэнергии. Однако за трехлетний период 2005–2008 годов этот сектор вырос в два раза. На ветроэнергетику приходится 19% от общего объема производства электроэнергии в Дании, 10% в Португалии и Испании и 7% в Ирландии и Германии.

Биотопливо и биомасса

Сюда входит топливо из растительных и животных источников.Масло или этанол, полученные из таких растений, как сахарный тростник, просо, водоросли, тополь и кукуруза, можно использовать непосредственно или в смеси с другими видами топлива, такими как коммерческое дизельное топливо и бензин, для выработки энергии. Даже растительные вещества, такие как мертвая древесина, листья, щепа и ветки, могут сжигаться для производства энергии. Это обычно классифицируется как биомасса. Биомасса также включает любые биоразлагаемые отходы растительных и животных источников, которые можно сжигать в качестве топлива.

Ограничивающим фактором при использовании биотоплива является необходимость выращивания большого количества сельскохозяйственных культур для сбора энергии, содержащейся в растениях.Для этого нужны обширные площади плодородных земель. Кроме того, не все растительные источники дают высокий урожай. В настоящее время проводятся эксперименты по гибридизации и генетическому изменению этих культур, чтобы сделать их более устойчивыми и повысить урожайность. Биотопливо очень многообещающе для мелкомасштабного использования, поскольку оно низкое по выбросам парниковых газов, является эффективной системой управления отходами и производит мало загрязнителей воздуха.

С развитием новых технологий и открытием новых знаний о нашем окружении ученые смогли придумать еще более смелые варианты силы.К ним относятся топливные элементы, геотермальная энергия, энергия приливов и волн и многие другие.

Топливные элементы

Топливные элементы похожи на батареи, но используют реагенты из внешнего источника, в отличие от автономных батарей. Если уровни топлива и окислителя в топливных элементах поддерживаются должным образом, энергия может вырабатываться почти непрерывно. Эффективность топливных элементов пропорциональна потребляемой от них мощности. Кроме того, они легкие и чрезвычайно надежные.

Геотермальная энергия

Внутри Земли много тепла. Мелководные районы содержат горячую воду, камни и пар. Глубже внутри магма очень горячая. Это тепло можно использовать для производства электроэнергии и работы различных приложений. Использование геотермальной энергии не требует топлива и требует минимум земли. Это относительно дешевый и очень устойчивый источник энергии, поскольку количество тепла, содержащегося в земном дне, настолько велико, что даже если мы используем больше энергии, чем нам требуется, ее все равно хватит на миллионы лет.

Oceanic Energy

Океаны огромны и содержат огромное количество энергии водных течений, а также температурных градиентов и солености. Энергию приливов и волн можно использовать для производства электроэнергии. Разница в температуре, возникающая на разной глубине, может использоваться для работы тепловых двигателей, которые, в свою очередь, вырабатывают электроэнергию.

Разница осмотического давления между соленой и пресной водой также может использоваться для выработки электроэнергии.Хотя большинство из этих методов все еще находятся на экспериментальной стадии, при правильном исследовании они могут стать прорывом для человечества. Океаны вполне могут утолить нашу жажду энергии и стать королем топлива.
Энергия антиматерии :

Одной из самых сложных теорий производства энергии является идея использования материи и антивещества для выработки электроэнергии. Антивещество противоположно материи. Если материя состоит из частиц, антиматерия состоит из античастиц.

Ученые предполагают, что если бы материя и антиматерия столкнулись, они аннигилировали друг друга и высвободили бы огромное количество энергии. Однако это все еще теоретический источник энергии. Существует ли антивещество в какой-то части Вселенной и может ли быть каким-то образом обуздано, до сих пор остается загадкой для человечества.

Есть различные способы извлечения энергии из земли, которые человечество обнаружило и использовало в своих интересах. По мере развития человечества мы будем постоянно искать новые, более эффективные формы энергии, которые оказывают наименьшее влияние на окружающую среду.На сегодняшний день наиболее экономически эффективным топливом оказалась нефть.

