Нетрадиционные источники энергии сообщение: Нетрадиционные источники энергии

Альтернативные источники энергии: что надо знать

«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 альтернативные 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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6.

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.

Самые необычные альтернативные источники электроэнергии

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

Энергия из морских волн

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

Установка Blue X (Фото: Mocean Energy)

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

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

Энергия из ДНК

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

Структура супрамолекулы (Фото: frontiersin. org)

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

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

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

Респираторы с солнечными батареями

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

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

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

Солнечные паруса

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

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

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

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

«Бесконечная» энергия из воздуха

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

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

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

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

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

Электричество из дерева

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

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

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

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

Жидкое топливо из солнечной энергии

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

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

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

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

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

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

Альтернативные источники энергии: почему они нужны всем

МОСКВА, 19 дек — ПРАЙМ. Использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) человечество стало раньше, чем научилось добывать уголь, нефть и газ. Однако со временем потребление энергии росло — человеку индустриального общества требовалось уже в 100 раз больше энергии, чем в первобытную эпоху. И тогда обеспечить стабильную поставку таких мощностей стало возможным благодаря сжиганию ископаемого топлива. 

Сейчас человечество снова задумалось об использовании альтернативных источников энергии, так как запасы нефти и газа исчерпаемы, а их использование наносит большой вред окружающей среде, но уже на совершенно другом уровне. Ведь перемолоть муку на ветряной мельнице или обеспечить электроэнергией целый город с помощью ветрогенераторов — задачи разного масштаба.  

К основным видам ВИЭ сегодня относят гидроэнергетику, ветроэнергетику, гелиоэнергетику. В некоторых местах можно развивать волновую и геотермальную энергетику.

САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ВИЭ

Гидроэнергетика — самый распространенный способ добычи энергии из неисчерпаемого источника, теоретический потенциал которого оценивается в 30-40 ТВт·ч в год. Для ее работы необходимо построить плотину, разместить турбины, которые будет крутить вода. Явным преимуществом является стабильность выработки энергии и возможность ее контролировать, изменяя скорость потока воды. Среди недостатков — резкое изменение уровня воды в искусственных водохранилищах, нарушение нерестового цикла рыб и снижение количества кислорода в воде, что вредит флоре и фауне водоема.

Хитрости бизнеса. Как офшоры помогают компаниям экономить на налогах

 

Еще один перспективный источник — ветроэнергетика. Для добычи энергии таким способом необходимо установить специальные турбины, которые будет вращать ветер, за счет чего будет вырабатываться электричество. Ветряные турбины легко и дешево обслуживать, они не занимают много места, вращаются на высоте от 100 м, то есть, под ними можно, например, вести сельскохозяйственную деятельность. 

Иногда ветроэлектростанции (ВЭС) строят прямо в море. Такой проект в 2017 году разработали Дания, Нидерланды и Германия. Они собираются к 2050 году соорудить в море остров площадью 6 кв. км и разместить на нем турбины. Планируется, что такая станция сможет вырабатывать до 30 ГВт·ч в год энергии, а в перспективе — до 100 ГВт·ч в год. 

Однако у этого источника дешевой и чистой энергии есть несколько существенных недостатков — нестабильность и зависимость от места размещения. Ветер дует не везде и не всегда. А в местах, где ветер дует часто и с большой силой, как правило, не располагаются населенные пункты. Это повышает расходы на строительство линий электропередач и транспортировку энергии. Поэтому ветроэнергетика хороша именно как дополнительный источник энергии.

Альтернатива ВЭС — солнечные электростанции (СЭС), которые могут работать по нескольким принципам. В одном случае с помощью сфокусированных солнечных лучей нагревают резервуар с водой (температура пара в нем может доходить до 7000С), в другом — используются фотобатареи. Второй тип гораздо проще соорудить, устанавливать фотоэлементы можно практически везде, а стоимость их продолжает снижаться с развитием технологии производства. 

Что такое валютные войны и зачем их ведут

Главными недостатками СЭС является большая зависимость от места расположения, времени суток и сезона. Например, станция не будет вырабатывать энергию ночью, значительно меньше — в зимнее время года. Полностью обеспечить себя электричеством с помощью СЭС могут даже не все африканские страны. Поэтому солнечная энергетика на данном этапе тоже может служить только в качестве вспомогательного источника. 

КАК ИСПОЛЬЗУЮТ ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

В волновой энергетике используются специальные модули, которые качаются на волнах и таким образом приводят в действие специальные поршни. Потенциал этого вида ВИЭ оценивают более чем в 2 ТВт·ч в год. Волновые электростанции защищают берега и набережные от разрушения, уменьшают воздействие на опоры и мосты. При правильной установке они не вредят окружающей среде, к тому же практически незаметны в море.

Среди недостатков — нестабильность (то есть станция вырабатывает меньше энергии во время штиля), шум, незаметность для водного транспорта, из-за чего необходимо дополнительно устанавливать сигнальные элементы. 

В некоторых местах устанавливают геотермальные станции (ГеоТЭС). Общий потенциал геотермальной энергии оценивается в 47 ТВт·ч в год, что соответствует выработке примерно 50 тысяч АЭС, но сейчас технологии позволяют получить доступ только к 2% от него — 840 ГВт·ч в год. Чтобы это сделать, роют две скважины, по одной из них подается вода, которая, нагреваясь от тепла земли, превращается в пар. Затем пар по трубе направляется в турбины. На разных этапах происходит его очистка от примесей. 

Главное преимущество геотермальной энергетики — стабильность, которую не могут обеспечить многие ВИЭ, и компактность, что удобно для районов со сложным рельефом. С другой стороны, вода, которая проходит через скважины, несет большое количество тяжелых металлов и других вредных веществ. При неправильной эксплуатации станции или при возникновении чрезвычайной ситуации, попадание в атмосферу и в почву этих веществ, может привести к экологической катастрофе локального масштаба. 

Кроме того, стоимость энергии ГеоТЭС выше, чем у ВЭС и СЭС, а мощность довольно невысокая.

Основная проблема практически всех перечисленных выше источников заключается в их нестабильности. Современные аккумуляторы не позволяют накапливать такое количество энергии, чтобы без потерь мощности использовать ее в ночное время или во время штиля. Один из вариантов — во время пиковых нагрузок поднимать воду в верхнюю часть водохранилища и потом во время затишья использовать ее для выработки энергии на ГЭС. 

Зарабатываем и делимся: популярно о дивидендах

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ В РОССИИ И В МИРЕ

На данный момент использование ВИЭ активно развивается в Европе, где страны вынуждены закупать топливо для работы традиционных электростанций. Но, по мнению некоторых экспертов, в развитии альтернативной энергетики заинтересованы и государства, чья экономика зависит от экспорта нефти и газа. Ведь если в некоторых регионах использовать ВИЭ вместо газа, это топливное сырье можно будет отправить на экспорт. 

Тем не менее, в России этот сектор энергетики развивается очень медленно. По данным аналитической компании Enerdata, в Норвегии около 97% электроэнергии добывается из альтернативных источников с учетом гидроэнергетики, около 80% — в Новой Зеландии и Бразилии. В Европе 30-40% энергии ВИЭ вырабатывается в Германии, Италии, Испании и Великобритании. В России этот показатель составляет всего 17,2%, из них доля СЭС и ВЭС — менее 1%.

Нетрадиционная энергетика в России. Геотермальная энергия. Ветроэнергетика. Микро-ГЭС



Нетрадиционная энергетика в РФ. Возобновляемые источники энергии. Геотермальная энергия. Ветроэнергетика. Солнечная энергетика. Микро-ГЭС.

Дефицит природных источников энергии побуждает ученых всех стран задуматься о поисках альтернативных видов энергии. К таким относятся нетрадиционные возобновляемые источники энергии – установки и устройства, использующие энергию ветра, солнца, биомасс, геотермальную энергию, а также тепловые насосы, использующие низкопотенциальное тепло, содержащееся в приземных слоях воздуха, воды, верхних слоях Земли и промышленных выбросах.

Различают три понятия потенциала нетрадиционных возобновляемых источников энергии: валовый, технический и экономический.

• Валовый (теоретический) потенциал НВИЭ – это суммарная энергия, заключенная в данном виде ресурса.
• Технический потенциал – это величина энергии, получаемая из данного вида энергоресурсов при существующем уровне развития науки и техники. Технический потенциал будет постоянно увеличиваться по мере совершенствования технологий.
• Экономический потенциал – это величина энергии, получение которой из данного вида ресурса экономически целесообразно.

В настоящее время в России уже функционирует ряд электроустановок нетрадиционной энергетики: Паужетская Гео ТЭС (мощностью 11 МВт), Кислогубская приливная станция (400 кВт), до 1500 ветроустановок (мощностью от 0,1 до 16 кВт), фотоэлектрические установки (общей мощностью до 100 кВт). Ресурсы нетрадиционных возобновляемых источников энергии Россия, млн. т.у.т. в год.

На сегодняшний день в нетрадиционной электроэнергетике действует:

• около 3000 тепловых насосов единичной мощностью от 10 кВт до 8 МВт;
• установки солнечного теплоснабжения общей площадью солнечных коллекторов до 100 тыс. кв. м;
• около 20 биоэнергетических установок по переработке отходов животноводства в биогаз;
• геотермальное теплоснабжение в Дагестане, Ставропольском и Краснодарском краях в объеме 3 млн. Гкал в год;
• четыре станции по переработке городских сточных вод с выработкой биогаза;
• несколько мусоросжигающих заводов, вырабатывающих около тыс. Гкал в год.

Нетрадиционная энергетика в России может эффективно использоваться для энергоснабжения потребителей, прежде всего в районах, не охваченных централизованным энергоснабжением. К этим зонам относятся обширные территории России, в которых проживает около 20 млн. чел., а также отдаленные районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока и сельские районы в центральной части страны (Архангельская, Вологодская, Кировская, Ярославская и некоторые другие области).

Кроме того, важное значение нетрадиционная энергетика может иметь как фактор, снижающий негативное воздействие объектов большой энергетики на окружающую среду. Значительно уменьшить загрязнение атмосферы, почв и водной среды можно в результате перехода от сжигания низкосортного угольного топлива в мелких котельных к использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии. По предварительным оценкам объем замещения органического топлива может составить 9 и 25 млн. тонн условного топлива в год соответственно в 2000 и 2010 гг. Такие показатели можно считать положительными, однако потенциал нашей индустрии позволяет более эффективно развивать эту отрасль.

Несмотря на то, что производство электрической и тепловой энергии на основе нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в российской электроэнергетике невелико, заинтересованность, однако, в создании новых энергоустановок нетрадиционной энергетики, как и во всем мире, непрерывно растет. В настоящее время эксплуатируются и строятся электрогенерирующие установки на возобновляемых источниках энергии региональными энергокомпаниями Камчатскэнерго, Ставропольэнерго, Комиэнерго, Дагэнерго, Калмэнерго, Каббалкэнерго, Кубаньэнерго, Колэнерго, Янтарьэнерго. Проектируются нетрадиционные электростанции в АО «Магаданэнерго», «Дальэнерго», «Ленэнерго», «Карелэнерго», «Сахалинэнерго».

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — один из важнейших нетрадиционных возобновляемых источников энергии, который уже сегодня становится конкурентоспособным на мировом рынке энергии. Мощность действующих ГеоТЭС в мире насчитывает около 6 тыс. МВт, более 2 тыс. строится и более 11 тыс. — намечается построить.

К настоящему времени в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. куб. м/сутки. По 20 месторождениям ведется промышленная эксплуатация. Среди них можно отметить: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкессия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край). В России с 1967 г. работает Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт.

Запасы парогидротерм в России, пригодные для использования в электроэнергетике, в основном сосредоточены на Камчатке и Курильских островах. Потенциальная их мощность оценивается в 1000 МВт, ее достаточно для удовлетворения полной потребности этих регионов в электроэнергии. Кроме того, отсепарированная на скважинах вода (конденсат) может направляться для нужд теплоснабжения.

В настоящее время на Камчатке ведется строительство Верхне-Мутновской геотермальной электростанции мощностью 12 МВт. Полную мощность электростанции предусматривается в дальнейшем довести до 200 МВт. В 1998 году Европейский банк реконструкции и развития выделил кредит на строительство 1-й очереди станции в размере 100 млн долларов США.

Утверждено ТЭО Океанской ГеоТЭС на о. Итуруп мощностью 30 МВт, но, несмотря на сложность энергоснабжения острова, строительство ее не ведется из-за отсутствия финансовых средств. По этой же причине прекращено в 1997 г. строительство ГеоТЭС мощностью 3 МВт на Каясулинском месторождении (Ставропольский край).

В 1998 г. АО НПО «Нетрадиционная электроэнергетика» совместно АО «Калужский турбинный завод» и АО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского» закончено изготовление опытно-промышленного образца турбины полного потока и начаты его испытания.

Важным вопросом, связанным с освоением геотермальных ресурсов, является освоение ресурсов низкопотенциальных вод, особенно в Центральных районах России, лишенных собственных топливно-энергетических ресурсов, а также использование водоносных горизонтов в качестве подземных теплоаккумуляторов.

Ветроэнергетика

За последние несколько лет ветроэнергетика стала одним из важных направлений в освоении возобновляемых источников энергии. В настоящее время в мире установлено ветроагрегатов общей мощностью около 6000 МВт, в США — 2500 МВт. Осуществляются широкие программы строительства ВЭС в Дании, Германии, Голландии и Японии. Главнейшей задачей в ветроэнергетике является создание надежного и эффективного энергооборудования для ВЭС.

В России ведется освоение головных ветроустановок (ВЭУ) единичной мощностью 250 и 1000 кВт. Первая из 22 ВЭУ Калмыцкой ВЭС мощностью по 1000 кВт — Радуга-1 — введена в работу в октябре 1995 г. Закончено изготовление и начат монтаж второй ВЭУ. В ноябре 1998 года итоги освоения установок «Радуга-1» рассмотрены на НТС РАО «ЕЭС России». Предприятия-изготовители ВЭУ (АО «Тушенский машиностроительный завод» АО «Электросила», и АО «Атоммаш») в случае решения финансовых вопросов могут в 1999 году поставить на площадку оборудование еще для 1-2 установок 1-й очереди Калмыцкой ВЭС в составе 9 установок общей мощностью 9000 кВт.

На Воркутинской ВЭС с 1996 г. находятся в эксплуатации 6 ветроагрегатов мощностью по 200 и 250 кВт, однако монтаж остальных 4 установок, предусмотренных проектом ВЭС не ведется по тем же причинам. Из-за отсутствия инвестиционных средств не осуществляется строительство еще ряда ветроэлектростанций, по которым уже утверждено ТЭО. Это — Приморская ВЭС мощностью 30 МВт (Дальэнерго), Магаданская ВЭС мощностью 50 МВт и Морская ВЭС мощностью 30 МВт (Карелэнерго).

В 1998 году в России введен в эксплуатацию ветряк (ветрогенератор) мощностью 600 кВт фирмы Wind World и АО «Янтарьэнерго» (совместный российско-датский проект), решается вопрос о строительстве ВЭС мощностью 5 МВт.

