Альтернатива электроэнергии: Виды альтернативной энергетики. Справка — РИА Новости, 13.11.2009
Семь неудобных фактов о «зелёной» энергетике, о которых молчат СМИ
Идея использования возобновляемых источников энергии, безусловно, звучит привлекательно, но само название обманчиво. Большинство возобновляемых источников энергии, за исключением древесины и навоза, на самом деле сильно зависят от ископаемого топлива.
{«id»:90256,»url»:»https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»title»:»\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»services»:{«facebook»:{«url»:»https:\/\/www.
ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi&text=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»short_name»:»TG»,»title»:»Telegram»,»width»:600,»height»:450},»odnoklassniki»:{«url»:»http:\/\/connect.ok.ru\/dk?st.cmd=WidgetSharePreview&service=odnoklassniki&st.shareUrl=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»short_name»:»OK»,»title»:»\u041e\u0434\u043d\u043e\u043a\u043b\u0430\u0441\u0441\u043d\u0438\u043a\u0438″,»width»:600,»height»:450},»email»:{«url»:»mailto:?subject=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418&body=https:\/\/vc.
51 997 просмотров
Прежде чем познакомить вас со статьёй Гейл Тверберг, затрагивающей глубокие проблемы альтернативной энергетики, прошу вас обратить внимание на слова Билла Гейтса относительно перспектив «зелёной» энергии, которые, на мой взгляд, довольно точно иллюстрируют положение дел в сфере экологии:
Интервьюер: «Итак, многие люди настроены очень оптимистично, поскольку вы знаете, что затраты на ветровые и солнечные возобновляемые источники энергии снижаются, стоимость батарей снижается.
Билл Гейтс: «Это так разочаровывает, я имею ввиду — это на самом деле разочаровывает. Вацлав вчера сказал, что в Токио живёт 27 млн человек, три дня в году приходятся на циклон.
Знаете, за три дня это 23 гигаватта электроэнергии. Скажите мне, какая батарея, установленная там, сможет обеспечить эту мощность?
Я имею в виду, давайте не будем валять дурака. Вы знаете, что 100 долларов за киловатт-час — это ничто, это не решает проблему надёжности. И помните, что электричество составляет 25% выбросов парниковых газов.Всякий раз, когда мы произносим термин «чистая энергия», я думаю это запутывает людей, потому что они не знают, что это, они не понимают.
Я был на конференции в Нью-Йорке, не буду её называть, и собравшиеся говорили обо всём этом. Ребята-финансисты вышли на сцену и сказали, что они будут оценивать компании с точки зрения того, сколько эти компании выделяют CO2. И они собираются говорить, что вот эта вот компания выделяет много СО2, и думают, что финансовые рынки, как по волшебству, помогут сократить выбросы CO2 до нуля.
И я подумал, финансисты с Уолл-стрит, как вы сделаете сталь? У вас есть что-то в ваших столах, что поможет отлить сталь?
А что с удобрениями, цементом, пластиком? Откуда это всё возьмётся, вы знаете? Разве самолёт летит по небу из-за каких-то финансовых расчётов, которые вы рассчитали в Excel-таблице?
И они… это сумасшествие, называют это финансовым решением… я этого не понимаю, я просто этого не понимаю.
Нет ничего, что может заменить то, как работает сегодняшняя индустриальная экономика».
1. Затраты на передачу энергии намного выше, чем у других видов электроэнергии
В большинстве исследований не учитывается тот факт, что они никак не компенсируются.
Исследование, проведённое Международным энергетическим агентством в 2014 году, показывает, что затраты на передачу для ветра примерно в три раза превышают затраты на передачу электроэнергии от угля или ядерной энергии.
Количество избыточных затрат имеет тенденцию к увеличению, так как неустойчивые возобновляемые источники энергии получают всё большую долю в общем объёме.
Вот некоторые из причин более высоких затрат на передачу для ветра и солнца:
- Необходимо построить непропорционально больше линий для ветровой и солнечной энергии, поскольку линии электропередач необходимо масштабировать до максимальной, а не средней мощности. Выработка энергии от ветра обычно доступна от 25% до 35% времени; солнце — от 10% до 25% времени.
- Как правило, между тем, где происходит использование возобновляемой энергии, и тем, где она потребляется, расстояние может быть гораздо больше, по сравнению с традиционным производством.