В будущем, когда мировые запасы нефти истощатся, мы будем использовать другой источник энергии; возможно тот, о котором говорилось выше. Однако суть в том, что мы должны активно исследовать новые формы энергии, чтобы продолжить развитие цивилизации и обеспечить высокое качество жизни, к которому мы все привыкли.

Альтернативные источники энергии будущего

Криптовалюты были одними из самых обсуждаемых активов в последние месяцы, при этом цены на биткойны и эфир достигли рекордных высот.Эти успехи были вызваны потоком объявлений, в том числе более широким применением со стороны предприятий и организаций.

Однако менее известно, сколько электроэнергии требуется для питания сети Биткойн. Чтобы представить это в перспективе, мы использовали данные Индекса потребления электроэнергии в биткойнах (CBECI) Кембриджского университета для сравнения энергопотребления биткойнов с различными странами и компаниями.

Почему для майнинга биткойнов требуется так много энергии?

Когда люди майнят биткойны, на самом деле они обновляют реестр транзакций биткойнов, также известный как блокчейн.Это требует от них решения числовых головоломок, которые имеют 64-значное шестнадцатеричное решение, известное как хэш .

Майнеры могут быть вознаграждены биткойнами, но только если они придут к решению раньше других. Именно по этой причине во всем мире появляются объекты по добыче биткойнов — склады, заполненные компьютерами.

Эти средства позволяют майнерам увеличивать свой хешрейт , также известный как количество хешей, производимых каждую секунду. Более высокий хешрейт требует большего количества электроэнергии, а в некоторых случаях может даже перегрузить локальную инфраструктуру.

Перспективы энергопотребления биткойнов

18 марта 2021 года годовое энергопотребление сети Биткойн оценивалось в 129 тераватт-часов (ТВт-ч). Вот сравнение этого числа с некоторыми странами, компаниями и т. Д.

Имя	Население	Годовое потребление электроэнергии (ТВтч)
Китай	1,443 млн	6,543
США	330.2M	3,989
Все мировые центры обработки данных	—	205
Штат Нью-Йорк	19,3 млн	161
Биткойн-сеть	—	129
Норвегия	5,4 млн	124
Бангладеш	165,7 млн ​​	70
Google	—	12
Facebook	—	5
Walt Disney World Resort (Флорида)	—	1

Примечание : Тераватт-час (ТВтч) — это единица измерения электроэнергии, которая представляет 1 триллион ватт, поддерживаемый в течение одного часа.
Источник : Кембриджский центр альтернативных финансов, Science Mag, New York ISO, Forbes, Facebook, Reedy Creek Improvement District, Worldometer

Если бы Биткойн был страной, он бы занял 29-е место из теоретических 196, что незначительно превышает потребление Норвегии в 124 ТВтч. По сравнению с более крупными странами, такими как США (3989 ТВтч) и Китай (6543 ТВтч), потребление энергии криптовалютой относительно невелико.

Для дальнейшего сравнения, сеть Биткойн потребляет на 1708% электроэнергии больше, чем Google, но на 39% меньше, чем все мировые центры обработки данных — вместе они представляют собой более 2 триллионов гигабайт хранилища.

Откуда берется эта энергия?

В отчете Кембриджского университета за 2020 год исследователи обнаружили, что 76% криптомайнеров полагаются на определенную степень возобновляемой энергии для обеспечения своей работы. Тем не менее, есть еще возможности для улучшений, поскольку на возобновляемые источники энергии приходится всего 39% общего потребления энергии криптомайнинга.

Вот как доля криптомайнеров, использующих каждый тип энергии, варьируется в четырех регионах мира.