Солнечная энергетика

В области солнечной энергетики все работы, проводившиеся в прежние годы в электроэнергетике, практически прекращены. Строительство Кисловодской СЭС мощностью 1,5 МВт, цель которой — отработать технологии и заменить 3 городские котельные, не соответствующие экологическим требованиям города-курорта, прекращено в 1994 году из-за отсутствия средств.

Микро-ГЭС

Важнейшим направлением нетрадиционной энергетики является использование энергии малых водных потоков для сооружения малых и микро-ГЭС. В настоящее время в России работает около 300 малых ГЭС суммарной мощностью около 1000 МВт, однако гидропотенциал малых водных потоков России практически не используется (используется лишь 1% потенциальной мощности). В отрасли имеется программа развития малой гидроэнергетики до 2010 года, согласно которой намечалось ввести 800 МВт мощности.

Сложившаяся 60-80-х годах тенденция в строительстве ГЭС ориентировалась на сооружение станций большой мощности. За этот период в стране количество малых ГЭС сократилось в десятки раз. Утраченное было производство гидроагрегатов малой мощности снова начинает возрождаться. К настоящему времени освоен выпуск большого числа гидроагрегатов на малые и средние напоры мощностью в десятки и сотни кВт. Однако на сегодня не освоено производство малых гидроагрегатов, рассчитанных на работу с малым (2-5 м) напором и большим потоком воды, что как нельзя лучше соответствовало бы условиям большинства рек Центральной России и других регионов.

В настоящее время проектирование и строительство малых ГЭС ведется на Северном Кавказе (ГЭС «Голубые озера», ГЭС-3 на канале Баксан-Малка, Усть-Джегутинская МГЭС, Гергебельская МГЭС), Урале (МГЭС в совхозе «Татауровский»), Сибири (МГЭС на реке Тоора-Хем), Дальнем Востоке (МГЭС на р. Быстрой, каскад Толмачевских МГЭС), Калининградской (Правдинская ГЭС) и Кировской областях.



Раздел 1. Общие сведения о возобновляемых нетрадиционных источниках энергии

Раздел 1. Общие сведения о возобновляемых нетрадиционных источниках энергии

Одним из приоритетных направлений развития энергетики в ХХI в. является широкое использование возобновляемых источников энергии, имеющих огромные ресурсы, что позво7 лит снизить отрицательное влияние энергетики на окружающую среду, повысить энерге7 тическую и экологическую безопасность.

К традиционным источникам энергии относятся: невозобновляемые, включающие уголь, природный газ, нефть, уран; возобновляемые, включающие гидроэнергетику, древесину в виде дров.

 

Современная энергетика в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии, которые, имея ограниченные запасы, являются исчерпаемыми и не могут гарантировать устойчивое развитие мировой энергетики на длительную перспективу, а их использование – один из главных факторов, приводящий к глобальному ухудшению состояния окружающей среды и ее кризисному состоянию.

К нетрадиционным (альтернативным) относятся возобновляемые источники энергии (ВИЭ), которые используют потоки энергии Солнца, энергию ветра, теплоты Земли, биомассы, морей и океанов, рек, существующие постоянно или периодически в окружающей среде и в обозримой перспективе соответственно практически неисчерпаемые. Все ВИЭ разделяются на две группы, использующие прямую энергию солнечного излучения и ее вторичные проявления (косвенная солнечная энергия), а также энергию взаимодействия Солнца, Луны и Земли.

Результатом косвенной деятельности Солнца являются соответствующие эффекты в атмосфере, гидросфере и геосфере в виде энергии ветра, гидроэнергии, энергии течений, волн, приливной энергии, тепловой энергии окружающей среды и др. (рис. 1.1).

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относится малая гидроэнергетика с ГЭС мощностью до 30 МВт, а в ряде стран до 10 МВт.

Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками являются:

• практически неисчерпаемые ресурсы;
• снижение отрицательного влияния на окружающую среду, включая выбросы различных загрязняющих веществ, парниковых газов, радиоактивное и тепловое загрязнение и др.

Основными факторами, ограничивающими использование нетрадиционных ВИЭ, являются:

• малая плотность энергетического потока, которая составляет, например, для солнечной энергии на поверхности земли 1,36·10^-3 МВт/м2, ветровой при скорости ветра 10 м/с – 6·10^-4 МВт/м2, геотермальной – 3·10^-8 МВт/м2, в то время как для энергии АЭС – 0,2 МВт/м2 ;
• значительная неравномерность выработки энергии во времени и ее использования;
• относительно высокие капиталоемкость энергетических установок и стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Необходимость широкого использования ВИЭ определяется быстрым ростом потребности в электрической энергии, которая по прогнозам должна увеличиться по сравнению с 2000 г. в 2 раза к 2030 г. и в 4 раза к 2050 г.; исчерпанием в обозримом будущем разведанных запасов органического топлива; кризисным состоянием окружающей среды в связи с загрязнением оксидами азота и серы, углекислым газом, пылеподобными частицами от сгорания топлива, радиоактивным и тепловым загрязнением и др.

Возобновляемые источники энергии имеют принципиальные отличия, поэтому их эффективное использование является возможным на основе научно разработанных принципов превращения энергии ВИЭ в виды, необходимые потребителям. В окружающей среде всегда существуют потоки возобновляемой энергии, поэтому в процессе развития возобновляемой энергетики необходимо ориентироваться на местные энергоресурсы, выбирая наиболее эффективные из них. Использование ВИЭ должно быть многовариантным и комплексным, что позволит ускорить экономическое развитие регионов. Например, хорошей базой для использования ВИЭ могут служить агропромышленные комплексы, где отходы животноводства и растениеводства являются сырьем для получения биогаза, а также жидкого и твердого топлива, производства удобрений.

 

Таблица 1.1 Энергетический потенциал возобновляемых источников энергии

Возобновляемые энергоресурсы	Показатели, млрд. т у.т./год
	Технический	Экономический
Лучевая энергия Солнца	5	1
Тепловая энергия морей и океанов	1	0,1
Энергия ветра	5	1
Гидроэнергия, в том числе:
энергия водотоков*	4,5	2,6
энергия волн	0,05	0. 01
энергия приливов	0,7	–
Энергия биомассы (за исключением дров)	2,55	2,0
Геотермальная энергия	0,4	0,2

* Гидроэнергоресурсы водотоков даны для большой и малой гидроэнергетики.

Для эффективного планирования энергетики на возобновляемых энергоресурсах необходимо: во-первых, систематическое исследование окружающей среды, аналогичное исследованиям геологического характера при поисках нефти или газа, вовторых, изучение потребностей конкретного региона в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства и бытовых потребностей. В частности, чтобы выбрать наиболее экономичный источник энергии, необходимо знать структуру потребителей энергии.

Одной из важнейших характеристик возобновляемых источников энергии является их энергетический потенциал – показатель, определяющий количество энергии, свойственное соответствующему виду ВИЭ.

Для оценки энергетических ресурсов возобновляемых источников энергии, возможных для использования, различают следующие виды энергетического потенциала ВИЭ:

• теоретический, характеризующий общее количество энергии;
• технический – часть теоретического потенциала, которую принципиально можно использовать при помощи современных устройств;
• экономически эффективный – часть технического потенциала, которую в настоящее время целесообразно использовать, исходя из экономических, социальных, экологических и других факторов.

Ориентировочные показатели энергетических ресурсов ВИЭ в мире показаны в табл. 1.1.

Энергетика — Что такое Энергетика?

Энергетика — это область хозяйственно-экономической деятельности, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование и распределение различных видов энергии.

Целью энергетики является обеспечение производства энергии путем преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую, энергию.
При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

• получение и концентрация энергетических ресурсов;
• передача ресурсов к энергетическим установкам;
• преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную;
• передача вторичной энергии потребителям.

Суммарное потребление первичной энергии в мире составляет (по состоянию на 1.1.2017):

• нефть — 31,5%,
• уголь — 28%,
• природный горючий газ — 22%,
• биотопливо — 10%,
• АЭС — 5,5%,
• гидроэнергия — 2%,
• прочие источники энергии — 1%.

Топливно-энергетические ресурсы – важнейший фактор мировой политики и успешного развития мировой экономики.
Мировое потребление первичных энергоресурсов оценивается примерно в 10 млрд т нефтяного эквивалента в год.

Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданной энергетической системы (энергосистемы), которая представляет собой совокупность всех звеньев цепочки получения, преобразования, распределения и использования всех видов энергии, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии, т. е. источников энергоресурсов, электростанций, котлов, турбин, генераторов, бойлеров, линий электропередачи, трансформаторов и потребителей электрической энергии.
Ключевыми показателями деятельности энергосистемы являются установленная мощность электростанций (сумма паспортных мощностей всех генераторов электростанции, которая может меняться в процессе реконструкции действующих генераторов или установки нового оборудования), выработка электроэнергии (как правило, их единичная электрическая мощность бывает от 500 до 1000 и более МВт) и потребление электроэнергии.

Типы энергетики

Энергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную энергетику.

Традиционная энергетика

Традиционная энергетика в начале 21 в. – основной поставщик электроэнергии в мире.
Ее получают на электростанциях (ТЭС, АЭС, ГЭС).

Нетрадиционная энергетика

А к нетрадиционной энергетике относятся возобновляемые источники энергии, включающие преобразование энергии солнечной радиации, внутренней теплоты Земли, энергии ветра, приливов; мини-ГЭС и микроГЭС; технологии получения биотоплива; магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), а также нетрадиционные технологии использования традиционных невозобновляемых источников энергии (топлив) – производство синтетического жидкого топлива, водоугольного топлива, технологии по переработке вторичных твердых бытовых отходов, новые энергетические установки или преобразователи (в т. ч. с прямым преобразованием) разных видов энергии в электрическую и тепловую, управляемый термоядерный синтез и др.

Альтернативные источники энергии: альтернативы нет — Энергетика и промышленность России — № 7 (11) июль 2001 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (11) июль 2001 года

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.

Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

* Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.

* Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;

* Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную — постоянно растут;

* Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, — всё это увеличивает социальную напряженность.

* Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

Источники энергии

Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет >200 млрд. кВт/ч в год, (эквивалентно 36 млрд. т усл. топлива). В России сегодня общее потребление топлива составляет около 5 % мирового энергобаланса.

Геологические запасы органического топлива в мире более 80 % приходится на долю угля, который становится все менее популярным. А известные запасы топливных ресурсов к 2100 г. будут исчерпаны. По данным экспертов, в начале XXI в. добыча нефти и природного газа начнет сокращаться: их доля в топливно-энергетическом балансе снизится к 2020 г. с 66,6 % до 20 %. На долю гидроэнергетики приходится всего 1,5 % общего производства энергии в мире, и она может играть только вспомогательную роль. Таким образом, ни органическое топливо, ни гидроэнергия не могут решить проблемы энергетики в перспективе.

Что касается ядерной энергии, все известные запасы урана, пригодного для реакторов, действующих на тепловых нейтронах, будут исчерпаны в первом десятилетии XXI в. Создание и эксплуатация АЭС на реакторах-размножителях значительно дороже и не менее безопасны, чем на тепловых нейтронах. От населения до сих пор скрывают не только реальную опасность атомной энергетики, но и ее реальную стоимость. Учитывая все затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл. Затраты на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности составят 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность аварий: по прогнозам МАГАТЭ, из-за увеличения количества реакторов в 2000 г. вероятность крупной аварии повысится до одной в 10 лет. В районах расположения АЭС, уранодобывающих и производящих предприятий постоянно растет уровень заболеваемости, особенно детской. АЭС служит одним из основных «нагревателей» атмосферы: в процессе деления 1 кг урана выделяется 18,8 млрд. ккал. Таким образом, тезис о безопасности и дешевизне атомной энергии — пустой и опасный миф, а атомная энергетика по причине огромной потенциальной опасности и низкой рентабельности не имеет долгосрочной перспективы.

Что касается электростанций на основе термоядерного синтеза, то, по оценкам специалистов, в ближайшие 50 лет они вряд ли будут технологически освоены, а пагубное тепловое влияние на климат планеты будет не меньшим, чем от ТЭС и АЭС.

К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонасосные установки и другие преобразователи энергии.

Но только возобновляемые источники энергии, могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе.

Солнечная энергия

Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в, 6,7 раза больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Севере технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива.

Ветровая энергия

В России валовой потенциал ветровой энергии — 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе — 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т усл. топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива.

Таким образом, потенциала солнечной радиации и ветровой энергии в принципе достаточно для нужд энергопотребления как страны, так и регионов. К недостаткам этих видов энергии можно отнести нестабильность, цикличность и неравномерность распределения по территории; поэтому использование солнечной и ветровой энергии требует, как правило, аккумулирования тепловой, электрической или химической. Однако возможно создание комплекса электростанций, которые отдавали бы энергию непосредственно в единую энергетическую систему, что дало бы огромные резервы для непрерывного энергопотребления.

Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии.

Таким образом, альтернативные возобновляемые источники энергии позволяют долгосрочно обеспечить всю страну.

Состояние АПЭ в мире

По прогнозу Мирового энергетического конгресса. в 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США — это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФАП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии — 8 млн. м2. В США и в Японии работает более 5 млн. тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок суммарной мощностью 70000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения.

Состояние АПЭ в России

В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году — 0,14%, на 2005 год планируется около 0,5-0,6% энергобаланса страны (т.е. приблизительно в 30 раз меньше, чем в США, а если учесть соотношение энергобалансов, то у нас «запланировано» отставание примерно в 150 раз). Всего в России 1 ГеоТЭС (Паужекская, 11 мВт), и то технологически крайне неудачная, 1 приливная ЭС (Кислогубская, 400 кВт), 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт), 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт), 300 малых ГЭС (2 млрд. 2, 3000 тепловых насосов (от 10 кВт до 8 мВт).

Итак, по всем видам АПЭ Россия находится на одном из последних мест в мире. В нашей стране отсутствует правовая база для внедрения АПЭ, нет никаких стимулов для развития этого направления. В стране отсутствует отрасль, объединяющая все разрозненные разработки в единый стратегический замысел. В концепции Минтопэнерго АПЭ отводится третьестепенная, вспомогательная роль. В концепциях РАН РФ, ведущих институтов, отраженных в программе «Экологически чистая энергетика» (1993 г.), практически отсутствует стратегия полномасштабного перехода к альтернативной энергетике и по-прежнему делается ставка на малую, автономную энергетику, причем в весьма отдаленном будущем. Что, конечно, скажется на экономическом отставании страны, а также на экологической обстановке как в стране, так и в мире в целом.

Источники энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Большая часть нашей энергии невозобновляема

В США и многих других странах большинство источников энергии для выполнения работы являются невозобновляемыми источниками энергии:

Эти источники энергии называются невозобновляемыми, потому что их запасы ограничены количеством, которое мы можем добыть или извлечь из земли. Уголь, природный газ и нефть образовались за тысячи лет из захороненных останков древних морских растений и животных, живших миллионы лет назад.Вот почему мы также называем эти источники энергии ископаемым топливом .