- Возобновляемая электроэнергия и установленное вспомогательное оборудование не обладают таким же уровнем контроля над аспектами энергосети (мощность тока, амплитуда и так далее), в отличии от электростанции, работающей на ископаемом топливе. Поэтому в систему передачи должны быть внесены исправления, которые потребуют дополнительной инфраструктуры, а соответственно, и новых затрат.
2. При передаче электроэнергии на большие расстояния возрастают расходы на обслуживание линий электропередач
Если не будет должного обслуживания, возможны пожары, особенно в сухих, ветреных районах.
Последние данные свидетельствуют о том, что ненадлежащее обслуживание линий электропередач (ЛЭП) увеличивает вероятность пожаров.
В Калифорнии халатное техническое обслуживание привело к банкротству энергосистемы Северной Калифорнии PG & E. В последние недели PG & E инициировала два профилактических отключения питания, одно из которых затронуло до двух миллионов человек.
Техасский проект по смягчению последствий лесных пожаров сообщает: «ЛЭП вызвали более 4000 пожаров в Техасе за последние три с половиной года».
Венесуэла обладает ЛЭП большой протяжённостью: от своей главной гидроэлектростанции до Каракаса. Похоже, что одно из отключений в этой стране было связано с пожарами вблизи ЛЭП.
Есть решения, чтобы предотвратить пожары, например, зарыть линии под землю.
Или использовать изолированный провод вместо обычного провода. Но любое решение имеет свою стоимость. Эти затраты необходимо учитывать при моделировании косвенных затрат в том случае, если мы предполагаем использовать дополнительно большого количества новых возобновляемых источников энергии.
3. Потребуются огромные инвестиции в зарядные станции
Чтобы кто-либо кроме представителей самых обеспеченных слоёв населения смог пользоваться электромобилями.
Понятно, что люди с высоким доходом могут позволить себе электромобили. У них обычно есть гаражи с доступом к электричеству. И они могут легко заряжать автомобиль, когда им удобно.
Загвоздка в том, что основная масса зачастую не имеет аналогичных возможностей для зарядки электромобилей. Она также не может позволить себе тратить часы в ожидании зарядки своих автомобилей.
Понадобятся недорогие станции быстрой зарядки, расположенные повсеместно, если электромобили станут основным выбором. В стоимость быстрой зарядки, вероятно, потребуется включить плату за содержание дороги, поскольку это одна из тех затрат, которые сегодня включены в цены на топливо.
4. Прерывистость способствует росту затрат
Распространено мнение, что с перебоями можно справиться путём небольших изменений, такими как ценообразование по времени, «умные» энергосистемы и отключение электроэнергии для некоторых заранее выбранных промышленных потребителей, если для всех не хватает электроэнергии.
Такой подход теоретически может иметь место, если система основана на энергетике из ископаемого топлива и энергии атома, к которым присоединяют небольшой процент возобновляемых источников энергии. Ситуация меняется по мере добавления в сеть возобновляемых источников энергии.
После того как в электрическую сеть добавляется даже небольшой процент солнечной энергетики, необходимы батареи, чтобы сгладить быстрый переход, который происходит в конце дня, когда работники возвращаются домой, чтобы поужинать, когда солнце уже село. Также нужно иметь в виду перебои с электричеством из-за остановки ветровых турбин во время штормов.
Есть и другие проблемы.
Сильные штормы могут нарушить электроснабжение на несколько дней в любое время года. По этой причине, если система будет работать только на возобновляемых источниках энергии, необходимо иметь резервный аккумулятор, который бы имел запас как минимум на три дня.
В коротком видео ниже Билл Гейтс выражает беспокойство по поводу идеи использования трёхдневной резервной батареи на примере города Токио.
Сейчас количество батарей ничтожно для того, чтобы обеспечить трёхдневное резервное питание для электроснабжения всего мира. Если мировая экономика будет работать на возобновляемых источниках энергии, потребление электроэнергии должно вырасти по сравнению с сегодняшним уровнем, что ещё больше усложнит хранение трёхдневного запаса электроэнергии.
Гораздо более сложной проблемой, чем трёхдневное хранение электроэнергии, является необходимость сезонного хранения, если возобновляемые источники энергии будут использоваться более-менее широко. На рисунке 1 показана сезонная структура потребления энергии в Соединённых Штатах.