Источник энергии	Азиатско-Тихоокеанский регион	Европа	Латинская Америка и Карибский бассейн	Северная Америка
Гидроэлектростанция	65%	60%	67%	61%
Природный газ	38%	33%	17%	44%
Уголь	65%	2%	0%	28%
Ветер	23%	7%	0%	22%
Масло	12%	7%	33%	22%
Ядерная	12%	7%	0%	22%
Солнечная энергия	12%	13%	17%	17%
Геотермальная	8%	0%	0%	6%

Источник : Кембриджский университет
Примечание редактора: числа в каждом столбце не предназначены для прибавления к 100%

Гидроэнергетика является наиболее распространенным источником в мире, и ее используют не менее 60% криптомайнеров во всех четырех регионах.Другие виды чистой энергии, такие как ветровая и солнечная, менее популярны.

Энергия из угля играет значительную роль в Азиатско-Тихоокеанском регионе и была единственным источником, сопоставимым с гидроэнергетикой с точки зрения использования. Во многом это можно отнести к Китаю, который в настоящее время является крупнейшим потребителем угля в мире.

Исследователи из Кембриджского университета отметили, что они не были удивлены этими результатами, поскольку стратегия правительства Китая по обеспечению энергетической самообеспеченности привела к переизбытку гидроэлектростанций и угольных электростанций.

На пути к более экологичному криптовалютному будущему

По мере того, как криптовалюты становятся все более популярными, вполне вероятно, что правительства и другие регулирующие органы обратят свое внимание на углеродный след отрасли. Однако это не обязательно плохо.

Майк Колайер, генеральный директор Foundry, поставщика финансирования блокчейнов, считает, что майнинг криптовалют может поддержать глобальный переход на возобновляемые источники энергии. В частности, он считает, что кластеризация объектов криптомайнинга рядом с проектами возобновляемой энергетики может смягчить общую проблему: переизбыток электроэнергии.

«Это позволяет быстрее окупить солнечные или ветровые проекты… потому что они [в противном случае] производили бы слишком много энергии для сети в этой области»
— Майк Колайер, генеральный директор Foundry

Похоже, что этот тип мышления также укоренился в Китае. В апреле 2020 года Яань, город, расположенный в китайской провинции Сычуань, выпустил публичное руководство, побуждающее компании, занимающиеся блокчейнами, использовать свои избыточные гидроэлектроэнергии.

12 новейших технологий, которые могут помочь будущему | Research Horizons

Человеческое население в мире уже превышает 7 миллиардов — число, которое, согласно прогнозам Организации Объединенных Наций, может превысить 11 миллиардов к 2100 году.Этот рост населения в сочетании с экологическими проблемами оказывает еще большее давление на и без того истощенные энергоресурсы. Конечно, серебряной пули нет, но исследователи Технологического института Джорджии разрабатывают широкий спектр технологий, чтобы сделать электроэнергию более доступной, эффективной и экологически чистой.

Эта функция дает быстрый обзор дюжины необычных проектов, которые могут выйти за рамки традиционных энергетических технологий и помочь обеспечить питание всего, от крошечных датчиков до домов и предприятий.

Na-TECC: стоит того

Шеннон Йи, доцент Джорджа У.Школа машиностроения Вудраффа разрабатывает технологию, которая использует изотермическое расширение натрия и солнечного тепла для непосредственного производства электроэнергии. Этот уникальный механизм преобразования, ласково известный как «Na-TECC» (аббревиатура, которая объединяет химический символ натрия с инициалами из «Термо-электрохимический преобразователь», а также рифмуется с «GaTech»), не имеет движущихся частей.

Краткое изложение на языке компьютерных фанатов: электричество вырабатывается из солнечного тепла путем термического стимулирования окислительно-восстановительной реакции натрия на противоположных сторонах твердого электролита.Возникающие в результате положительные электрические заряды проходят через твердый электролит из-за электрохимического потенциала, создаваемого градиентом давления, в то время как электроны проходят через внешнюю нагрузку, где извлекается электроэнергия. В итоге, этот новый процесс приводит к повышению эффективности и меньшему тепловыделению, объяснил Йи.