Большая часть нефтепродуктов, потребляемых в США, производится из сырой нефти, но жидкие углеводороды также могут производиться из природного газа и угля.

Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для получения тепла и, в конечном итоге, электричества. Ученые считают, что уран был создан миллиарды лет назад, когда формировались звезды.Уран встречается повсюду в земной коре, но большую его часть слишком сложно или слишком дорого добывать и перерабатывать в топливо для атомных электростанций.

Существует пять основных возобновляемых источников энергии

Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:

Их называют возобновляемыми источниками энергии, потому что они пополняются естественным путем. День за днем ​​светит солнце, растут растения, дует ветер и текут реки.

Возобновляемая энергия была основным источником энергии на протяжении большей части истории человечества

На протяжении большей части истории человечества растительная биомасса была основным источником энергии, которую сжигали для получения тепла и корма для животных, используемых для транспортировки и вспашки.Невозобновляемые источники начали заменять большую часть возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах в начале 1800-х годов, а к началу 1900-х годов ископаемое топливо стало основным источником энергии. Использование биомассы для отопления домов оставалось источником энергии, но в основном в сельской местности и для дополнительного тепла в городских районах. В середине 1980-х использование биомассы и других форм возобновляемой энергии начало расти в основном из-за стимулов к их использованию, особенно для производства электроэнергии. Многие страны работают над увеличением использования возобновляемых источников энергии, чтобы уменьшить или избежать выбросов углекислого газа.

Узнайте больше об истории использования энергии в США и графиках источников энергии.

На приведенной ниже диаграмме показаны источники энергии в США, их основное использование и их процентная доля в общем потреблении энергии в США в 2020 году.

Скачать изображение Потребление энергии в США по источникам, 2020 г. потребление энергии по источникам, 2020 г.биомассавозобновляемая энергиятепло, электричество, транспорт4,9%гидроэнергетикавозобновляемаяэлектроэнергия2,8%ветервозобновляемаяэлектроэнергия3.2%солнечное возобновляемое отопление, электричество1,3%геотермальное возобновляемое отопление, электричество0,2%нефтьневозобновляемаятранспорт, производство, электричество34,7%природный газневозобновляемое отопление, производство, электричество, транспорт33,9%угольневозобновляемая электроэнергия, производство9,9%ядерная (из урана)невозобновляемая электроэнергия8,9%небольшой сумма источников, не включенных выше, представляет собой чистый импорт электроэнергии и угольного кокса. Сумма отдельных процентов может не равняться 100% из-за независимого округления. Источник: U.S. Управление энергетической информации, Ежемесячный обзор энергетики, таблица 1.3, апрель 2021 г., предварительные данные

Последнее обновление: 7 мая 2021 г.

Возобновляемые источники энергии побеждают нефть и газ в посткоронавирусном мире: Рассел

ЛОНССТОН, Австралия (Рейтер) — Представьте, что вы проснулись однажды утром со смертельно опасной тигровой змеей в своей постели. Что еще хуже, из окна вы замечаете приближающийся лесной пожар.

И то, и другое представляет угрозу для вашей жизни, но сначала вам предстоит разобраться с неминуемой опасностью змеи, а затем заняться более отдаленным, но все же серьезным огнем.То же самое с новым коронавирусом и изменением климата.

После быстрого распространения коронавируса за пределы его происхождения в Китае и социальных и экономических потрясений, которые он сеет по всему миру, может показаться, что изменение климата выпало из поля зрения.

Конечно, комментаторы правого политического спектра и те, кто отрицает изменение климата, иногда прибегали к чему-то вроде ликования, указывая на то, как коронавирус отодвинул изменение климата на задний план текущих проблем.

Но это игнорирует тот факт, что в какой-то момент мир будет сдерживать пандемию, и изменение климата снова станет движущей силой в дебатах о будущем энергетики.

Коронавирус также, вероятно, изменит динамику рынка различных видов энергии, в основном в пользу возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, солнца и воды.

Вспышка уже привела к радикальным изменениям двумя разными способами. Во-первых, нефтегазовая промышленность была потрясена до основания, а во-вторых, стоимость капитала находится на рекордно низком уровне, и на поиск жилья будут потрачены миллиарды долларов на стимулы.

Возьмите нефтегазовую промышленность. В то время как средства массовой информации и аналитики, как правило, сосредотачиваются на непосредственной проблеме массового избытка предложения на фоне шока спроса из-за того, что большая часть мировой экономики впадает в некую форму спячки, долгосрочная картина также изменилась.

Нефтегазовая отрасль пострадала из-за 53-процентного падения фьючерсов на нефть марки Brent с максимума в январе до примерно 34 долларов за баррель во вторник, а также из-за падения спотовой цены на сжиженный природный газ (СПГ) в Азии на 66 %. от предзимнего пика в октябре прошлого года до рекордно низкого уровня в 2 доллара на прошлой неделе.80 на миллион британских тепловых единиц (мм БТЕ).

Хотя вполне вероятно, что цены на нефть и СПГ восстановятся в ближайшие месяцы и годы по мере возобновления роста спроса, вполне вероятно, что траектория будет и ниже.

Предыдущий опыт обвалов цен показывает, что для полного восстановления требуется несколько лет, главным образом потому, что спрос должен восстановиться, или предложение должно скорректироваться ниже, чтобы достичь сбалансированного рынка.

Для сырой нефти и СПГ это означает, что большая часть инвестиций, которые были запланированы до того, как разразился коронавирус, будет отложена или даже отменена.

До 210 миллиардов долларов запланированных инвестиций в нефть и газ в настоящее время находятся под угрозой из-за коронавируса, заявили консультанты Wood Mackenzie в исследовательской записке от 2 апреля.

«Инвестиции в размере 110 миллиардов долларов почти наверняка будут отложены, а еще 100 миллиардов долларов находятся под угрозой», — сказал Роб Моррис из исследовательской группы Wood Mackenzie. «Новые выделенные инвестиции могут составить всего 22 миллиарда долларов, если будут развиваться только самые выгодные проекты».

Массовое сокращение расходов на нефть и газ в конечном счете поможет восстановить цены на нефть и СПГ, поскольку предложение сокращается в долгосрочной перспективе, но также открывает редкую возможность для возобновляемых источников энергии захватить большую долю рынка.

ADVANTAGE RENEWABLES

Самые большие расходы на ветряные, солнечные и аккумуляторные проекты коммунального масштаба связаны с авансовым капиталом, учитывая, что после запуска этих проектов эксплуатационные расходы, как правило, минимальны.

Поскольку центральные банки наводняют систему дешевой наличностью, а правительства, вероятно, захотят реализовать проекты стимулирования экономики после снятия ограничений, связанных с коронавирусом, возобновляемые источники энергии должны иметь возможность получать все большую долю этих инвестиций.

В западных странах возобновляемые источники энергии пользуются популярностью у большей части населения, в то время как электростанции, работающие на ископаемом топливе, такие как уголь и природный газ, в значительной степени проиграли битву за связи с общественностью и рассматриваются как часть проблемы выбросов углерода.

В развивающихся странах, таких как Индия, Вьетнам и другие страны Азии и Африки, возобновляемые источники энергии, вероятно, будут значительно дешевле и быстрее строить и подключать к электрическим сетям, чем традиционные электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Существует контраргумент, что дешевый СПГ будет стимулировать спрос на новые газовые электростанции, но это будет иметь место только в том случае, если разработчики проекта и финансисты будут полагать, что текущая низкая цена СПГ будет преобладать в течение 40 лет жизни типичная силовая установка.

Однако они могут быть уверены, что низкая стоимость финансирования может быть зафиксирована на весь срок реализации проекта по возобновляемым источникам энергии, что обеспечивает большую уверенность.

В целом, коронавирус, вероятно, изменит энергетический ландшафт еще долго после того, как первоначальный кризис минует. В условиях ослабления нефти и газа настал момент для использования возобновляемых источников энергии.

(Мнения, высказанные здесь, принадлежат автору, обозревателю Reuters.)

Под редакцией Ричарда Пуллина

EROI различных видов топлива и последствий для общества

https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.05.049Получить права и контент

Основные моменты

•

В исследованных странах EROI для нефти и газа снизился за последние десятилетия.

•

Более низкий EROI для нефти может быть замаскирован природным газом, добываемым/используемым при добыче нефти.

•

Тенденция EROI для американского угля неоднозначна; EROI для китайского угля снижается.

•

Возобновляемые источники энергии не обладают желательными характеристиками ископаемого топлива, в том числе зачастую более высоким EROI, но создают меньше загрязняющих веществ.

•

Снижение EROI основных видов топлива оказывает большое влияние на экономику.

Abstract

Все формы экономического производства и обмена предполагают прямое использование энергии и преобразование материалов. До недавнего времени дешевая и, казалось бы, безграничная ископаемая энергия позволяла большей части общества игнорировать важность вклада биофизического мира в экономический процесс, а также потенциальные ограничения роста.Эта статья посвящена оценке затрат на энергию в современном обществе и их связи с ВВП. Важнейшее внимание мы уделяем характеристикам наших основных источников энергии, включая окупаемость инвестиций в энергию каждого вида топлива (EROI). EROI наших наиболее важных видов топлива снижается, и большинство возобновляемых и нетрадиционных источников энергии имеют значительно более низкие значения EROI, чем традиционные традиционные ископаемые виды топлива. На социальном уровне снижение EROI означает, что все большая часть производства энергии и экономической активности должна направляться на получение энергии, необходимой для функционирования экономики, оставляя меньше свободных средств для «второстепенных» покупок, которые часто стимулируют рост.Снижение EROI традиционных источников энергии из ископаемого топлива и его влияние на мировую экономику, вероятно, приведут к множеству последствий, большинство из которых не будут восприниматься как хорошие.

Ключевые слова

Энергия

EROI

Пределы роста

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Copyright © 2013 The Authors. Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Почему так трудно отказаться от ископаемого топлива?

Сегодня мы понимаем, что использование человечеством ископаемого топлива наносит серьезный ущерб окружающей среде.Ископаемые виды топлива вызывают локальное загрязнение там, где они производятся и используются, а их постоянное использование наносит долговременный вред климату всей нашей планеты. Тем не менее, осмысленно изменить наш образ жизни было очень трудно.

Но внезапно пандемия COVID-19 практически остановила торговлю, поездки и потребительские расходы. В связи с тем, что миллиарды людей в последнее время вынуждены оставаться дома, а экономическая активность во всем мире резко упала, спрос на нефть и цена на нее упали еще больше и быстрее, чем когда-либо прежде.Излишне говорить, что нефтяные рынки находятся в смятении, и производители во всем мире страдают.

Комбинация показывает военный мемориал «Ворота Индии» 17 октября 2019 года и после того, как уровень загрязнения воздуха начал снижаться во время 21-дневной общенациональной блокировки, чтобы замедлить распространение коронавирусной болезни (COVID-19), в Нью-Дели, Индия, 8 апреля. 2020. REUTERS/Анушри Фаднавис/Аднан Абиди

Представление о том, что пандемия может в конечном итоге помочь спасти планету, не учитывает важные моменты. Прежде всего, нанесение ущерба мировой экономике — это не способ борьбы с изменением климата. А с точки зрения нефти, что придет ему на смену? Мы не нашли хорошей замены нефти с точки зрения ее доступности и пригодности для использования. Хотя запасы ограничены, нефти много, и технология ее добычи продолжает совершенствоваться, что делает ее производство и использование еще более экономичным. То же самое в значительной степени относится и к природному газу.

Изменение климата реально, и мы ясно видим его последствия: в 2019 году во всем мире произошло 15 экстремальных погодных явлений, усугубленных изменением климата, каждое из которых причинило ущерб более чем на 1 миллиард долларов.Каждое из этих событий нанесло ущерб более чем на 10 миллиардов долларов. Крупномасштабное использование ископаемого топлива возглавляет список факторов, способствующих изменению климата. Но оказалось, что концентрированную энергию, которую они обеспечивают, трудно заменить. Почему?

Репортер задал мне тот самый вопрос после вопросов и ответов для прессы, которые я дал на конференции несколько лет назад. «Мы знаем, что нефть способствует изменению климата и другим экологическим проблемам — почему мы до сих пор ее используем? Почему бы нам просто не уйти уже?» — спросил он меня.

До этого момента я недостаточно задумывался о том, как мой опыт и образование дают мне более четкое, чем у многих, представление о перспективах и проблемах перехода к более чистой энергетической системе. Я получил широкий взгляд на энергетическую отрасль по мере того, как я продвигался по своей карьере, работая в правительстве и в консалтинге — как для клиентов из нефтегазовой отрасли, так и для экологически чистой энергетики — а затем перейдя в мир аналитических центров.

ископаемое топливо

Образуется в результате разложения древней растительной и животной материи в течение миллионов лет.Уголь, нефть и природный газ относятся к ископаемому топливу.

Чтобы справиться с проблемой изменения климата, мы должны начать с понимания системы ископаемого топлива, а именно того, как производится и используется энергия. Хотя компании, занимающиеся ископаемым топливом, политически влиятельны в Соединенных Штатах и ​​во всем мире, их мастерство лоббирования не является основной причиной того, что их виды топлива доминируют в глобальной энергетической системе. Точно так же переход на полностью возобновляемую энергетическую систему — непростая задача. Но политика обвинения популярна, как мы видели во время избирательной кампании 2020 года и в свете недавних судебных исков против компаний, работающих на ископаемом топливе.Есть много обвинений, от компаний, работающих на ископаемом топливе, которые годами отрицали наличие проблемы, до политиков, не желающих проводить политику, необходимую для обеспечения реальных изменений. Всем стало легче придерживаться статус-кво.

Миру нужны технологии и сильная политика, чтобы двигаться в новом направлении. На протяжении всей истории человечество использовало энергию в сторону более концентрированных, удобных и гибких форм энергии. Понимание преимуществ сегодняшних источников энергии и истории прошлых переходов может помочь нам понять, как перейти к низкоуглеродным источникам энергии.Благодаря лучшему пониманию климатической проблемы мы делаем огромные успехи в разработке технологий, необходимых для движения к низкоуглеродному будущему. Тем не менее, понимание того, как мы сюда попали и почему современный мир был построен на ископаемом топливе, имеет решающее значение для понимания того, куда мы идем дальше.

Наша энергия исходит от солнца, так или иначе

В доиндустриальную эпоху солнечная энергия удовлетворяла все энергетические потребности человечества. Растения преобразуют солнечную энергию в биомассу в процессе фотосинтеза.Люди сжигали эту биомассу для получения тепла и света. Растения давали пищу людям и животным, которые, в свою очередь, использовали свою мышечную силу для выполнения работы. Даже когда люди научились плавить металлы и изготавливать стекло, они подпитывали этот процесс древесным углем. Помимо фотосинтеза, люди в некоторой степени использовали энергию ветра и воды, также в конечном итоге подпитываемую солнцем. Разность температур в атмосфере, вызванная солнечным светом, вызывает ветер, и цикл дождей и текущей воды также получает свою энергию от солнечного света.Но солнце находится в центре этой системы, и люди могли использовать только энергию, которую солнце давало в реальном времени, в основном от растений.