Рисунок 1. Потребление энергии в США по месяцам года на основе данных Управления энергетической информации США. «Всё остальное» («All other») — это общая энергия, за вычетом электроэнергии и энергии на транспортировку. Включает природный газ, используемый для отопления домов. Сюда также входят нефтепродукты, используемые в сельском хозяйстве, а также ископаемое топливо всех видов, используемых в промышленных целях.
В отличие от модели, представленной в графике, производство солнечной энергии имеет наибольшую выработку в июне и падает до низких значений в декабре-феврале.
Гидроэлектростанция имеет наибольшую выработку весной, но количество часто варьируется от года к году. Энергия ветра довольно переменна, как из года в год, так и из месяца в месяц.
Наша экономика не может справиться с многократными пусками и остановками электроснабжения. Например, температура должна оставаться постоянно высокой для плавления металлов. Лифты не должны останавливаться между этажами, когда отключается электричество. Охлаждение должно продолжаться, чтобы продукты оставались свежими в холодильнике.
Есть два подхода, которые можно использовать для решения сезонных проблем:
- Значительно перестроить энергетическую систему на основе возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии, особенно в периоды большой востребованности энергии, например, зимой.
- Построить большое количество дополнительных хранилищ, таких как аккумуляторы, для хранения электроэнергии в течение нескольких месяцев или даже лет, чтобы уменьшить прерывистость.
Любой из этих подходов чрезвычайно дорог. Такие затраты подобны добавлению ещё одного желудка в человеческий организм. И, насколько я знаю, они не были включены ни в одну модель на сегодня. Стоимость одного из этих подходов должна быть включена в любую модель, анализирующую затраты и выгоды от возобновляемых источников энергии, если есть намерение использовать возобновляемые источники энергии шире, чем незначительная доля от общего потребления энергии.
Рисунок 2 иллюстрирует высокую стоимость энергии, которая может возникнуть при добавлении значительного количества резервных батарей в энергосистему.
В этом примере «чистая энергия», которую обеспечивает система, по существу почти полностью нивелируется резервными батареями.
В анализе «Возврат энергии при инвестировании в энергетику» (EROEI) сравнивается выход энергии с потреблением энергии. Это один из многих показателей, используемых для оценки того, обеспечивает ли устройство адекватную выходную мощность, чтобы оправдать затраты энергии.
Рисунок 2. Диаграмма динамической энергии Грэма Палмера с учётом батарей. Из «Энергия в Австралии»
Пример на рисунке 2 основан на схеме использования электроэнергии в Мельбурне, Австралия, где климат относительно мягкий.
В примере используется комбинация солнечных панелей, батарей и дизельного резервного копирования.
Солнечные батареи и резервные батареи обеспечивают электроэнергию для 95% годового потребления электроэнергии, которое легче всего покрыть этими устройствами; дизельная генерация используется на оставшиеся 5%.
Пример на рисунке 2 можно перенастроить так, чтобы он был «только возобновляемым», добавив значительно больше батарей, множество солнечных батарей или их комбинацию. Эти дополнительные батареи и солнечные панели будут использоваться незначительно, в результате чего EROEI-системы снизится до ещё более низкого уровня.
Основная причина того, что электроэнергетическая система смогла избежать издержек, связанных с чрезмерной перестройкой или добавлением множества резервных аккумуляторов, — их малая доля в производстве электроэнергии.
В 2018 году ветер составлял 5% мировой электроэнергии; солнечная составляла 2%. В процентах от мирового энергопотребления они составили 2% и 1% соответственно.
Вторая причина, по которой система электроснабжения смогла избежать проблем перебоев, заключается в том, что резервные поставщики электроэнергии (уголь, природный газ и атомная энергия) были вынуждены предоставлять резервные услуги без адекватной компенсации их стоимости.
Ветровой и солнечной энергии дают так называемые субсидии «идущим первыми». Такая практика создаёт проблему, поскольку поставщики резервного копирования несут существенные постоянные затраты и часто не получают адекватной компенсации.
Если будет какой-либо план прекратить использование ископаемого топлива, все эти резервные поставщики электроэнергии, в том числе ядерные, исчезнут.
(Поставщики ядерной электроэнергии также зависят от ископаемого топлива.) Возобновляемые источники энергии должны будут существовать самостоятельно.
И вот тогда проблема прерывистости станет непреодолимой. Ископаемое топливо может храниться относительно недорого; затраты на хранение электроэнергии огромны. Они включают в себя как стоимость системы хранения, так и потерю энергии в хранилищах.