Цель состоит в том, чтобы достичь эффективности преобразования тепла в электроэнергию более 45 процентов — существенное увеличение по сравнению с 20 процентами эффективности для двигателя автомобиля и 30 процентами для большинства источников в электрической сети.

Технология может быть использована для приложений распределенной энергетики. «Двигатель Na-TECC может стоять у вас на заднем дворе и использовать солнечное тепло для питания всего дома», — сказал Йи. «Его также можно использовать с другими источниками тепла, такими как природный газ, биомасса и ядерная энергия, для непосредственного производства электроэнергии без кипячения воды и вращающихся турбин».

Исследование, финансируемое программой SunShot Министерства энергетики (DOE), проводится в сотрудничестве с Ceramatec Inc.

_{«Двигатель Na-TECC может стоять у вас на заднем дворе и использовать солнечное тепло для питания всего дома», — сказал Шеннон Йи, доцент Джорджа У.Школа машиностроения Вудраффа.
Фото: Фитра Хамид}

Новая разновидность бетавольтаики

В другом проекте группа Йи использует ядерные отходы для производства электроэнергии — без реактора и без движущихся частей.

При финансовой поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) и в сотрудничестве со Стэнфордским университетом исследователи разработали технологию, аналогичную фотоэлектрическим устройствам, с одним большим исключением: вместо фотонов от Солнца в ней используются высокоэффективные технологии. энергия электронов, испускаемых ядерными побочными продуктами.

Бетавольтаическая технология существует с 1950-х годов, но исследователи сосредоточили свое внимание на тритии или никеле-63 в качестве бета-излучателей. «Наша идея состояла в том, чтобы пересмотреть технологию с точки зрения переноса радиации и использовать стронций-90, изотоп, распространенный в ядерных отходах», — сказал Йи.

Стронций-90 уникален тем, что в процессе распада он испускает два высокоэнергетических электрона. Более того, энергетический спектр стронция-90 хорошо согласуется с конструктивной архитектурой, уже используемой в солнечных элементах из кристаллического кремния, поэтому он может давать высокоэффективные преобразовательные устройства.

В лабораторных испытаниях с источниками электронного пучка исследователи достигли эффективности преобразования энергии от 4 до 18 процентов. Йи считает, что при постоянных усовершенствованиях бета-гальванические устройства могут в конечном итоге вырабатывать около одного ватта энергии непрерывно в течение 30 лет, что в 40 000 раз будет плотнее, чем нынешние литий-ионные батареи. Первоначальные применения включают военное оборудование, которое требует маломощной энергии в течение длительных периодов времени, или устройства питания в удаленных местах, где замена батарей проблематична.

Гибкие генераторы Группа

Йи также является пионером в использовании полимеров в термоэлектрических генераторах (ТЭГ).

Твердотельные устройства, которые напрямую преобразуют тепло в электричество без движущихся частей, ТЭГ обычно изготавливаются из неорганических полупроводников. Тем не менее, полимеры являются привлекательными материалами из-за их гибкости и низкой теплопроводности. Эти качества позволяют создавать продуманные конструкции для высокопроизводительных устройств, которые могут работать без активного охлаждения, что резко снижает производственные затраты.

Исследователи разработали полупроводниковые полимеры P- и N-типа с высокими рабочими значениями ZT (показатель эффективности для термоэлектрических материалов). «Мы хотели бы достичь значения ZT 0,5, и в настоящее время оно составляет около 0,1, так что мы не за горами», — сказал Йи.

В рамках одного проекта, финансируемого Управлением научных исследований ВВС, команда разработала радиальный ТЭГ, который можно обернуть вокруг любой трубы с горячей водой для выработки электроэнергии из отработанного тепла. Такие генераторы могут использоваться для питания источников света или сетей беспроводных датчиков, которые контролируют окружающие или физические условия, включая температуру и качество воздуха.