биомасса

Растительный материал, включая листья, стебли и древесную массу. Биомасса может быть сожжена напрямую или переработана для создания биотоплива , например этанола.

Этот баланс между потреблением энергии человеком и солнечным светом звучит как утопия, но по мере того, как человеческое население росло и становилось все более городским, биоэнергетическая система приносила проблемы.В Англии древесина стала дефицитом в 1500-х и 1600-х годах, поскольку она использовалась не только в качестве топлива, но и в качестве строительного материала. Лондон, например, вырос с 60 000 человек в 1534 году до 530 000 в 1696 году, а цены на дрова и пиломатериалы росли быстрее, чем на любой другой товар. Когда-то пышные леса Англии были оголены.

В 1900 году примерно 50 000 лошадей тянули кэбы и автобусы по улицам Лондона, не считая повозок для перевозки товаров. Как вы можете себе представить, это создало огромное количество отходов.Как пишет Ли Джексон в своей книге «Грязный старый Лондон», к 1890-м годам огромная лондонская популяция лошадей производила примерно 1000 тонн навоза в день. Весь этот навоз также привлекал мух, которые распространяли болезни. Транспортная система буквально вызывала у людей тошноту. Доископаемая эра не была утопией, которую мы себе представляем.

Ископаемое топливо открыло перед человечеством новые двери. Они образовались в результате трансформации древних растений под воздействием давления, температуры и от десятков до сотен миллионов лет, по существу накапливая солнечную энергию с течением времени. Полученное топливо освободило человечество от зависимости от фотосинтеза и текущего производства биомассы в качестве основного источника энергии. Вместо этого ископаемое топливо позволило использовать больше энергии, чем может обеспечить сегодняшний фотосинтез, поскольку оно представляет собой накопленную форму солнечной энергии.

Сначала уголь, затем нефть и природный газ обеспечили быстрый рост промышленных процессов, сельского хозяйства и транспорта. Мир сегодня неузнаваем от того, что было в начале 19 века, до того, как ископаемое топливо стало широко использоваться.Здоровье и благосостояние людей заметно улучшились, а население мира увеличилось с 1 миллиарда в 1800 году до почти 8 миллиардов сегодня. Энергетическая система, работающая на ископаемом топливе, является источником жизненной силы современной экономики. Ископаемое топливо привело к промышленной революции, вытащило миллионы людей из нищеты и сформировало современный мир.

Как плотность энергии и удобство способствовали развитию ископаемого топлива

Первым крупным переходом в энергетике был переход от древесины и древесного угля к углю, начавшийся в черной металлургии в начале 1700-х годов. К 1900 году уголь был основным промышленным топливом, заменив биомассу и составив половину мирового потребления топлива. Уголь имеет плотность энергии в три раза больше по весу, чем сухая древесина, и широко распространен во всем мире. Уголь стал предпочтительным топливом для кораблей и локомотивов, что позволило им выделять меньше места для хранения топлива.

Следующим важным источником энергии стала нефть. Американцы относят начало нефтяной эры к первой коммерческой нефтяной скважине США в Пенсильвании в 1859 году, но нефть использовалась и продавалась в современном Азербайджане и других регионах столетиями ранее.Нефть вышла на рынок в качестве замены китового жира для освещения, а бензин производился как побочный продукт производства керосина. Однако свое истинное призвание нефть нашла в транспортной сфере. Эпоха нефти действительно началась с появлением Ford Model-T в 1908 году и бумом личного транспорта после Второй мировой войны. В 1964 году нефть обогнала уголь и стала крупнейшим источником энергии в мире.

Ресурсы нефти распределены по всему миру не так широко, как уголь, но нефть имеет важные преимущества.Топливо, произведенное из нефти, почти идеально подходит для транспорта. Они обладают высокой энергоемкостью, в среднем вдвое превышая по весу энергоемкость угля. Но что более важно, они жидкие, а не твердые, что позволяет разработать двигатель внутреннего сгорания, который сегодня приводит в движение транспорт.

Различные виды топлива несут разное количество энергии на единицу веса. Ископаемые виды топлива являются более энергоемкими, чем другие источники.

Нефть изменила ход истории.Например, британские и американские военно-морские силы перед Первой мировой войной перешли с угля на нефть, что позволило их кораблям до дозаправки пройти дальше, чем немецкие корабли, работающие на угле. Нефть также обеспечивала большую скорость в море и могла подаваться в котлы по трубам вместо рабочей силы, что является очевидным преимуществом. Во время Второй мировой войны Соединенные Штаты производили почти две трети мировой нефти, и ее стабильные поставки имели решающее значение для победы союзников. Стратегия блицкрига немецкой армии стала невозможной, когда запасы топлива перестали поступать, а нехватка топлива сказалась на японском флоте.

Природный газ, ископаемое топливо, встречающееся в газообразной форме, может быть обнаружен в подземных месторождениях сам по себе, но часто присутствует под землей вместе с нефтью. Газ, произведенный из нефти, часто тратился впустую на заре нефтяной промышленности, и старая отраслевая поговорка заключалась в том, что искать нефть и вместо этого находить газ было быстрым способом быть уволенным. В последнее время природный газ стал цениться за его чистое, равномерное сгорание и его полезность в качестве сырья для промышленных процессов. Тем не менее, поскольку он находится в газообразной форме, для доставки его потребителям требуется особая инфраструктура, а природный газ по-прежнему тратится впустую в районах, где такой инфраструктуры нет.

Последним ключевым событием в использовании энергии в мире стало появление электричества в 20 веке. Электричество — это не источник энергии, как уголь или нефть, а способ доставки и использования энергии. Электричество очень эффективное, гибкое, чистое и тихое в точке использования. Как и нефть, электричество сначала использовалось в освещении, но разработка асинхронного двигателя позволила эффективно преобразовывать электричество в механическую энергию, приводя в действие все, от промышленных процессов до бытовой техники и транспортных средств.

За 20-й век энергетическая система трансформировалась из системы, в которой ископаемое топливо использовалось напрямую , в систему, в которой значительная часть ископаемого топлива используется для производства электроэнергии. Доля, используемая в производстве электроэнергии, зависит от вида топлива. Поскольку нефть — энергоемкая жидкость — настолько пригодна для использования на транспорте, что мало ее идет на электроэнергию; напротив, примерно 63% добываемого в мире угля используется для выработки электроэнергии. Методы выработки электроэнергии, не использующие ископаемое топливо, такие как атомная и гидроэлектростанция, также являются важными частями системы во многих областях.Тем не менее, ископаемое топливо по-прежнему является основой системы электроснабжения, производя 64% сегодняшних глобальных поставок.

Ископаемые виды топлива по-прежнему доминируют в мировом производстве электроэнергии.

Подводя итог, можно сказать, что история энергетических переходов на протяжении истории сводилась не только к переходу от нынешних потоков солнечной энергии к ископаемому топливу. Это также было постоянным движением к топливам, которые являются более энергоемкими и удобными в использовании, чем топлива, которые они заменили. Большая плотность энергии означает, что для выполнения работы требуется меньший вес или объем топлива.Жидкое топливо, изготовленное из нефти, сочетает в себе плотность энергии со способностью течь или перемещаться с помощью насосов, что является преимуществом, которое открыло новые технологии, особенно в области транспорта. А электричество — это очень гибкий способ потребления энергии, полезный для многих приложений.

Назад в будущее – возвращение солнечной эры

Ископаемое топливо позволило нам отказаться от сегодняшних потоков солнечной энергии и вместо этого использовать концентрированную солнечную энергию, накопленную в течение миллионов лет.Прежде чем мы смогли эффективно использовать солнечные потоки, это казалось отличной идеей.

двуокись углерода

Углекислый газ – это газ, выделяющийся при сжигании углеродосодержащих видов топлива (биомасса или ископаемое топливо). Углекислый газ является наиболее важным газом, способствующим изменению климата.

Однако у преимуществ ископаемого топлива есть сокрушительный недостаток. Теперь мы понимаем, что выделение двуокиси углерода (CO ₂ ) при сжигании ископаемого топлива нагревает нашу планету быстрее, чем что-либо, что мы видели в геологической летописи. Одна из величайших задач, стоящих сегодня перед человечеством, — замедлить это потепление, прежде чем оно изменит наш мир до неузнаваемости.

Теперь, когда нас почти восемь миллиардов, мы ясно видим влияние повышения концентрации CO ₂ . Возвращение к старым временам, когда мы полагались в основном на биомассу для удовлетворения наших энергетических потребностей, явно не является решением. Тем не менее, нам нужно найти способ вернуться к использованию солнечных потоков в реальном времени (и, возможно, ядерной энергии) для удовлетворения наших потребностей. Сейчас нас так много, мы взаимодействуем через гораздо более крупную и интегрированную глобальную экономику и потребляем гораздо больше энергии.Но сегодня у нас также есть технологии, которые намного эффективнее фотосинтеза преобразуют солнечные потоки в полезную энергию.

С 1900 года численность населения и экономическая активность в мире резко возросли, а также увеличилось потребление ископаемого топлива.

Источник: Наш мир в данных

К сожалению, атмосферная концентрация двуокиси углерода, наиболее серьезного парникового газа, в то же время неуклонно росла вместе со средней глобальной температурой.

Примечание: аномалия средней глобальной температуры суши и моря по сравнению со средней температурой 1961–1990 годов. Источник: Наш мир в данных

.

Земля получает много энергии от солнца для всех нас, даже для нашей современной энергоемкой жизни. Количество солнечной энергии, достигающей пригодных для жизни земель, более чем в 1000 раз превышает количество энергии, получаемой из ископаемого топлива во всем мире в год. Проблема в том, что эта энергия рассеяна. Солнце, которое согревает ваше лицо, определенно дает энергию, но вам нужно сконцентрировать эту энергию, чтобы обогреть свой дом или перевезти машину.

Возобновляемая энергия

Возобновляемая энергия получается из источника, который пополняется естественным образом. (Пример: улавливание ветра с помощью турбин или солнечного света с помощью солнечных батарей не меняет количества ветра или солнечного света, доступного для использования в будущем.)

Здесь на помощь приходят современные технологии. Ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические (PV) элементы преобразуют потоки солнечной энергии в электричество в процессе, гораздо более эффективном, чем сжигание биомассы — доиндустриальный способ получения солнечной энергии.Затраты на ветряные и солнечные фотоэлектрические системы быстро снижаются, и в настоящее время они являются основными экономически эффективными технологиями. Некоторые существующие формы выработки электроэнергии, в основном ядерная и гидроэлектроэнергия, также не приводят к выбросам CO ₂ . Сочетание новых возобновляемых источников энергии с этими существующими источниками дает возможность обезуглерожить или устранить выбросы CO ₂ из электроэнергетического сектора. Производство электроэнергии является важным источником выбросов, на долю которых приходится 27% выбросов U.С. Выбросы парниковых газов в 2018 г.

Однако, в отличие от ископаемого топлива, ветер и солнечная энергия могут генерировать электричество только тогда, когда дует ветер или светит солнце. Это сложная инженерная задача, поскольку энергосистема работает в режиме реального времени: электроэнергия вырабатывается и потребляется одновременно, при этом выработка варьируется для поддержания баланса системы.

парниковый газ

Газ, улавливающий тепло земной атмосферы, включая двуокись углерода, метан, озон и оксиды азота.

Инженерные задачи порождают инженерные решения, и ряд решений может помочь. Электросети, покрывающие большую площадь, легче сбалансировать, учитывая, что если в одном месте нет ветра или солнца, то может быть где-то в другом. Стратегии реагирования на спрос могут побудить клиентов с гибкостью в своих процессах использовать больше энергии, когда возобновляемая энергия доступна, и сокращать ее, когда ее нет. Технологии накопления энергии могут сэкономить лишнюю электроэнергию, которая будет использована позже. Сейчас эту функцию могут выполнять плотины гидроэлектростанций, а снижение затрат сделает батареи более экономичными для хранения электроэнергии в сети.Решения для хранения хорошо работают в течение нескольких часов — например, хранение солнечной энергии для использования вечером. Но долгосрочное хранение представляет большую проблему. Возможно, избыточное электричество можно будет использовать для создания водорода или другого топлива, которое можно хранить и использовать позднее. Наконец, генерация на ископаемом топливе часто заполняет сегодня пробелы в возобновляемой энергетике, особенно в выработке на природном газе, которую можно эффективно наращивать и сокращать для удовлетворения спроса.

Преобразование потока солнечной энергии в электричество — это четкая отправная точка для создания безуглеродной энергетической системы. Простая формула состоит в том, чтобы обезуглерожить электроэнергетический сектор и электрифицировать все возможные способы использования энергии. Многие важные процессы могут быть электрифицированы, особенно стационарные, например, в зданиях и во многих промышленных процессах. Чтобы справиться с изменением климата, эта формула является легким плодом.

Две части этой формулы должны действовать вместе. Блестящий новый электромобиль на подъездной дорожке сигнализирует соседям о вашей заботе об окружающей среде, но для достижения полной потенциальной выгоды также требуется более экологичная энергосистема.Для сегодняшней энергосистемы в США и почти во всем мире электромобили обеспечивают снижение выбросов, но масштабы этих преимуществ сильно различаются в зависимости от местоположения. Для достижения полной потенциальной выгоды от электромобилей потребуется сеть, которая поставляет всю возобновляемую энергию или энергию с нулевым выбросом углерода, чего сегодня не удается последовательно достичь ни в одной области в Соединенных Штатах.

Ветровая и солнечная энергия — это еще не все. Остальные проблемы

«Электрифицировать все» — отличный план, но не все можно легко электрифицировать.Некоторые качества ископаемого топлива трудно воспроизвести, например плотность энергии и способность выделять очень большое количество тепла. Для обезуглероживания процессов, основанных на этих качествах, вам необходимо топливо с низким содержанием углерода, которое имитирует свойства ископаемого топлива.

Плотность энергии ископаемого топлива особенно важна в транспортном секторе. Транспортному средству необходимо перевозить топливо во время движения, поэтому вес и объем этого топлива являются ключевыми. Электромобили — это широко разрекламированное решение для замены масла, но они не идеальны для всех целей.Фунт за фунтом, бензин или дизельное топливо содержат примерно в 40 раз больше энергии, чем современная батарея. С другой стороны, электродвигатели намного эффективнее двигателей внутреннего сгорания, а электрические транспортные средства проще механически, с меньшим количеством движущихся частей. Эти преимущества частично компенсируют потерю веса батареи, но электромобиль все равно будет тяжелее, чем аналогичный автомобиль, работающий на ископаемом топливе. Для транспортных средств, которые перевозят легкие грузы и могут часто заправляться, например легковые автомобили, этот штраф не имеет большого значения.Но для авиации, морских перевозок или дальнемагистральных перевозок, когда транспортное средство должно перевозить тяжелые грузы на большие расстояния без дозаправки, разница в плотности энергии между ископаемым топливом и батареями является огромной проблемой, и электромобили просто не соответствуют требованиям. необходимость.

Бензин несет гораздо больше энергии на единицу веса, чем батарея. Газовый автомобиль с баком на 12,4 галлона перевозит 77,5 фунтов бензина.

Аккумулятор весом 77,5 фунтов, напротив, может провезти электромобиль только 21 милю.