Фактически проблема недостаточного финансирования исходит от возобновляемых источников энергии и их права «идти первыми» — и становится непреодолимой в некоторых регионах. Огайо недавно решил предоставить субсидии поставщикам угля и атомной энергии в качестве способа решения этой проблемы. Огайо также сокращает финансирование возобновляемых источников энергии.
5. Стоимость утилизации ветряных турбин, солнечных батарей и накопителей должна быть отражена в смете расходов
Похоже, в энергетическом анализе распространено предположение, что каким-то образом в конце срока службы ветряные турбины, солнечные батареи и накопители для хранения энергии исчезнут без каких-либо затрат. Если они будут переработаны, стоимость переработки должна быть меньше, чем стоимость полученных материалов.
Но мы понимаем, что переработка не является бесплатной. Очень часто затраты энергии на переработку материалов выше, чем энергия, используемая при их добыче в первоначальном виде.
Эту проблему необходимо учитывать при анализе реальной стоимости возобновляемых источников энергии.
6. Возобновляемые источники не могут напрямую заменить многие устройства и процессы, которыми мы располагаем сегодня
Это может привести к значительному снижению экономической эффективности и более продолжительному переходу на возобновляемые источники.
Существует длинный список вещей, которые не могут быть заменены возобновляемыми источниками энергии. Сегодня мы не можем производить ветряные турбины, солнечные батареи или строить гидроэлектростанции без ископаемого топлива. Это само по себе даёт понять, что систему ископаемого топлива необходимо будет поддерживать в течение по крайней мере следующих двадцати лет.
Есть много других вещей, которые мы не можем сделать с помощью одной только возобновляемой энергии. Сталь, удобрения, цемент и пластик — вот только некоторые примеры, которые Билл Гейтс упоминает в своём видео выше.
Таким образом, невозможно изготовить асфальт. Мы не можем проложить дороги (кроме каменных) или построить многие современные здания с использованием одних только возобновляемых источников энергии.
7. Вероятно, что переход на возобновляемые источники энергии займёт 50 или более лет
В течение этого времени ветер и солнечная энергия будут действовать как дополнения к системе ископаемого топлива, а не заменять её.
Это также увеличит расходы.
Чтобы отрасли на базе ископаемого топлива продолжали работать, большую часть затрат на них придётся сохранить. Люди, работающие в сфере ископаемого топлива, должны получать оплату за труд круглый год, а не только тогда, когда электроэнергетика нуждается в резервной электроэнергии.
Ископаемому топливу требуются трубопроводы, нефтеперерабатывающие заводы и квалифицированный персонал. Компании, использующие ископаемое топливо, должны будут оплачивать свои долги, связанные с существующими объектами.
Если природный газ используется в качестве резервного для возобновляемых источников энергии, понадобятся резервуары для хранения его запасов на зиму, помимо трубопроводов. Даже если использование природного газа уменьшится, скажем, на 90%, затраты на него, вероятно, сократятся на гораздо меньший процент, поскольку большая доля затрат — фиксированная.
Одна из причин, по которой переход будет очень долгим, заключается в том, что во многих случаях даже нет понимания пути к переходу от ископаемого топлива.
Если необходимо внести изменения, то для облегчения этих изменений:
- Необходимы предварительные условия и договорённости.
- Затем эти решения необходимо проверить в реальных условиях.
- Далее необходимы новые заводы, чтобы выпускать новые устройства.
- Вполне вероятно, что потребуется какой-то способ заплатить существующим владельцам за потерю стоимости их существующих устройств, работающих на ископаемом топливе; в противном случае возникнут огромные долговые обязательства.
Только после того как все эти шаги будут осуществлены, переход действительно может произойти.
Косвенные затраты вызывают огромный вопрос о том, имеет ли смысл поощрять широкое использование ветра и солнца. Возобновляемые источники энергии могут сократить выбросы CO2, если они действительно заменяют ископаемое топливо при производстве электроэнергии. Если это в основном надстройки для системы, требующие больших затрат, возникает важный вопрос:
Имеет ли смысл переходить на использование ветра и солнца?
Действительно ли ветер и солнечная энергия предлагают более светлое будущее, чем ископаемое топливо?
Запасы ископаемого топлива ограничены. Это происходит из-за того, что цены на энергоносители не поднимаются достаточно высоко, чтобы мы могли извлечь из них больше. Цены на готовую продукцию, изготовленную за счёт ископаемого топлива, должны быть достаточно низкими, чтобы покупатели могли их себе позволить.