«Термоэлектрики по-прежнему ограничены нишевыми приложениями, но в некоторых ситуациях они могут заменить батареи», — сказал Йи. «И что самое замечательное в полимерах, мы можем буквально красить или распылять материал, который будет генерировать электричество».

Это открывает возможности для носимых устройств, включая одежду или украшения, которые могут действовать как персональный термостат и посылать горячий или холодный пульс на ваше тело. Конечно, сейчас это можно сделать с помощью неорганических термоэлектриков, но эта технология приводит к получению громоздких керамических форм, сказал Йи.«Пластмассы и полимеры позволят создать более удобные и стильные варианты».

Хотя такие устройства не подходят для приложений в масштабе энергосистемы, они могут обеспечить значительную экономию, добавил он.

Переработка радиоволн

Исследователи под руководством Маноса Тенцериса разработали комбайн для сбора электромагнитной энергии, который может собирать достаточно энергии окружающей среды из радиочастотного (RF) спектра для управления устройствами для Интернета вещей (IoT), датчиками умной кожи и умного города, а также носимой электроникой.

Сбор радиоволн не новость, но предыдущие усилия были ограничены системами ближнего действия, расположенными в нескольких метрах от источника энергии, объяснил Тенцерис, профессор Школы электротехники и вычислительной техники Джорджии. Его команда первой продемонстрировала сбор энергии на больших расстояниях до семи миль от источника.

Исследователи представили свою технологию в 2012 году, собирая десятки микроватт с одного телеканала УВЧ.С тех пор они значительно расширили возможности сбора энергии от нескольких телеканалов, Wi-Fi, сотовой связи и портативных электронных устройств, что позволило системе собирать энергию порядка милливатт. Отличительные черты технологии:

• Сверхширокополосные антенны, которые могут принимать различные сигналы в разных частотных диапазонах.
• Уникальные зарядные насосы, которые оптимизируют зарядку для произвольных нагрузок и уровней радиочастотной мощности окружающей среды.
• Антенны и схемы, напечатанные трехмерной струйной печатью на бумаге, пластике, ткани или органических материалах, достаточно гибкие, чтобы обернуть их вокруг любой поверхности.(В технологии используются принципы складывания бумаги оригами для создания «умных» сложных структур, меняющих форму, которые меняют конфигурацию в ответ на входящие электромагнитные сигналы.)

Исследователи недавно адаптировали комбайн для работы с другими устройствами сбора энергии, создав интеллектуальную систему, которая исследует окружающую среду и выбирает лучший источник энергии окружающей среды для сбора. Более того, он сочетает в себе различные формы энергии, такие как кинетическая и солнечная, или электромагнитная и вибрационная.

Хотя еще предстоит проделать определенную работу по масштабированию процесса печати, коммерциализация исследований, поддерживаемых Национальным научным фондом, может произойти в течение двух лет.

Поднимите хорошие вибрации

В рамках другого подхода к сбору энергии исследователи из Школы машиностроения Технологического института Джорджии достигли прогресса в области пьезоэлектрической энергии — преобразования механической деформации из вибраций окружающей среды в электричество.

Ученые изучали эту область более десяти лет, но технологии не получили широкого распространения, потому что сбор пьезоэлектрических материалов очень зависит от конкретного случая и применения, объяснил Альпер Эртурк, доцент кафедры акустики и динамики, который возглавляет подразделение Smart Structures и компании Georgia Tech. Лаборатория динамических систем.

Современные сборщики пьезоэлектрической энергии полагаются на линейный резонанс, и для максимального увеличения электрической мощности частота возбуждения внешних источников должна соответствовать резонансной частоте комбайна. «Даже небольшое несоответствие приводит к резкому снижению выходной мощности, и существует множество сценариев, когда это происходит», — сказал Эртюрк.