Электромобилю с запасом хода 360 миль потребуется батарея весом 1334 фунта.

Примечание: изображения не в масштабе.

Несмотря на вес аккумулятора, остальные компоненты электромобилей легче и проще, чем их аналоги в бензиновом автомобиле. Таким образом, общий штраф за вес электромобилей не такой серьезный, как штраф за вес одной только батареи.

Промышленные процессы, требующие очень высокой температуры, такие как производство стали, цемента и стекла, представляют собой еще одну проблему.Сталелитейные доменные печи работают при температуре около 1100 ° C, а цементные печи работают при температуре около 1400 ° C. Таких очень высоких температур трудно достичь без сжигания топлива, и поэтому их трудно привести в действие электричеством.

Возобновляемая электроэнергия не может решить проблему выбросов для процессов, которые не могут работать на электричестве. Для этих процессов миру необходимо топливо с нулевым содержанием углерода, которое имитирует свойства ископаемого топлива — энергоемкое топливо, которое можно сжигать. Существует ряд вариантов, но у каждого из них есть свои плюсы и минусы, и, как правило, требуется дополнительная работа, чтобы быть коммерчески и экологически жизнеспособными.

Возможно использование биотоплива, поскольку углерод, высвобождаемый при сжигании биотоплива, представляет собой тот же углерод, который поглощается при росте растений. Однако обработка, необходимая для превращения растений в пригодное для использования топливо, требует энергии, что приводит к выбросам CO ₂ , а это означает, что биотопливо не является нулевым углеродом, если только весь процесс не работает на возобновляемой или нулевой углеродной энергии. Например, кукурузный этанол, смешанный с бензином в Соединенных Штатах, имеет в среднем только на 39% меньше выбросов CO ₂ , чем бензин, который он заменяет, учитывая выбросы, возникающие при транспортировке кукурузы на перерабатывающие предприятия и ее преобразовании в топливо.Биотопливо также конкурирует за пахотные земли с производством продуктов питания и природоохранным использованием, например, для отдыха или рыболовства и дикой природы, что становится все более сложной задачей по мере увеличения производства биотоплива. Топливо, изготовленное из отходов сельскохозяйственных культур или бытовых отходов, может быть лучше с точки зрения землепользования и выбросов углерода, но предложение этих отходов ограничено, а технология нуждается в улучшении, чтобы быть рентабельной.

Еще один путь заключается в преобразовании возобновляемой электроэнергии в горючее топливо. Водород можно производить, используя возобновляемую электроэнергию для разделения атомов воды на их компоненты водорода и кислорода. Затем водород можно было бы сжигать как топливо с нулевым содержанием углерода, аналогично тому, как сегодня используется природный газ. Электричество, CO ₂ и водород также могут быть объединены для производства жидкого топлива для замены дизельного топлива и топлива для реактивных двигателей. Однако когда мы расщепляем атомы воды или создаем жидкое топливо с нуля, законы термодинамики не в нашу пользу. Эти процессы используют электричество, чтобы, по сути, запустить процесс горения в обратном направлении и, таким образом, использовать большое количество энергии. Поскольку эти процессы будут использовать огромное количество возобновляемой энергии, они имеют смысл только в приложениях, где электричество нельзя использовать напрямую.

Улавливание и хранение или использование углерода — последняя возможность для стационарных применений, таких как тяжелая промышленность. Ископаемое топливо по-прежнему будет сжигаться и создавать CO ₂ , но он будет улавливаться, а не выбрасываться в атмосферу. Разрабатываемые процессы предусматривают удаление CO ₂ из окружающего воздуха. В любом случае CO ₂ будет закачиваться глубоко под землю или использоваться в промышленном процессе.

Наиболее распространенное использование уловленного CO ₂ сегодня — это повышение нефтеотдачи, когда CO ₂ под давлением закачивается в нефтяной пласт, чтобы выжать больше нефти.Идея улавливания CO ₂ и использования его для производства большего количества ископаемого топлива кажется отсталой — действительно ли это снижает выбросы в целом? Но исследования показывают, что захваченный CO ₂ постоянно остается в нефтяном пласте, когда он закачивается таким образом. И если при добыче нефти впрыскивается достаточное количество CO ₂ , это может компенсировать выбросы при сжигании добытой нефти или даже привести к общему отрицательному выбросу. Это не будет панацеей от всех видов использования масла, но может сделать возможным использование масла в таких областях, как авиация, где его очень трудно заменить.

Улавливание углерода на сегодняшний день является самым дешевым способом борьбы с выбросами предприятий тяжелой промышленности, требующих сжигания. Его преимущество заключается в том, что он может также улавливать выбросы CO ₂ , происходящие от самого процесса, а не от сжигания топлива, как это происходит при производстве цемента, когда известняк нагревается для получения компонента цемента с CO ₂ в качестве -продукт.

При рассмотрении того, как улавливание углерода может способствовать смягчению последствий изменения климата, мы должны помнить, что не ископаемое топливо является конечной причиной проблемы, а выбросы CO ₂ .Если сохранение некоторого количества ископаемого топлива с улавливанием углерода является самым простым способом борьбы с определенными источниками выбросов, это все еще решает фундаментальную проблему.

Наши самые большие проблемы — политические

Наука ясно говорит нам, что нам необходимо перестроить нашу энергетическую систему и устранить выбросы CO ₂ . Однако, в дополнение к инженерным проблемам, характер изменения климата также делает его политически сложным.Чтобы свести к минимуму последствия изменения климата, необходимо перестроить многотриллионную отрасль, лежащую в основе экономики и жизни людей. Сокращение зависимости человечества от ископаемого топлива требует инвестиций здесь и сейчас, которые обеспечивают неопределенные долгосрочные выгоды. Эти решения особенно сложны для политиков, которые, как правило, сосредотачиваются на политике, приносящей немедленные местные выгоды, которые могут видеть избиратели. Например, в прошлом году The New York Times задалась вопросом: «Является ли какая-либо климатическая политика достаточно масштабной, чтобы иметь значение, и достаточно ли популярной, чтобы ее можно было реализовать.«Прочная климатическая политика требует поддержки со стороны целого ряда участников, включая политиков обеих партий, лидеров бизнеса и гражданское общество. Их взгляды неизбежно расходятся, и отсутствие консенсуса — в сочетании с вполне реальными усилиями по оказанию давления на процесс разработки политики — является ключевой причиной того, что действия по борьбе с изменением климата так сложны с политической точки зрения. (Чтобы попробовать свои силы в решении политических дилемм, сыграйте в нашу — по общему признанию, упрощенную! — игру ниже: «Климатические проблемы президента».)

В Соединенных Штатах и ​​других богатых частях мира текущие усилия сосредоточены на сокращении выбросов парниковых газов в результате нашей энергоемкой жизни.Но вторая часть сегодняшней энергетической задачи — обеспечить современной энергией миллиард людей в развивающихся странах, которые в настоящее время ее не имеют. Вы не так часто слышите о второй цели в публичном дискурсе об изменении климата, но крайне важно, чтобы развивающиеся страны шли более чистым путем, чем развитые страны. Необходимость обеспечивать как более чистую энергию, так и больше энергии для развивающихся стран усугубляет проблему, но решение, исключающее развивающийся мир, вовсе не является решением.

Обильные и недорогие ископаемые виды топлива затрудняют отказ от них. Около 15 лет назад эксперты были сосредоточены на «нефтяном пике» — идее о том, что в мире заканчивается нефть или, по крайней мере, дешевая нефть, и что грядет расплата. События последнего десятилетия доказали ошибочность этой теории. Вместо снижения добычи нефти и роста цен мы наблюдаем обратное, нигде больше, чем здесь, в Соединенных Штатах. Технологии вызвали бум добычи нефти; геологи давно знали, что ресурсы там есть, но не знали, как заработать на их добыче.Нет причин ожидать, что эта тенденция замедлится в ближайшее время. Другими словами, исчерпание нефти нас не спасет. Миру нужно будет отказаться от нефти и других ископаемых видов топлива, пока они есть в изобилии и недороги, а это непростая задача.

Чтобы осуществить этот технически и политически сложный переход, нам нужно избегать одномерных решений. Мои собственные мысли о том, как нам нужно бороться с изменением климата, безусловно, менялись с течением времени, поскольку мы лучше понимаем климатическую систему и по мере того, как время идет, а выбросы все еще увеличиваются.Например, раньше я скептически относился к идее улавливания углерода либо в промышленных процессах, либо непосредственно из воздуха. Инженер внутри меня просто не мог представить себе использование такого энергоемкого процесса для улавливания выбросов. Я изменил свое мнение, лучше понимая процессы, которые трудно обезуглероживать любым другим способом.

Накопление CO ₂ в атмосфере похоже на надувание воздушного шара. Это накопительная система: мы постоянно увеличиваем общую концентрацию вещества, которая может сохраняться в атмосфере до 200 лет.Мы не знаем, когда последствия потепления станут непреодолимыми, но мы знаем, что система будет растягиваться и подвергаться риску — испытывать более негативные последствия — по мере того, как воздушный шар наполняется. Кумулятивный характер климатической системы означает, что нам нужны более строгие меры, чем дольше мы ждем. Другими словами: чем быстрее действовать, тем лучше. Нам нужно действовать сейчас там, где это проще всего, в секторах электроэнергетики и легковых автомобилей, а также в том, чтобы сделать новые здания чрезвычайно энергоэффективными. В других секторах требуется больше технологий, таких как тяжелый транспорт и промышленность, или потребуется много времени, например, улучшение существующего фонда зданий.

Те, кто настаивает на прекращении производства ископаемого топлива сейчас, упускают из виду тот факт, что ископаемое топливо все еще будет необходимо в течение некоторого времени в определенных секторах. Исключать из обсуждения непопулярные источники энергии или технологии, такие как атомная энергия или улавливание углерода, недальновидно. Одно только возобновляемое производство электроэнергии не приведет нас к этому — это проблема всех технологий на палубе. Я опасаюсь, что волшебное мышление и тесты на чистоту охватывают часть левого конца американского политического спектра, в то время как часть правого политического спектра виновна в прямом отрицании климатической проблемы.Перед лицом такой резкой поляризации акцент на практических решениях может потеряться, а практичность и изобретательность — это возобновляемые ресурсы, необходимые человечеству для решения климатических проблем.

Исправление: более ранняя версия графика в этой части ошибочно указывала, что возобновляемые источники энергии составляют 0,6% мирового производства электроэнергии. Он был скорректирован до 9,3%.

Об авторе

Саманта Гросс

Саманта Гросс — научный сотрудник программы внешней политики Брукингского университета.Ее работа сосредоточена на пересечении энергетики, окружающей среды и политики, включая климатическую политику и международное сотрудничество, энергоэффективность, разработку нетрадиционных месторождений нефти и газа, региональную и глобальную торговлю природным газом, а также взаимосвязь энергии и воды. Гросс имеет более чем 20-летний опыт работы в сфере энергетики и охраны окружающей среды и имеет степень бакалавра наук в области химического машиностроения Университета Иллинойса, степень магистра наук в области инженерии окружающей среды Стэнфорда и степень магистра делового администрирования Калифорнийского университета в Беркли.

Благодарности

u003cpu003eu003cstrongu003e Editorial: u003c/strongu003e Джефф Болл, Брюс Джонс, Анна Newbyu003c/pu003eu003cpu003eu003cstrongu003eResearchu003c/strongu003e: Исторические сводки энергетических переходов в долгу перед Вацлавом Смилом, плодовитым автором по большой теме и дедушкой большой u003c/pu003e

u003cpu003eu003cstrongu003eGraphics и designu003c / strongu003e: Ян Макаллистер, Рейчел Slatteryu003c / pu003eu003cpu003eu003cstrongu003eWeb developmentu003c / strongu003e: Эрик Abalahin, Эбигейл Каунда, Рейчел Slatteryu003c / pu003eu003cpu003eu003cstrongu003eFeature imageu003c / strongu003e: Егоров Артем / Shutterstocku003c / pu003e

Источники энергии, возобновляемая энергия, нефть, уголь

СВОБОДА! Я стою в захламленной комнате, окруженной обломками электроэнтузиазма: обрезками проводов, кусками меди, желтыми разъемами, изолированными клещами.Для меня это инструменты свободы. Я только что установил дюжину солнечных панелей на крыше, и они работают. Счетчик показывает, что 1 285 ватт энергии льются прямо от солнца в мою систему, заряжая мои батареи, охлаждая мой холодильник, гудя в моем компьютере, освобождая мою жизнь.

Эйфория свободы энергии вызывает привыкание. Не поймите меня неправильно; Я люблю ископаемое топливо. Я живу на острове, где нет коммунальных услуг, но в остальном у нас с женой нормальная американская жизнь.Нам не нужны пропановые холодильники, керосиновые лампы или биотуалеты. Нам нужно много розеток и кофеварка для капучино. Но когда я включаю эти панели, вау!

Может быть, это потому, что для меня, как и для большинства американцев, тот или иной энергетический кризис омрачил большую часть последних трех десятилетий. От кризиса ОПЕК 1970-х годов до стремительного роста цен на нефть и бензин сегодня мировая озабоченность по поводу энергетики преследовала президентские речи, кампании в Конгрессе, книги о катастрофах и мое собственное чувство благополучия с той же грызущей тревогой, которая характеризовала холодная война.

Как сообщал National Geographic в июне 2004 года, нефть, уже не дешевая, может вскоре упасть. Нестабильность в тех местах, где находится больше всего нефти, от Персидского залива до Нигерии и Венесуэлы, делает этот спасательный круг хрупким. Природный газ может быть трудно транспортировать, и он подвержен дефициту. В ближайшее время у нас не кончатся уголь или почти неиспользованные залежи битуминозных песков и горючих сланцев. Но ясно, что углекислый газ, выбрасываемый углем и другими видами ископаемого топлива, нагревает планету, как сообщил этот журнал в сентябре прошлого года.

Заманчиво избавиться от этого беспокойства. С моими новыми панелями ничто не стоит между мной и безграничной энергией — ни иностранное государство, ни энергетическая компания, ни вина за выбросы углерода. Я свободен!

Ну, почти. Вот идет облако.

Тень скользит по моим панелям и моему сердцу. Счетчик показывает всего 120 Вт. Мне нужно запустить генератор и сжечь еще немного бензина. В конце концов, это будет непросто.

Проблема свободы энергии в том, что она вызывает привыкание; когда получаешь мало, хочешь много.В микрокосме я похож на людей в правительстве, промышленности и частной жизни во всем мире, которые попробовали немного этой любопытной и неотразимой свободы и полны решимости найти больше.

Некоторые эксперты считают это занятие даже более важным, чем война с терроризмом. «Терроризм не угрожает жизнеспособности сердца нашего высокотехнологичного образа жизни», — говорит Мартин Хофферт, профессор физики Нью-Йоркского университета. «Но энергия действительно работает».

Энергосбережение может отсрочить час расплаты, но, в конце концов, нельзя сохранить то, чего у тебя нет.Так что Хофферт и другие не сомневаются: пришло время активизировать поиски следующего отличного топлива для голодного двигателя человечества.