В противном случае покупки дискреционных товаров (например, автомобилей и смартфонов) упадут. Поскольку автомобили и смартфоны производятся с использованием сырья, включающего ископаемое топливо, более низкий «спрос» на эту готовую продукцию приведёт к падению цен на товары, включая цены на нефть. И в действительности, похоже, что с 2008 года большую часть времени происходит падение цен на нефть.
Рисунок 3. Средненедельная цена на нефть сорта Brent с учётом инфляции, основанная на спотовых ценах на нефть EIA и американском индексе потребительских цен
Сложно понять утверждение, в котором говорится, что возобновляемые источники энергии будут работать дольше, чем ископаемое топливо. Если их не субсидировать, стоимость будет выше, чем у ископаемого топлива. И это будет лишь первым ударом по «зелёной» энергетике. Она также очень зависит от ископаемого топлива при изготовлении запасных частей и ремонте линий электропередач.
Интересно, что разработчики моделей изменения климата, похоже, убеждены в том, что в будущем может быть добыто очень большое количество ископаемого топлива. Вопрос о том, сколько ископаемого топлива действительно может быть извлечено, является ещё одной проблемой моделирования, которую необходимо тщательно изучить.
Объём будущей добычи, похоже, сильно зависит от того, насколько долго нынешняя экономическая система продержится в существующем виде. Без глобализации добыча ископаемого топлива, вероятно, быстро сократится.
У нас слишком много веры в модели и прогнозы?
Вопрос о том, оправданна ли ветровая энергия и солнечная, требует тщательного анализа. Обычная отличительная черта энергетического продукта, который имеет существенную выгоду для экономики, — его производство имеет тенденцию быть очень прибыльным.
При условии высокой прибыльности правительства могут облагать налогом производителей. Таким образом, прибыль может использоваться, чтобы помочь остальной экономике. Это одно из физических проявлений «чистой энергии», которую обеспечивает энергетический продукт.
Если бы ветер и солнечная энергия действительно обеспечивали существенную чистую энергию, им не требовались бы субсидии, даже субсидии «идущим первыми». Они бы отбрасывали прибыль, чтобы принести пользу остальной экономике. Возможно, возобновляемые источники энергии не так полезны, как думают многие. Возможно, исследователи слишком поверили в искаженные модели.
Мой Telegram-канал «Эко-Underground» — больше информации о настоящей экологии.
сила солнца, ветра, воды и вулканов
следующая новость >Альтернативная энергетика: сила солнца, ветра, воды и вулканов
Альтернативная энергетика, основанная на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), демонстрирует большие темпы роста по всей планете. За последние четыре года ее доля в мировом потреблении электричества удвоилась и составила 20%. В России лишь 1% совокупной установленной мощности всей энергосистемы приходится на долю ВИЭ. Однако, стремление занять достойное место среди развитых стран и осознание того, что наши запасы ископаемых источников энергии хоть и велики, но не безграничны, стимулировали ряд мер по развитию этого сектора генерации. Производство энергии на основе ВИЭ получило мощную государственную поддержку1, что вызвало интерес инвесторов. Давайте подробнее рассмотрим основные секторы альтернативной энергетики.
Солнечная энергетика. По данным исследования Global Power Industry Outlook — 2017 добыча солнечной энергии на основе фотоэлементов – фотовольтаика — станет самым быстрорастущим сегментом альтернативной энергетики, ее доля в объеме глобальных инвестиций к 2020 г. составит 37,5%. Решающий фактор для развития солнечной энергетики — количество солнечных дней в году, а не среднегодовая температура, как ошибочно полагают многие.
Получается, Россия обладает всеми необходимыми ресурсами для освоения этого сектора энергетики. По данным Института Энергетической стратегии, потенциал солнечной энергии, поступающей на территорию РФ в течение трех дней, превышает объем годового производства электроэнергии в нашей стране. Солнечные электростанции (СЭС) уже успешно функционируют в Башкортостане, Оренбургской области, на Алтае, в Хакасии и в Крыму. На данный момент в России создано 57 проектов СЭС совокупной установленной мощностью 1089 МВт, 26 из которых уже распределены между застройщиками и будут реализованы к 2022 году.