В ответ на это группа Эртурка стала пионером в нелинейных динамических конструкциях и сложных вычислениях для разработки широкополосных пьезоэлектрических сборщиков энергии, которые работают в широком диапазоне частот.Фактически, одна из их последних разработок, харвестер M-образной формы, может обеспечивать выходную мощность милливаттного уровня даже при крошечных входных вибрационных сигналах на уровне миллиграммов — увеличение полосы частот на 660% по сравнению с линейными аналогами. «Нелинейные харвестеры также имеют вторичный резонанс, — сказал Эртурк, — что может обеспечить преобразование частоты с повышением частоты в харвестерах MEMS, которые страдают от резонанса устройства, превышающего частоты окружающих вибраций».

Хотя электрическая мощность вибрационных комбайнов невелика, ее все же достаточно для питания беспроводных датчиков для мониторинга состояния конструкций мостов или самолетов, носимой электроники или даже медицинских имплантатов.«Пьезоэлектрический сбор урожая может устранить проблемы с заменой батарей во многих маломощных устройствах, обеспечивая более чистую энергию, большее удобство и значительную экономию с течением времени», — сказал Эртюрк.

Власть в правильном направлении

Трибоэлектричество позволяет производить электрический заряд за счет трения, вызванного контактом двух различных материалов. Хотя это явление известно веками, оно в значительной степени игнорировалось как источник энергии из-за его непредсказуемости.

Тем не менее, исследователи под руководством Чжун Линь Вана, профессора-регента Школы материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии, создали новые трибоэлектрические наногенераторы (TENG), которые сочетают в себе трибоэлектрический эффект и электростатическую индукцию. Собирая случайную механическую энергию, эти генераторы могут непрерывно управлять небольшими электронными устройствами.

Первый TENG дебютировал в 2012 году. Работая на педали, он генерировал достаточно переменного тока для аккумуляторов светодиодов. С тех пор исследователи расширяют границы своей технологии и разработали самозарядную систему, которая не только преобразует переменный ток в постоянный, но также имеет блок управления питанием, который адаптируется к изменчивости движений человека.

За этими недавними вехами стоит двухступенчатая конструкция: сначала TENG заряжает небольшой конденсатор. Затем энергия передается конечному накопителю (большему конденсатору или батарее), которое соответствует импедансу выхода генератора и обеспечивает соответствующее напряжение и постоянную мощность. Пять секунд постукивания ладонью генерируют ток, достаточный для срабатывания беспроводного дверного замка автомобиля.

«Схема управления питанием — ключ к повышению эффективности», — сказал Симиао Ню, аспирант и ведущий автор статьи, недавно опубликованной в журнале Nature Communications. «Без схемы эффективность зарядки составляет менее 1 процента, но с ее помощью мы смогли продемонстрировать эффективность в 60 процентов».

«Это действительно расширяет число возможных приложений», — сказал Ван, указывая на датчики температуры, мониторы сердечного ритма, шагомеры, часы, научные калькуляторы и беспроводные радиопередатчики.

Хотя система с автономным питанием изначально была разработана для улавливания биомеханической энергии человека, исследователи создали четыре различных режима для преобразования других внешних источников механической энергии, таких как океанские волны, ветер, удары клавиатуры и вращение шин.

_{«Трибоэлектрическая система действительно расширяет число возможных применений», — сказал Чжун Линь Ван, профессор Риджентс, Школа материаловедения и инженерии.
Фото: Роб Фелт}

Оптическая ректенна

Исследователи во главе с Баратунде Кола, доцентом Школы машиностроения Технологического института Джорджии, разработали первую известную оптическую ректенну — технологию, которая могла бы быть более эффективной, чем современные солнечные элементы, и менее дорогой.

Ректенны, которые являются частью антенны и частью выпрямителя, преобразуют электромагнитную энергию в постоянный электрический ток. Основная идея существует с 1960-х годов, но команда Колы делает это возможным с помощью наноразмерных технологий производства и другой физики. «Вместо того, чтобы преобразовывать частицы света, как это делают солнечные элементы, мы преобразуем световые волны», — пояснил он.