Есть такое топливо? Краткий ответ: нет. Эксперты говорят это как мантру: «Серебряной пули не существует». Хотя некоторые истинно верующие утверждают, что между нами и бесконечной энергией из космического вакуума или ядра Земли стоят только обширные заговоры или нехватка средств, правда в том, что в основе уравнения или на конце сверла.

Энтузиазм по поводу водородных автомобилей может создать неверное впечатление. Водород не является источником энергии. Его можно найти вместе с кислородом в старой доброй воде, но его там нельзя взять. Водород должен быть высвобожден, прежде чем он будет полезен, а это требует больше энергии, чем водород возвращает. В наши дни эта энергия поступает в основном из ископаемого топлива. Серебряной пули там нет.

Однако длинный ответ о нашем следующем топливе не такой уж мрачный. На самом деле, уже есть множество претендентов на энергетическую корону, принадлежащую ископаемому топливу: ветер, солнечная энергия, даже ядерная энергия, и это лишь некоторые из них.Но преемником должен быть конгресс, а не король. Практически каждый эксперт по энергетике, которого я встречал, делал что-то неожиданное: продвигал не только свою специальность, но и всех остальных.

«Нам понадобится все, что мы можем получить из биомассы, все, что мы можем получить от солнца, все, что мы можем получить от ветра», — говорит Майкл Пачеко, директор Национального центра биоэнергетики, входящего в состав Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии ( NREL) в Голдене, Колорадо. «И все же вопрос в том, сможем ли мы насытиться?»

Большая проблема — большие числа.В мире ежедневно потребляется около 320 миллиардов киловатт-часов энергии. Это равно примерно 22 лампочкам, непрерывно горящим на каждого человека на планете. Неудивительно, что блеск виден из космоса. По оценкам команды Хофферта, в течение следующего столетия человечество может использовать в три раза больше. Ископаемые виды топлива удовлетворяют растущий спрос, потому что они упаковывают миллионы лет солнечной энергии в компактную форму, но мы больше не найдем им подобных.

Воодушевленный вкусом свободы энергии, я отправился на поиски технологий, способных справиться с этими цифрами.«Если у вас есть большая проблема, вы должны дать серьезный ответ», — говорит гениальный энергетический гуру по имени Герман Шеер, член немецкого парламента. «Иначе люди не верят».

Ответы есть. Но все они требуют от нас, людей, толпящихся вокруг костра ископаемого топлива, еще одного: нам придется совершить большой скачок — к другому миру.

Солнечная энергия: бесплатная энергия по цене

В пасмурный день недалеко от города Лейпциг в бывшей Восточной Германии я шел по полю свежей травы мимо пруда, где кормились дикие лебеди.Поле также было засеяно 33 500 фотогальваническими панелями, посаженными рядами, как серебряные цветы, обращенными к солнцу, плавно изгибающимися по контуру земли. Это одна из самых больших солнечных батарей. Когда выходит солнце, поле производит до пяти мегаватт энергии, и в среднем этого достаточно для 1800 домов.

Рядом зияют карьеры, где поколениями добывали уголь для питания электростанций и фабрик. Раньше небо было коричневым от дыма и едким от серы. Теперь шахты превращаются в озера, а энергия, которая когда-то вырабатывалась из угля, вырабатывается в печи на расстоянии 93 миллионов миль (150 миллионов километров).

Солнечные электрические системы улавливают энергию непосредственно от солнца — без огня, без выбросов. Некоторые лаборатории и компании испытывают взрослую версию детского увеличительного стекла: гигантские зеркальные чаши или желоба, чтобы концентрировать солнечные лучи, производя тепло, которое может привести в действие генератор. Но на данный момент солнечная энергия в основном означает солнечные батареи.

Идея проста: солнечный свет, падающий на слой полупроводника, толкает электроны, создавая ток. Тем не менее, стоимость клеток, когда-то астрономическая, по-прежнему высока.Моя скромная система стоила более 15 000 долларов (США), около 10 долларов за ватт мощности, включая батареи для хранения энергии, когда солнце не светит.

Как и большинство электронных устройств, солнечная энергия дешевеет. «Тридцать лет назад спутники были рентабельны, — говорит Даниэль Шугар, президент PowerLight Corporation, быстрорастущей калифорнийской компании, которая построила солнечные установки для таких клиентов, как Toyota и Target. «Сегодня это может быть рентабельно для электроснабжения домов и предприятий», по крайней мере, там, где электроэнергия стоит дорого или недоступна.Завтра, по его словам, это будет иметь смысл почти для всех.

Мартин Рошайзен, генеральный директор компании Nanosolar, видит это будущее в наборе пузырьков с красной крышкой, наполненных крошечными частицами полупроводника. «Я нанес немного этого на палец, и оно исчезло прямо у меня под кожей», — говорит он. Он не говорит точно, что это за частицы, но слово «нано» в названии компании является намеком: они меньше ста нанометров в поперечнике — размером с вирус, и настолько малы, что проникают сквозь кожу.

Рошайсен считает, что эти частицы обещают недорогой способ создания солнечных элементов. Вместо того, чтобы делать ячейки из пластин кремния, его компания нанесет частицы на материал, похожий на фольгу, где они будут самособираться, создавая полупроводниковую поверхность. Результат: гибкий материал для солнечных батарей в 50 раз тоньше, чем современные солнечные панели. Рошайзен надеется продавать его листами примерно по 50 центов за ватт.

«Пятьдесят центов за ватт — это святой Грааль», — говорит Дэвид Пирс, президент и исполнительный директор Miasolé, одной из многих других компаний, работающих над «тонкопленочными» солнечными элементами.При такой цене солнечная энергетика могла бы конкурировать с коммунальными службами и могла бы стать популярной. Если бы цены продолжали падать, солнечные батареи могли бы полностью изменить представление об энергии, сделав ее дешевой и простой для людей, собирающих ее для себя. Это то, что технические специалисты называют «подрывной технологией».

«Автомобили подорвали рынок лошадей и повозок, — говорит Дэн Шугар. «ПК произвели революцию в индустрии пишущих машинок. Мы считаем, что солнечные электрические системы будут революционными для энергетической отрасли».

Однако цена — не единственное препятствие для солнечных граней.Есть такие мелочи, как облака и темнота, которые требуют лучших способов хранения энергии, чем громоздкие свинцово-кислотные батареи в моей системе. Но даже если эти препятствия будут преодолены, сможет ли солнечная энергия действительно производить столько энергии, сколько нам нужно?

Поскольку сейчас солнечная энергия обеспечивает менее одного процента мировой энергии, для этого потребуется «массовое (но не непреодолимое) масштабирование», — говорится в статье Хофферта из Нью-Йоркского университета и его коллег в журнале Science . При нынешнем уровне эффективности для удовлетворения всех потребностей Соединенных Штатов в электроэнергии потребуется около 10 000 квадратных миль (25 900 квадратных километров) солнечных панелей — площадь, превышающая площадь Вермонта.Но требования к земле звучат более устрашающе, чем есть на самом деле: открытая местность не должна быть покрыта. Все эти панели могли уместиться менее чем на четверти крыш и тротуаров в городах и пригородах.

Ветер: пир или голод

Ветер, приводимый в движение нагретым солнцем воздухом, — это просто еще один способ сбора солнечной энергии, но он работает в пасмурные дни. Однажды днем ​​я стоял в поле недалеко от западного побережья Дании под таким темным и тяжелым небом, что мои собственные солнечные батареи впали бы в кому.Но прямо надо мной мегаватт выдавал чистую энергию. Лопасть длиннее крыла самолета медленно поворачивалась под сильным южным ветром. Это был ветряк.

Ленивая работа турбины вводила в заблуждение. Каждый раз, когда одно из трех 130-футовых (40-метровых) лезвий проносилось мимо, оно шипело, рассекая воздух. Скорость наконечника может быть более 100 миль (161 км) в час. Эта единственная башня была способна производить два мегаватта, почти половину всей мощности солнечной фермы в Лейпциге.

В Дании вращающиеся лезвия всегда на горизонте, небольшими или большими группами, как спицы колес, катящиеся к странному новому миру.Общая установленная мощность ветра в Дании в настоящее время составляет более 3000 мегаватт, что составляет около 20 процентов потребностей страны в электроэнергии. По всей Европе щедрые стимулы, призванные сократить выбросы углекислого газа и отучить экономику от нефти и угля, привели к буму ветроэнергетики. Континент лидирует в мире по ветроэнергетике, имея почти 35 000 мегаватт, что эквивалентно 35 крупным угольным электростанциям. Северная Америка, несмотря на то, что она обладает огромным потенциалом ветровой энергии, остается далекой второй, имея чуть более 7000 мегаватт.За исключением гидроэлектроэнергии, которая приводила в движение машины на протяжении столетий, но в развитых странах у нее мало возможностей для роста, в настоящее время ветер является самым успешным примером использования возобновляемых источников энергии.

«Когда я начинал в 1987 году, я проводил много времени, просиживая в фермерских домах до полуночи и разговаривая с соседями, продав всего одну турбину», — говорит Ханс Буус. Он директор по развитию проектов в датской энергетической компании Elsam. «Я даже представить себе не мог, какой сейчас уровень.

Он имеет в виду не только количество турбин, но и их размер. В Германии я видел прототип из стекловолокна и стали высотой 600 футов (183 метра), с лопастями длиной 200 футов (61 метр) и генерируют пять мегаватт. Это не только памятник инженерии, но и попытка преодолеть некоторые новые препятствия для развития ветроэнергетики. национальный парк.Но на хребте сразу за парком, хотя и не за пределами великолепия, запланировано 27 башен, каждая размером с двухмегаваттную машину в Дании. Многие местные жители протестуют. «Это высококачественный пейзаж», — говорит один из них. «Они не должны класть эти вещи сюда».

Датчане, похоже, больше любят турбины, чем британцы, возможно, потому, что многие датские турбины принадлежат кооперативам местных жителей. Труднее сказать «не на моем заднем дворе», если вещь на вашем заднем дворе помогает оплачивать ваш дом.Но противодействие окружающей среде — не единственная проблема, с которой сталкивается развитие ветроэнергетики. По всей Европе многие из самых ветреных участков уже заняты. Таким образом, пятимегаваттная немецкая машина предназначена для того, чтобы помочь перенести энергию ветра с пейзажа на множество новых мест в море.

Многие береговые линии имеют обширные участки мелководья на континентальном шельфе, где ветер дует более устойчиво, чем на суше, и где, как выразился один эксперт по ветру, «чайки не голосуют». (Однако настоящие избиратели иногда все еще возражают против вида башен на горизонте.) Строительство и обслуживание турбин на море обходится дороже, чем на суше, но подводный фундамент для пятимегаваттной башни дешевле на мегаватт, чем фундамент меньшего размера. Отсюда и немецкий гигант.

Есть и другие проблемы. Как и парусники, ветряки можно останавливать на несколько дней. Чтобы сеть продолжала работать, другие источники, такие как угольные электростанции, должны быть готовы восполнить слабину. Но когда сильный ветер сбрасывает энергию в сеть, другие генераторы приходится выключать, а установки, работающие на топливе, быстро не регулируются.Золотое дно ветроэнергетики может стать перенасыщением. Дания, например, иногда вынуждена сбрасывать электроэнергию по невыгодным ценам соседям, таким как Норвегия и Германия.

Для ветряных и солнечных электростанций необходим способ хранения больших излишков энергии. Уже существуют технологии, позволяющие превращать его в топливо, такое как водород или этанол, или использовать его для сжатия воздуха или вращения маховиков, накапливая энергию, которая впоследствии может производить электричество. Но большинству систем еще предстоит пройти десятилетия, прежде чем они станут экономически целесообразными.

Положительным моментом является то, что и ветер, и солнечная энергия могут обеспечивать так называемую распределенную энергию: они могут производить энергию в небольшом масштабе рядом с пользователем. У вас не может быть частной угольной электростанции, но вы можете иметь свой собственный ветряк с батареями для спокойных дней. Чем больше домов или населенных пунктов производят собственную энергию ветра, тем меньше и дешевле могут быть центральные электростанции и линии электропередач.

В условиях стремления Европы к ветроэнергетике число турбин продолжает расти. Но во Флагстаффе, штат Аризона, компания Southwest Windpower производит турбины с лопастями, которые можно взять одной рукой.Компания продала около 60 000 небольших турбин, большинство из них для автономных домов, парусных лодок и удаленных объектов, таких как маяки и метеостанции. При мощности 400 Вт каждая они не могут питать больше нескольких ламп.

Но Дэвид Гэлли, президент Southwest, чей отец построил свой первый ветряк из деталей стиральной машины, тестирует новый продукт, который он называет энергетическим прибором. Он будет стоять на башне высотой с телефонный столб, производить до двух киловатт при умеренном ветре и поставляться со всей электроникой, необходимой для подключения к дому.

Многие коммунальные службы США обязаны платить за электроэнергию, которую отдельные лица возвращают в сеть, поэтому любой человек, находящийся в относительно ветреном месте, может установить электроприбор во дворе, использовать электроэнергию, когда это необходимо, и подавать ее обратно в сеть. когда это не так. За исключением большой нагрузки на отопление и кондиционирование воздуха, эта установка может снизить годовой счет за электроэнергию в доме почти до нуля. Если, как надеется Гэлли, ему удастся продать электроприбор менее чем за 3000 долларов, он окупит себя за счет экономии энергии в течение нескольких лет.

Где-то в этой смеси великого и личного могут быть и большие числа ветра.

Биомасса: выращивание топлива

В Германии, когда я ехал от гигантской ветряной турбины недалеко от Гамбурга до Берлина, я регулярно ощущал странный запах: что-то вроде аппетитного запаха фаст-фуда. Это было загадкой, пока не проехала автоцистерна с надписью «биодизель». Запах был горелого растительного масла. Германия использует около 450 миллионов галлонов (1,7 миллиарда литров) биодизеля в год, что составляет около 3 процентов от общего потребления дизельного топлива.

Энергия биомассы имеет древние корни. Бревна в вашем костре — это биомасса. Но сегодня биомасса означает этанол, биогаз и биодизельное топливо — топливо, сжигаемое так же легко, как нефть или газ, но производимое из растений. Эти технологии проверены. Этанол, произведенный из кукурузы, используется в бензиновых смесях в США; этанол из сахарного тростника обеспечивает 50 процентов автомобильного топлива в Бразилии. В США и других странах биодизель из растительного масла сжигается в чистом виде или в смеси с обычным дизельным топливом в немодифицированных двигателях. «Биотопливо — это топливо, которое проще всего встроить в существующую топливную систему», — говорит Майкл Пачеко, директор Национального центра биоэнергетики.

Что ограничивает биомассу, так это земля. Фотосинтез, процесс, который улавливает солнечную энергию в растениях, гораздо менее эффективен на квадратный фут, чем солнечные батареи, поэтому улавливание энергии растениями поглощает еще больше земли. По оценкам, заправка всех транспортных средств в мире биотопливом означает удвоение площади земли, предназначенной для сельского хозяйства.