Ветровая энергетика. Сила ветра использовалась с давних времен, и сегодня она эффективно преобразуется в электроэнергию во многих странах. В Евросоюзе совокупная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) составляет 10% от совокупной мощности всей энергосистемы, что превышает даже долю угольной генерации. В одной только Германии ветряки производят более 20% электроэнергии, а в Дании – 42%!
Российская Федерация обладает наибольшим в мире ветроэнергетическим потенциалом. Он составляет примерно 260 ТВт⋅ч/год, что равно 30% энергии, производимой электростанциями страны. Сейчас доля ветрогенерации у нас составляет 0,01% от общей установленной мощности энергосистемы. На 70-ти процентах территории России децентрализованное энергоснабжение, но эта зона обладает богатыми ветроресурсами. Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр — здесь открываются большие перспективы для развития отечественной ветрогенерации. До 2022 года в России будут построены еще 43 ветроэлектростанции (ВЭС) совокупной мощностью 1651 МВт, для сравнения: на данный момент этот показатель составляет около 80 МВт.
Гидроэнергия также входит в состав возобновляемых источников энергии. Но большие ГЭС не относятся к альтернативной энергетике, так как наносят большой вред природе. Альтернативная гидроэнергетика включает малые ГЭС, приливные и волновые электростанции. Кислогубская приливная электростанция (ПЭС) была построена в 1968 году, став первой в России. Генераторы для нее были разработаны Ленинградским электромашиностроительным заводом, входящем сегодня в состав концерна «Русэлпром». На этапе строительства сейчас находятся еще 3 ПЭС.
Волновая энергетика – одно из самых молодых направлений, оно активно развивается во всем мире и имеет большие перспективы. Волновые электростанции бывают принципиально разных видов, и все они доказали свою эффективность: волновая энергетика уже составляет 1% от мировой добычи электроэнергии. Это связано с тем, что сила морской стихии имеет очень большую мощность. В этой области энергетики Россия старается не отставать от передовых технологий. В экспериментальном режиме у нас работают уже 2 волновые установки: в Приморье и в Крыму.
Геотермальная генерация. Не стоит забывать и об энергии недр земли. Источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты, в их числе: Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд. Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных ВИЭ, и зоны их использования невелики. Однако, они составляют большую долю в энергетике таких стран, как Исландия, Филиппины, Мексика, Италия, Индонезия. А в России геотермальная энергия уже обеспечивает электричеством Камчатку на 40%, хотя ее ресурсы еще мало освоены. У нас есть и другие потенциальные регионы для развития геотермальной энергетики: Краснодарский край, Ставрополье, Карачаево-Черкессия, Дагестан.
При переходе на альтернативные источники энергии нужно учитывать особенности конкретного региона. Россия обладает большим потенциалом во всех областях альтернативной энергетики, что является преимуществом и стимулом к развитию технологий, снижению добычи природных ископаемых и вырубки леса, а также сохранению экологии.
Интернет-издание о высоких технологиях
Альтернативные источники энергии становятся выгодными
Альтернативная энергетика шагнула далеко вперед — то, что еще вчера казалось фантастикой, сегодня стало объективной реальностью. Рост спроса на альтернативные источники энергии вызван уже не только заботой об экологии того или иного региона, но и экономической выгодой.
Согласно недавнему заявлению одного из лидеров энергетического хозяйства Евросоюза, к 2010 году 10% всего потребляемого электричества будет производиться за счет возобновляемых источников энергии. Впереди всех по использованию альтернативных источников электроэнергии пока Германия. Если верить отчету местного Федерального союза энергетики и водного хозяйства (BDEW), то показатель в 10% в настоящий момент здесь почти достигнут, а в 2008 году эта цифра будет намного выше и составит более 14%. Согласно этому же отчету, альтернативные источники энергии в Германии распределились следующим образом: на долю энергии ветра приходится 6,8%, на гидроэнергетику — 3,4%. Использование энергии биомассы дает стране 3,1%. И лишь 0,5% составляют так называемые солнечные батареи или фотоэлектрические системы, если пользоваться научной терминологией.
Напомним, что к альтернативным автономным источникам электроэнергии специалисты относят, прежде всего, энергию солнца, ветра и воды. Отдельным, многоцелевым, источником энергии служит биомасса — из жидких органических отходов которой получают биогаз, являющийся, в том числе, и топливом для электрогенераторов последнего поколения.