Ключом к этой технологии являются антенны, достаточно маленькие, чтобы соответствовать длине волны света (около одного микрона), и сверхбыстрый диод, что частично достигается за счет сборки антенны на одном из металлических элементов диода.Кола описывает процесс:

• Углеродные нанотрубки выращиваются вертикально над подложкой.
• Нанотрубки покрывают оксидом алюминия, который служит изолятором с помощью осаждения атомных слоев.
• Сверху помещены очень тонкие слои металлов кальция и алюминия, которые действуют как анод.

Когда свет попадает на углеродные нанотрубки, заряд проходит через выпрямитель, который включается и выключается, создавая небольшой постоянный ток. Структура металл-изолятор-металл-диод достаточно быстра, чтобы открываться и закрываться со скоростью 1 квадриллион раз в секунду.

С точки зрения производительности устройства в настоящее время работают с КПД чуть ниже 1%. Тем не менее, поскольку теория соответствует лабораторным экспериментам, Cola надеется повысить эффективность широкого спектра до 40 процентов (что сопоставимо с 20-процентной эффективностью для кремниевых солнечных элементов). Другие важные преимущества: оптическая ректенна работает при высоких температурах, а массовое производство должно быть недорогим. Технология также может быть настроена на разные частоты, поэтому ректенну можно использовать в качестве детектора или для сбора энергии.

В настоящее время исследователи сосредоточены на снижении контактного сопротивления и выращивании нанотрубок на гибких подложках для приложений, требующих изгиба. Работа была поддержана DARPA, Центром космических и военно-морских боевых систем и Управлением армейских исследований.

Что является источником энергии будущего?

Как вы, вероятно, знаете, существует множество огромных проблем с традиционными ископаемыми видами топлива — углем, нефтью и природным газом — на которые мы полагались, чтобы поддерживать наши общества со времен промышленной революции.

С одной стороны, они на исходе: некоторые аналитики считают, что мы уже достигли пика добычи, и что с этого момента мировая добыча будет более или менее снижаться. И хотя угля и природного газа значительно больше, их ресурсы все еще крайне ограничены, и эксперты уже могут предвидеть «пиковые» уголь и газ. Во-вторых, сжигание ископаемого топлива приводит к выбросам как твердых частиц, так и парниковых газов. Первый душит города по всему миру смогом, а второй способствует климатическому кризису: эти улавливающие тепло побочные продукты ископаемого топлива являются крупнейшим фактором глобального потепления.

Итак, продолжается гонка за замену их источником энергии будущего. Ясно, что это не ископаемое топливо. Но, к сожалению, вряд ли появится какой-либо единственный источник энергии, который окончательно заменит углеводороды. Нет «свободной энергии», нет волшебной пули.

Вместо этого, энергия будущего должна будет вырабатываться из лоскутного одеяла из возобновляемых источников: ветра, солнца, геотермальной энергии, гидроэнергии и, да, ядерной энергии, вероятно, все они будут играть роль в производстве электроэнергии завтрашнего дня.(И да, я говорю об электричестве, потому что двигатель внутреннего сгорания и другие газовые двигатели будут выведены из употребления вместе с ископаемым топливом)

Итак, давайте посмотрим, как может выглядеть энергетический баланс будущего.

Сначала идет солнечная энергия. Солнечная энергия на сегодняшний день является наиболее многообещающей; это сектор, на который все отчаянно надеются, скрещивают пальцы и молятся, чтобы технологии продолжали развиваться самым значительным образом. Почему? Потому что солнечный свет, безусловно, самый распространенный источник энергии на планете.За один час на поверхность Земли в виде солнечного света попадает достаточно энергии, чтобы обеспечить энергией всю современную цивилизацию в течение года.