В Национальном центре биоэнергетики ученые пытаются сделать топливное хозяйство более эффективным. Современное топливо из биомассы основано на растительных крахмалах, маслах и сахарах, но центр испытывает организмы, которые могут переваривать древесную целлюлозу, которой много в растениях, чтобы из нее тоже можно было получить жидкое топливо.Также могут помочь более продуктивные топливные культуры.

Одним из них является просо, произрастающее в прериях Северной Америки, которое растет быстрее и нуждается в меньшем количестве удобрений, чем кукуруза, источник большей части этанолового топлива, производимого в США. корма для животных, что еще больше снижает нагрузку на сельскохозяйственные угодья.

«Предварительные результаты выглядят многообещающе, — говорит Томас Фуст, технический менеджер центра. «Если вы повысите эффективность автомобиля до уровня гибрида и будете использовать смесь проса, вы сможете удовлетворить две трети U. S. потребность в транспортном топливе без дополнительной земли».

Но технически возможно не означает политически осуществимо. От кукурузы до сахарного тростника, у всех культур есть свои лоббисты. «Мы ищем много путей», — говорит Пачеко. «И в каждом переулке есть своя группа интересов. Откровенно говоря, одна из самых больших проблем с биомассой заключается в том, что существует так много вариантов.»

Ядерная энергия: все еще претендент

Ядерное деление, казалось, лидировало в гонке в качестве альтернативы энергии несколько десятилетий назад, когда страны начали строить реакторы.Во всем мире около 440 электростанций в настоящее время производят 16 процентов электроэнергии планеты, а некоторые страны перешли на атомную энергетику. Франция, например, получает 78 процентов своей электроэнергии от ядерного деления.

Привлекательность ясна: богатая мощность, отсутствие выбросов углекислого газа, никаких пятен на ландшафте, за исключением случайного защитного купола и градирни. Но наряду со знакомыми бедами — авариями на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле, плохой экономикой по сравнению с заводами, работающими на ископаемом топливе, и проблемой утилизации радиоактивных отходов — ядерная энергия далека от возобновляемых источников энергии.Доступного уранового топлива хватит не более чем на 50 лет.

И все же энтузиазм возрождается. Китай, столкнувшись с нехваткой электроэнергии, начал быстрыми темпами строить новые реакторы — по одному-два в год. В США, где некоторые производители водородных автомобилей рассматривают атомные электростанции как хороший источник энергии для производства водорода из воды, вице-президент Дик Чейни призвал «по-новому взглянуть» на атомную энергетику. А Япония, которой не хватает собственной нефти, газа и угля, продолжает поощрять программу ядерного деления.Юми Акимото, старейший японский государственный деятель в области ядерной химии, еще мальчиком видел вспышку атомной бомбы в Хиросиме, но описывает расщепление ядер как «столп следующего века».

В городе Роккасё на самой северной оконечности острова Хонсю Япония работает над тем, чтобы обойти ограничения поставок урана. Внутри нового комплекса стоимостью 20 миллиардов долларов США рабочие носят бледно-голубые рабочие костюмы и терпеливо торопятся. Заглянул на цилиндрические центрифуги для обогащения урана и бассейн, частично заполненный стержнями отработавшего ядерного топлива, охлаждающий.Отработавшее топливо богато плутонием и остатками урана — ценным ядерным материалом, который завод должен утилизировать. Он будет «перерабатывать» отработанное топливо в смесь обогащенного урана и плутония, называемую МОХ, для смешанного оксидного топлива. МОХ-топливо можно сжигать в некоторых современных реакторах, что может растянуть запасы топлива на десятилетия и более.

Заводы по переработке в других странах также превращают отработавшее топливо в МОКС. Но эти заводы изначально производили плутоний для ядерного оружия, поэтому японцы любят говорить, что их завод, который должен быть запущен в 2007 году, является первым подобным заводом, построенным исключительно для мирного использования. Чтобы заверить мир в том, что так и останется, комплекс Роккасё включает в себя здание для инспекторов Международного агентства по атомной энергии, органа Организации Объединенных Наций по ядерному надзору, которые следят за тем, чтобы плутоний не использовался для производства оружия.

Это не устраивает противников ядерной энергетики. Оппозиция усилилась в Японии после несчастных случаев со смертельным исходом на атомных электростанциях страны, в том числе одного, в результате которого погибли двое рабочих и другие подверглись облучению. Вскоре после моего визита в Роккасё около сотни протестующих прошли маршем возле завода в снежную бурю.

Большее противоречие вызовет то, что некоторые сторонники ядерной энергии считают важным следующим шагом: переход к реакторам-размножителям. Размножители могут производить больше топлива, чем они потребляют, в виде плутония, который можно извлечь путем переработки отработавшего топлива. Но экспериментальные реакторы-размножители оказались капризными, и полномасштабная программа размножения может стать кошмаром для контроля над вооружениями из-за всего количества плутония, которое она пустит в оборот.

Акимото, например, считает, что общество должно привыкнуть к переработке топлива, если оно хочет рассчитывать на ядерную энергию.Он говорил со мной через переводчика, но, чтобы подчеркнуть этот момент, перешел на английский: «Если мы собираемся принять ядерную энергию, мы должны принять всю систему. Иногда мы хотим получить первый урожай, но забываем, как это сделать. выращивать деревья».

Fusion: The Fire Some Time

Fusion — самая безвкусная из надежд, огонь звезд в человеческом очаге. Произведенная, когда два атома сливаются в один, энергия синтеза могла бы удовлетворить огромные куски будущего спроса. Топлива хватит на тысячелетия.Термоядерный синтез не будет производить долгоживущих радиоактивных отходов и ничего, что террористы или правительства могли бы превратить в оружие. Для этого также требуется одно из самых сложных механизмов на Земле.

Несколько ученых заявили, что холодный синтез, который обещает энергию из простого сосуда вместо высокотехнологичного тигля, может сработать. Пока что вердикт: не повезло. Горячий синтез, скорее всего, увенчается успехом, но это будет многолетний поиск, который обойдется в миллиарды долларов.

Горячий синтез сложен, потому что топливо — разновидность водорода — должно быть нагрето до 180 миллионов градусов по Фаренгейту (100 миллионов градусов по Цельсию) или около того, прежде чем атомы начнут синтезироваться.При таких температурах водород образует бурлящий неуправляемый пар электрически заряженных частиц, называемый плазмой. «Плазма — самое распространенное состояние материи во Вселенной, — говорит один физик, — но оно также самое хаотичное и трудно поддающееся контролю». Создание и удержание плазмы настолько сложно, что ни один эксперимент по термоядерному синтезу еще не вернул более 65 процентов энергии, необходимой для запуска реакции.

Сейчас ученые в Европе, Японии и США совершенствуют процесс, изучают лучшие способы управления плазмой и пытаются увеличить выход энергии.Они надеются, что испытательный реактор стоимостью шесть миллиардов долларов под названием ИТЭР заставит пылать термоядерный костер — то, что физики называют «зажиганием плазмы». Следующим шагом будет демонстрационная установка для фактического производства электроэнергии, за которой через 50 лет или около того последуют коммерческие установки.

«Я на 100% уверен, что мы сможем зажечь плазму», — говорит Джером Памела, руководитель проекта термоядерной установки под названием «Joint European Torus», или JET, в британском научном центре Калхэма. «Самая большая проблема — это переход между плазмой и внешним миром.» Он имеет в виду поиск подходящих материалов для облицовки плазменной камеры ИТЭР, где они должны будут выдерживать бомбардировку нейтронами и передавать тепло электрическим генераторам. в магнитном поле в форме пончика — стандартная конструкция для большинства термоядерных экспериментов, включая ИТЭР. градусов Цельсия, недостаточно для начала термоядерного синтеза, но достаточно для создания плазмы.

Эксперимент длился четверть секунды. Его зафиксировала видеокамера, снимающая 2250 кадров в секунду. Пока он проигрывался, в зале расцвело слабое свечение, заколебалось, превратилось в дымку, видимую только на его остывающих краях, и исчезло.

Это было… ну, разочарование. Я ожидал, что плазма будет выглядеть как кадр взрывающегося автомобиля. Это было больше похоже на призрак в английской обшитой панелями библиотеке.

Но этот фантом был воплощением энергии: универсальной, но неуловимой магии, которую все наши разнообразные технологии — солнечная, ветровая, биомасса, деление, синтез и многие другие, большие или малые, основные или сумасшедшие — пытаются заставить служить нам.

Приручение этого призрака — не просто научная задача. Проект ИТЭР остановился из-за, казалось бы, простой проблемы. С 2003 года страны-участницы, в том числе большая часть развитого мира, зашли в тупик, не зная, где построить машину. Выбор остановился на двух сайтах, один во Франции и один в Японии.

Как вам скажут все эксперты по энергетике, это подтверждает хорошо зарекомендовавшую себя теорию. Есть только одна сила, с которой сложнее справиться, чем с плазмой: политика.

Хотя некоторые политики считают, что разработка новых энергетических технологий должна быть отдана на откуп рыночным силам, многие эксперты с этим не согласны. Это не только потому, что запускать новую технологию дорого, но и потому, что правительство часто может пойти на риск, на который частные предприятия пойти не могут.

«Большая часть современных технологий, движущих экономикой США, не возникла спонтанно благодаря рыночным силам», — говорит Мартин Хофферт из Нью-Йоркского университета, отмечая реактивные самолеты, спутниковую связь, интегральные схемы, компьютеры. «Интернет поддерживался в течение 20 лет военными и еще 10 лет Национальным научным фондом, прежде чем его нашел Уолл-стрит.

Без сильного давления со стороны правительства, говорит он, мы можем быть обречены полагаться на все более грязные ископаемые виды топлива по мере того, как иссякают более чистые виды топлива, такие как нефть и газ, что приведет к ужасным последствиям для климата. энергетическая политика, — говорит он, — мы просто перейдем на уголь, затем на сланцы, затем на битуминозные пески, и отдача будет постоянно уменьшаться, и в конце концов наша цивилизация рухнет. Но это не должно так заканчиваться. У нас есть выбор.»

Это вопрос личного интереса, говорит член немецкого парламента Герман Шеер.«Я не призываю людей менять свою совесть», — сказал он в своем берлинском офисе, где в окне лениво вращалась маленькая модель ветряной турбины. «Ты не можешь ходить как священник». Вместо этого его идея заключается в том, что развитие новых форм энергии необходимо для экологически и экономически безопасного будущего. «Альтернативы нет».

Уже сейчас изменения происходят снизу. В США правительства штатов и местные органы власти продвигают альтернативные источники энергии, предлагая субсидии и требуя, чтобы коммунальные предприятия включали возобновляемые источники в свои планы.А в Европе финансовые стимулы как для ветровой, так и для солнечной энергии пользуются широкой поддержкой, даже несмотря на то, что они увеличивают счета за электроэнергию.

Альтернативная энергетика также завоевывает популярность в тех частях развивающегося мира, где это необходимость, а не выбор. Например, солнечная энергия проникает в африканские общины, где не хватает линий электропередач и генераторов. «Если вы хотите преодолеть бедность, на чем люди должны сосредоточиться?» — спрашивает министр окружающей среды Германии Юрген Триттин. «Им нужна пресная вода и им нужна энергия.Для удовлетворения потребностей отдаленных деревень возобновляемая энергия очень конкурентоспособна».

В развитых странах есть ощущение, что альтернативная энергетика — когда-то считавшаяся причудливым энтузиазмом хиппи — больше не является альтернативной культурой. Она становится мейнстримом. энергетическая свобода кажется заразной

Однажды днем ​​в прошлом году недалеко от деревни к северу от Мюнхена небольшая группа горожан и рабочих открыла солнечную установку, которая скоро превзойдет Лейпцигское месторождение как самое большое в мире с мощностью шесть мегаватт .

Около 15 человек собрались на небольшом рукотворном холме рядом с солнечной фермой и посадили на вершине четыре вишневых дерева. Мэр соседнего опрятного городка вынес сувенирные бутылки шнапса. Почти все выпили по глотку, включая мэра.

Затем он сказал, что споет прорабу проекта и художнику-пейзажисту, американкам. Две женщины стояли вместе, ухмыляясь, а поле солнечных батарей поглощало энергию позади них. Немецкий мэр поправил свой темный костюм, а остальные мужчины оперлись на лопаты.

Пятьдесят лет назад, думал я, в городах Европы еще остались разбомбленные руины. Советский Союз планировал спутник. Техасская нефть стоила 2,82 доллара США за баррель. Самое большее, у нас есть 50 лет, чтобы сделать мир заново. Но люди меняются, приспосабливаются и заставляют работать сумасшедшие новые вещи. Я подумал о Дэне Шугаре, говорящем о прорывных технологиях. «Есть чувство волнения», — сказал он. «Есть ощущение срочности. Есть ощущение, что мы не можем потерпеть неудачу».

На вершине холма мэр глубоко вздохнул.Он спел раскатистым тенором, не пропуская ни ноты, ни слова, всю песню «O Sole Mio». Все обрадовались.

Как возобновляемая энергия может выйти на первое место после пандемии

До того, как разразилась пандемия Covid-19, возобновляемые источники энергии неуклонно росли, но все еще недостаточно быстро, чтобы достичь целей Парижского соглашения по сокращению выбросов углерода, не говоря уже о том, чтобы предпринять дальнейшие шаги, необходимые для предотвращения выхода изменения климата из-под контроля.

Эксперты говорят, что экономический шок, вызванный вирусом, вероятно, замедлит распространение ветра, солнца и других экологически чистых источников энергии, по крайней мере временно.Но в то время как ограничения, требования социального дистанцирования и финансовая неопределенность заморозили некоторые новые проекты, основные сильные стороны возобновляемых источников энергии остаются сильными, и аналитики ожидают, что их экономическое преимущество перед нестабильным ископаемым топливом будет только увеличиваться в долгосрочной перспективе.

Тем не менее, считают аналитики, выведет ли пандемия чистую энергию на более быстрый путь, чем раньше, в значительной степени зависит от выбора, который сделают сейчас политические лидеры. Это означает, что 2020 год станет поворотным моментом для возобновляемых источников энергии и надежд мира на сдерживание потепления.

Лидеры должны воспользоваться возможностью разработать пакеты мер по восстановлению экономики, чтобы ускорить переход к ветровой и солнечной энергии, а не поддерживать экономику ископаемого топлива, сказал Франческо Ла Камера, генеральный директор Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, межправительственной организации.

Около 40 процентов ветряных и солнечных мощностей, запланированных на оставшуюся часть 2020 года, были отложены.

«Единственное, чего нам следует опасаться, — сказал он, — это того, что лоббисты могут подтолкнуть правительства к спасению тех секторов, которые принадлежат прошлому.И в этом настоящая опасность».

Поскольку остановки, направленные на сдерживание распространения вируса, привели к резкому падению глобального спроса на энергию, доля возобновляемых источников увеличилась в производстве электроэнергии. Отчасти это связано с тем, что низкая стоимость солнечной и ветровой энергии означает, что они часто направляются в сети раньше, чем из других источников, таких как уголь и ядерная энергия. Резкое падение спроса как на электроэнергию, так и на транспортное топливо также привело к тому, что цены на нефть и газ упали до исторического минимума, а компании, работающие на ископаемом топливе, изо всех сил пытаются найти место для хранения огромных излишков продукции.