На российском рынке представлен целый спектр решений из области альтернативной энергетики, позволяющих решать самые сложные задачи. В том числе и те, для которых раньше применялись традиционные источники автономного электропитания — газовые и дизельные установки. Благодаря энергии солнца, ветра и воды сегодня можно обеспечить электричеством небольшой коттедж и даже целый населенный пункт, организовать поиск и добычу полезных ископаемых, подъем воды из скважин, наладить ирригационные системы.
Энергия ветра
Ветроэнергетические установки являются на сегодняшний день основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую. Ветроэнергетика активно развивается во всем мире. Установка по преобразованию энергии ветра в электрический ток выглядит, как ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей — обычно их 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Для автономного питания используются так называемые малые ветроэнергетические установки — мощностью до 100 кВт. Сфера их применения во многом совпадает с фотопреобразователями.
Подобные ветроустановки часто работают совместно с дизельгенераторами. Активно ведутся инновационные разработки в области ветро-солнечных установок. Считается, что ветро-солнечные электрогенераторы способны обеспечить более равномерную выработку электроэнергии — при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной — наоборот, усиливается.
Энергия воды
Энергия воды используется в установках двух типов. Это, в первую очередь, приливные электростанции, чей принцип работы основан на перепаде уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Основное их преимущество состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды. Вторым типом «водных» электростанций являются речные. Автономные источники электропитания, в основном, устанавливаются на малых реках.
В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке автономных гидроагрегатов, в том числе и в России. Новейшее оборудование полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, а также отличается повышенным сроком службы в сравнении с традиционными источниками электроэнергии — ресурс работы подобных установок до 40 лет. Помимо использования малых рек, одной из инноваций применения автономных гидроэлектростанций является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, на промышленных и канализационных стоках. Автономные гидроэлектростанции обычно устанавливают вместо гасителей давления.
Энергия биомассы
Под биомассой понимаются все органические вещества растительного и животного происхождения. Энергия, содержащаяся в биомассе, может конвертироваться в технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями. С помощью получения растительных углеводородов, к примеру, можно получить рапсовое масло, добавляемое к дизельному топливу. Термохимическая обработка (прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, фест-пиролиз) дает прямую конверсию в топливо. И третий путь, применяемый исключительно к жидкой биомассе, — биотехнологическая конверсия. На выходе можно получить низкоатомные спирты, жирные кислоты и биогаз.
Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана. Вырабатываемый биогаз используется не только в качестве топлива для электрогенераторов последнего поколения, но и в двигателях внутреннего сгорания — для производства электрической и механической энергии.
Энергия солнца
Бытует мнение, что солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных странах, а Россия после распада Советского Союза является скорее северной страной, где солнечного излучения недостаточно и использовать его нецелесообразно. Но с момента появления первой солнечной батареи (1954 год) прошло более полувека, с тех пор сделано множество открытий в этой области, технология заметно усовершенствовалась. Последние исследования и разработки специалистов Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН) показали, что использовать фотоэлектрические источники питания в России можно и нужно. Плюсы использования солнечных батарей очевидны. Прежде всего, для запуска солнечной батареи не нужны дополнительные источники электроэнергии: чтобы солнечная батарея начала функционировать, достаточно только солнечного излучения. Кроме того, а отличие от дизельгенераторных установок топливо для солнечной батареи неиссякаемо. Во всяком случае, пока светит солнце! Фотоэлектрические установки удобны для транспортировки и монтажа, так как имеют малый вес. Специалисты также отмечают надежность современных солнечных батарей, способных работать очень долго практически в любых климатических зонах.
Фотоэлектрические автономные источники питания обычно состоят из целого ряда солнечных батарей, расположенных на плоскости. Если раньше солнечные батареи имели весьма низкий КПД, то некоторое время назад разрабочикам удалось существенно увеличить показатели благодаря использованию двух- и трехслойных элементов. Электрический ток возникает при попадании солнечных лучей на фотоэлементы — в фотоэлектрическом генераторе. Наиболее эффективны генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником или между разнородными проводниками. Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического (наиболее высокий кпд), поликристаллического и аморфного.
По мнению большинства специалистов, за альтернативным энергоснабжением — будущее не только автономных источников энергоснабжения, но и всей энергетики. По мере появления новых технологических решений, использование подобных установок будет все шире применяться во всем мире. В том числе и в России. Ведь уже сейчас основным мотивом использования альтернативных источников питания является не экологическое обоснование, а экономический фактор. В самое ближайшее время следует ожидать появления множества инноваций в области комбинированных решений — ветро-фотоэлектрических, дизель-ветровых и дизель-фотоэлектрических автономных энергоустановок. Работы в этом направлении активно ведутся.