Из-за этого исследователи работают сверхурочно, чтобы повысить эффективность солнечных панелей, повысить окупаемость инвестиций (EROI) и удешевить их производство. Технология действительно быстро улучшается — закон Мура, который гласит, что в вычислениях «количество транзисторов, которые можно недорого разместить в интегральной схеме, удваивается примерно каждые два года», более или менее применим к траектории. улучшения солнечной энергетики.

Таким образом, солнечная энергия появляется во всем мире, как в больших централизованных массивах, так и в небольших распределенных проектах, таких как панели на крыше и солнечные водонагреватели. Страны, признающие важность солнечной энергии, продвигают ее внутри страны; Германия, например, использовала программу льготных тарифов, которая вознаграждает владельцев солнечных батарей за подключение своих индивидуальных панелей к электросети. К концу 2011 года ожидается установка 5 000 МВт новых проектов. В другом месте массивная солнечная батарея, запланированная для пустыни Сахара, сейчас находится на пути к строительству — к 2050 году она одна сможет удовлетворить 15% всей потребности Европы в электроэнергии.

В ближайшие годы ветроэнергетика будет иметь не меньшее значение. Это, пожалуй, самый распространенный возобновляемый источник энергии (помимо гидроэнергетики), и он так же дешев, как ископаемое топливо на многих рынках по всему миру. Тем не менее, на данный момент он удовлетворяет только 2,5% мирового спроса на электроэнергию. Но это меняется. Ветряные фермы развертываются по всему миру — как известно, в Техасе и на Великих равнинах, прямо здесь, в США, Айова теперь получает 20% энергии от ветряных турбин. А сейчас почти все ветровые проекты находятся на суше.Но настоящая щедрость энергии лежит вдали от берега, где сильнее ветры и меньше ограничений на разработку. Например, аналитики подсчитали, что у прибрежных ветроэнергетических ресурсов достаточно, чтобы обеспечить Европу в семь раз больше энергии.

Гидроэнергия, обычно вырабатываемая плотинами, в которых реки вращают мощные турбины, существовала уже много лет. В настоящее время он обеспечивает около 8,25% мировой энергии и, вероятно, будет продолжать это делать в будущем. И, конечно же, есть и другие появляющиеся возобновляемые технологии, которые могут сыграть значительную роль.Главная из них — геотермальная энергия, которая использует огромное количество тепла, поднимающегося из земной коры. Потенциал этой технологии огромен: исследования, финансируемые Google, показывают, что геотермальные источники энергии могут вырабатывать в 10 раз больше энергии, чем все наши угольные электростанции, работающие в настоящее время вместе взятые. Некоторые предсказывают, что в один прекрасный день геотермальные проекты будут производить до шестой части мировой энергии. Есть и другие: мощность волн, которая в значительной степени соответствует тому, на что это похоже, — это новая технология, но многообещающая.

Наконец, любое обсуждение энергетического будущего мира должно касаться ядерной энергетики. Он удовлетворяет 13-14% потребностей планеты в электроэнергии и, вероятно, останется в поле зрения, несмотря на такие трагедии, как авария на Фукусиме. Поскольку это также политически популярный источник энергии (если не общепризнанный), он может играть значительную роль в производстве безуглеродной энергии по мере того, как мир движется к решению климатического кризиса. Ожидайте, что в будущем будет больше атомных электростанций, но не так много — они, вероятно, будут вытеснены более безопасными, действительно возобновляемыми источниками, поскольку ветряная, солнечная и геотермальная энергия становятся все более и более жизнеспособными.

Итак. Вот каким будет источник энергии будущего: не какое-то одно топливо, не какой-то мифический куб Энергон, а смесь конкурирующих чистых технологий, которые в настоящее время даже не составляют половину нынешнего энергобаланса мира. Другими словами, у нас есть масса хороших вариантов. И ни одно из них не является ископаемым топливом.

Теперь более серьезный вопрос заключается в том, как скоро эти будущие источники энергии достигнут господства.