Однако в краткосрочной перспективе аналитики говорят, что глобальные экономические последствия пандемии почти наверняка также будут тормозить рост возобновляемых источников энергии. Заказы на дом остановили производство на фабриках, производящих солнечные панели и детали ветряных турбин, а задержки с доставкой усугубили проблемы с поставками. Строительство некоторых крупных массивов было остановлено, а требования социального дистанцирования вынудили компании, производящие домашнюю солнечную энергию, отложить установку на крыше и посещение торговых точек.

«На данный момент отрасли необходимо, чтобы установки ускорялись, а не замедлялись», чтобы страны могли привести сокращение выбросов углерода в соответствие со своими обещаниями по Парижскому соглашению, сказал Логан Голди-Скот, руководитель отдела исследований чистой энергии в аналитической фирме. БлумбергНЕФ (BNEF).«Все, что увеличивает этот разрыв, чрезвычайно проблематично с точки зрения выбросов».

BNEF сократил свои прогнозы по установкам на 2020 год на 12 процентов для ветряных и на 8 процентов для солнечных батарей по сравнению с тем, что он ожидал до пандемии. Рост использования возобновляемых источников энергии в последние годы был устойчивым, и прошлой осенью Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозировало, что мировое снабжение возобновляемой энергией вырастет на 50 процентов в течение следующих пяти лет, увеличив выработку новой энергии, эквивалентную всей существующей электрической мощности страны. Соединенные Штаты.

Рабочий устанавливает солнечные батареи в доме в Хейворде, штат Калифорния, на фоне вспышки коронавируса. AP Photo / Бен Марго

«Мы ожидали бума в 2020 году», — сказал Хейми Бахар, старший аналитик МЭА по возобновляемым источникам энергии.«Так что это становится очень неудачным моментом».

Эксперты говорят, что более важный вопрос заключается в том, что происходит, когда страны вновь открываются. В связи с нехваткой наличных денег и экономическими проблемами, которые, как ожидается, будут удерживать спрос на энергию ниже уровня, существовавшего до Covid-19, финансирование новых ветровых и солнечных проектов может оказаться затруднительным.

Аукционы, на которых компании претендуют на строительство таких объектов, отложены. По словам Голди-Скот, в целом более 40 процентов ветряных и солнечных мощностей, которые планировалось ввести в эксплуатацию с апреля до конца этого года, были отложены.«Это немедленная неудача».

Домашняя солнечная энергетика пострадала больше, чем проекты коммунальных предприятий. Эти продажи на крышах, вероятно, продолжат испытывать трудности, поскольку замедление вынуждает домовладельцев и малый бизнес ограничивать расходы на дорогостоящие товары, такие как солнечные батареи, даже если в долгосрочной перспективе они принесут существенную экономию.

Тем не менее, аналитики согласны с тем, что фундаментальные показатели сектора возобновляемых источников энергии сильны. Многое изменилось со времени последнего глобального краха, финансового кризиса 2007–2008 годов.Технологии созрели, а цены упали до такой степени, что возобновляемые источники энергии в большинстве случаев обеспечивают более дешевую энергию, чем ископаемое топливо. Аккумуляторная батарея, которая является ключом к обеспечению стабильной и надежной чистой энергии, быстро совершенствуется.

«Возобновляемые источники энергии стали чрезвычайно конкурентоспособными с экономической точки зрения, — сказал Дэн Шрив, руководитель отдела исследований в области ветроэнергетики в консалтинговой фирме Wood Mackenzie. «Это потрясающая история. Ожидаем ли мы, что что-то из этого изменится в ближайшее время? Нет, я так не думаю.

«Люди, ищущие убежища на неспокойном рынке, могут продолжать обращаться к сектору [возобновляемых источников энергии], — говорит один аналитик.

Действительно, по мнению Шрива, когда нефтяные компании находятся в штопоре, устойчивость чистой энергии также повышает ее привлекательность для инвесторов. «Люди, которые ищут убежище на очень неспокойном рынке, могут продолжать обращаться в этот сектор», — сказал он.

Даже головокружительного падения цен на нефть и газ может быть недостаточно, чтобы подорвать ветровую и солнечную энергию.Хотя нефть играет центральную роль в транспортировке, она не играет непосредственной роли в производстве электроэнергии. А его низкая цена будет означать, что бурение будет сокращено. Поскольку природный газ, который конкурирует с ветровой и солнечной энергией на рынках электроэнергии, часто вытекает из-под земли вместе с нефтью, его предложение, вероятно, также сократится, что снова приведет к росту его цены.

«Это означает, что он не будет конкурировать с возобновляемыми источниками энергии», — сказала Эми Майерс Джаффе, директор Программы энергетической безопасности и изменения климата Совета по международным отношениям.

Действительно, Шрив сказал, что атомные и угольные электростанции столкнулись с гораздо более сильным встречным ветром, чем возобновляемые источники энергии. «Так было последние пять лет. Ожидалось, что так будет в течение следующих пяти лет, независимо от кризиса Covid», — сказал он. По его словам, досрочный вывод из эксплуатации таких заводов, особенно тех, у которых уже были проблемы с финансами, может ускориться.

Еще один сектор, который может пострадать, — электромобили. По словам Джаффе, это связано не столько с низкими ценами на нефть, сколько с безработицей, замедляющей продажи всех автомобилей.«Если вы считаете, что следующей машиной, которую люди купят, будет электромобиль, если вы отсрочите на два или три года следующий раз, когда они собираются купить новую машину», это замедлит переход, — сказала она. .

Меньшее количество электромобилей означает меньший спрос на электроэнергию, что ухудшает перспективы возобновляемых источников энергии. Но Джаффе сказал, что пандемия может ускорить электрификацию экономики другими способами, включая долгосрочное увеличение удаленной работы, что, вероятно, сместит спрос на энергию с транспортных потребностей на нефтяной основе на использование в жилых помещениях, которые в большей степени связаны с электричеством.

Лопасть ветряной турбины на заводе в Хаймене, провинция Цзянсу, Китай, 2019 год. FeatureChina через AP Images

В более широком плане то, что будет дальше, зависит от вируса, экономики и пути, который решат правительства.Сторонники чистой энергии говорят, что, поскольку огромные суммы денег на стимулирование экономики, вероятно, будут вложены в экономику по всему миру, это историческая возможность ускорить рост сектора, состояние которого играет центральную роль в надеждах на сдерживание изменения климата. Ла Камера сказал, что общие сильные стороны сектора возобновляемых источников энергии и его устойчивость к кризису вселяют в него надежду.

«У меня сложилось впечатление, что наше будущее будет более обезуглероженным, чем мы могли себе представить три месяца назад», — сказал он.«И, в конце концов, этот кризис в области здравоохранения и экономики подтолкнет нас к более чистому пути вперед». Риски в другом направлении включают не только прямую государственную поддержку нефтяных компаний, но и ослабление регулирования, такое как решение администрации Трампа фактически приостановить соблюдение правил загрязнения воздуха и воды или ослабить ограничения на ртуть и другие токсичные выбросы электростанций. Такие шаги позволяют отрасли сэкономить огромные суммы, которые в противном случае ей пришлось бы потратить на сокращение загрязнения, сказал Даниэль Каммен, профессор энергетики Калифорнийского университета в Беркли.

Даже без стремления помочь компаниям, работающим на ископаемом топливе, Covid-19 может поставить изменение климата на первое место в списке приоритетов лидеров.

На данный момент большинство правительств по-прежнему сосредоточены на немедленном реагировании на кризис в области здравоохранения и занятости. Затем последуют более долгосрочные меры, и страны, включая Южную Корею и Новую Зеландию, уже говорят о включении мер по борьбе с изменением климата в планы восстановления. Европейский союз может объединить части своего «Зеленого курса» — плана преобразования почти всех секторов своей экономики с целью сокращения выбросов углерода и повышения качества жизни — с усилиями по возмещению ущерба, нанесенного пандемией.В США судьба любого амбициозного плана по возобновляемым источникам энергии во многом зависит от того, будет ли президент Трамп переизбран в ноябре.

По большей части интерес стран к планам зеленого стимулирования совпадает с их докоронавирусной позицией в отношении действий по борьбе с изменением климата. «Мы думаем, что они более вероятны в странах, где уже была широкая поддержка», таких как Китай и большая часть Европы, сказал Голди-Скот.

Что могут повлечь за собой усилия по восстановлению окружающей среды? По словам экспертов, учитывая конкурентоспособность чистой энергетики, компании больше не нуждаются в прямых субсидиях. Они выиграют от модернизации, которая сделает энергосистемы более интеллектуальными и гибкими, а значит, позволит лучше использовать возобновляемые источники энергии. Аналитики говорят, что расходы на расширение сетей зарядки электромобилей также важны.

И в США, и в Китае есть крайние сроки в конце года, когда истечет срок действия важных налоговых и ценовых стимулов для возобновляемых источников энергии.

Доступ к кредитам также будет иметь решающее значение, сказал Бахар. Хотя он легко конкурирует с ископаемым топливом по стоимости, «индустрия возобновляемых источников энергии просто не имеет таких глубоких карманов», — добавил Каммен.

Изменения политики также имеют значение. Национальные долгосрочные обязательства по сокращению выбросов углерода дадут некоторую уверенность в пугающие времена. В краткосрочной перспективе и в США, и в Китае крайние сроки истекают в конце года, когда истекают важные налоговые и ценовые стимулы; Аналитики говорят, что их продление поможет проектам, отложенным из-за пандемии.

Сторонники зеленых стимулов говорят, что меры по борьбе с изменением климата хорошо подходят для создания рабочих мест, и, если все сделано правильно, они также могут помочь исправить резкое экономическое, социальное и расовое неравенство, которое вирус так ярко выявил, особенно в США.С.

Переход на более чистую энергию также обещает пользу для здоровья. Многие обратили внимание на улучшение качества воздуха, которое принесли блокировки, и Шрив сказал, что это может помочь людям увидеть преимущества поиска надежных способов сокращения использования ископаемого топлива.

«Единственное яркое пятно в этом сумасшедшем кризисе — это возможность гулять на улице в местах, печально известных загрязнением воздуха, видеть чистое небо и получать дозу того, что могло бы быть», — сказал он.

Коронавирус содержит ключевые уроки о том, как бороться с изменением климата.Читать далее.

Каммен выразил надежду, что пандемия в конечном итоге ускорит переход к более чистой экономике.

«Covid дает возможность правительствам и компаниям сделать этот переход более решительным», — сказал Каммен. «Я не думаю, что это будет легкое прощание, но я бы определенно сказал, что мы давно прощаемся с ископаемым топливом».

Возобновляемая энергия | Типы, формы и источники

Самые популярные возобновляемые источники энергии в настоящее время:

1. солнечная энергия
2. энергия ветра
3. Hydro Energy
4. Tidal Energy
5. Tidal Energy
6. Геотермальная энергия
7. Геотермальная энергия
8. Биомасса Энергия

Как эти виды возобновляемых Energy Work

1) Солнечная энергия

Солнечный свет является одним из самых распространенных и свободно доступных энергетических ресурсов нашей планеты.Количество солнечной энергии, достигающей земной поверхности за один час, превышает общие энергетические потребности планеты в течение целого года. Хотя это звучит как идеальный возобновляемый источник энергии, количество солнечной энергии, которую мы можем использовать, зависит от времени суток и сезона года, а также от географического положения. В Великобритании солнечная энергия становится все более популярным способом дополнительного использования энергии. Узнайте, подходит ли он вам, прочитав наше руководство по солнечной энергии.

 

2) Энергия ветра

Ветер — богатый источник экологически чистой энергии.Ветряные электростанции становятся все более привычным явлением в Великобритании, поскольку энергия ветра вносит все больший вклад в национальную энергосистему. Чтобы использовать электричество из энергии ветра, турбины используются для привода генераторов, которые затем подают электричество в национальную сеть. Несмотря на то, что доступны бытовые или «автономные» системы генерации, не каждое свойство подходит для домашней ветряной турбины. Узнайте больше об энергии ветра на нашей странице, посвященной энергии ветра.

 

3) Гидроэнергетика

В качестве возобновляемого источника энергии гидроэнергетика является одним из наиболее коммерчески развитых.Построив плотину или барьер, большой резервуар можно использовать для создания контролируемого потока воды, который будет вращать турбину, вырабатывающую электроэнергию. Этот источник энергии часто может быть более надежным, чем солнечная или ветровая энергия (особенно если это приливы, а не река), а также позволяет хранить электроэнергию для использования, когда спрос достигает пика. Как и энергия ветра, в определенных ситуациях гидроэнергетика может быть более жизнеспособной в качестве коммерческого источника энергии (в зависимости от типа и по сравнению с другими источниками энергии), но в значительной степени в зависимости от типа собственности ее можно использовать для бытовых, «автономных» источников энергии. ‘ поколение.Узнайте больше, посетив нашу страницу гидроэнергетики.

 

4) Энергия приливов

Это еще один вид гидроэнергии, который использует приливные течения два раза в день для привода турбогенераторов. Хотя приливный поток, в отличие от некоторых других источников гидроэнергии, не является постоянным, он хорошо предсказуем и поэтому может компенсировать периоды, когда приливное течение низкое. Узнайте больше, посетив нашу страницу морской энергии .

 

5) Геотермальная энергия

Используя природное тепло под землей, геотермальную энергию можно использовать для непосредственного обогрева домов или для производства электроэнергии.Хотя она использует энергию прямо у нас под ногами, геотермальная энергия имеет незначительное значение в Великобритании по сравнению с такими странами, как Исландия, где геотермальное тепло доступно гораздо свободнее.

 

6) Энергия биомассы

Это преобразование твердого топлива из растительных материалов в электричество. Хотя по сути биомасса предполагает сжигание органических материалов для производства электроэнергии, и в настоящее время это гораздо более чистый и энергоэффективный процесс.Преобразовывая сельскохозяйственные, промышленные и бытовые отходы в твердое, жидкое и газообразное топливо, биомасса вырабатывает энергию при гораздо меньших экономических и экологических затратах.

Что не является возобновляемым источником энергии?

Ископаемое топливо не является возобновляемым источником энергии, потому что оно не бесконечно. Кроме того, они выделяют углекислый газ в нашу атмосферу, что способствует изменению климата и глобальному потеплению.

Сжигание дров вместо угля немного лучше, но это сложно.С одной стороны, древесина является возобновляемым ресурсом при условии, что она поступает из устойчиво управляемых лесов. Древесные пеллеты и спрессованные брикеты производятся из побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности и, возможно, являются перерабатываемыми отходами.

Сжатое топливо из биомассы также производит больше энергии, чем дрова. С другой стороны, сжигание древесины (будь то сырая древесина или переработанные отходы) выбрасывает частицы в нашу атмосферу.

 

Будущее возобновляемых источников энергии

По мере роста населения мира растет и спрос на энергию для питания наших домов, предприятий и сообществ.Инновации и расширение использования возобновляемых источников энергии являются ключом к поддержанию устойчивого уровня энергии и защите нашей планеты от изменения климата.