Андрей Егоров
Альтернативные источники энергии
Краснодарский край по своим природно-климатическим характеристикам является одним из самых привлекательных в России для развития генерации на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ)
В Краснодарском крае сложился многолетний опыт практического использования солнечной энергии и геотермального тепла, ветро и гидроэнергии, а также других энергоисточников
В частности, наибольшим потенциалом с точки зрения освоения инвестиций имеют следующие направления.
Во-первых, солнечная электроэнергетика, использование которой имеет большие перспективы развития в регионе, так как Краснодарский край является одним из немногих субъектов Российской Федерации, обладающих значительными ресурсами солнечной энергии. Непосредственно для выработки электроэнергии используются фотоэлектрические преобразователи.
Во-вторых, солнечная теплоэнергетика, которая может использоваться с целью оснащения современными гелиосистемами объектов социального назначения и предприятий санаторно курортного комплекса по всему побережью Черного и Азовского морей, где количество солнечных дней составляет 260-280 суток в году.
Также ключевым направлением, обладающим инвестиционным потенциалом в этой области и позволяющим обеспечить заметный вклад в развитие солнечной теплоэнергетики, является строительная отрасль. Требуется разработка и внедрение систем солнечного теплоснабжения зданий с помощью встроенных в стены солнечных коллекторов с вакуумными стеклопакетами. Облицовка фасадов зданий солнечными коллекторами с вакуумными стеклопакетами в Краснодарском крае позволит круглогодично обеспечить солнечное теплоснабжение зданий.
В-третьих, ветроэнергетика, масштабное развитие которой целесообразно в условиях обширных прибрежных зон Азовского и Черного морей (Приморско-Ахтарский, Калининский, Славянский, Крымский, Темрюкский и Туапсинский районы, города-курорты Сочи, Анапа и Геленджик), а также протяженной области Армавирского ветрового коридора (зона интенсивных постоянных по силе и направлению ветров).
В-четвертых, геотермальная энергетика. Суммарная тепловая мощность эксплуатируемых геотермальных месторождений в Краснодарском крае составляет 238 МВт. Практическое значение имеют месторождения на 60 % территории региона.
В Краснодарском крае используются в системах теплоснабжения лишь 6-7 % потенциала геотермальных месторождений.
Более подробную информацию можно получить, обратившись в министерство топливно-энергетического комплекса и жилищно- коммунального хозяйства Краснодарского края тел: +7 (861) 259-09-31
статистика, прогнозы, цены, экспорт — Kosatka.Media
Домашние СЭС в Украине: где построили больше
24 Ноября / Возобновляемая энергияЛидируют не самые теплые регионы.
Сколько налогов заплатили ВИЭ и угольная генерация за 10 лет
25 Мая / Возобновляемая энергия«Зеленые» в целом заплатили вдвое больше.
Рост солнечной генерации в Европе и мире: Испания выходит в лидеры
21 Февраля / Возобновляемая энергияВ ближайшие годы солнечная энергетика будет развиваться динамично.
Доля ВИЭ в производстве электроэнергии (ІІІ квартал 2019)
27 Сентября / Возобновляемая энергияВ III квартале 2019 года было введено 955,5 МВт новых генерирующих мощностей, из которых 97,8% составляют ВЭС и СЭС
Развитие сектора ВИЭ во II квартале 2019
02 Июля / Возобновляемая энергияЗа первое полугодие 2019 года в Украине запустили объекты ВИЭ общей мощностью 1 517.1 МВт.
Место ВИЭ в мировой генерации 2050 года
20 Июня / Возобновляемая энергияBNEF прогнозирует увеличение доли ВИЭ в общей мировой генерации до 50% уже в 2050 году.
Генерация электроэнергии возобновляемыми источниками в мае 2019
11 Июня / Возобновляемая энергияВ мае 2019 украинскими объектами ВИЭ было суммарно отпущено в рынок 468.5 тыс. МВт•ч электроэнергии.
Трудности солнечной генерации в Великобритании
06 Июня / Возобновляемая энергияПравительство Великобритании затормаживает собственный рынок солнечной электроэнергии.
Производство накопителей энергии в Европе: текущее состояние и перспективы
29 Мая / Возобновляемая энергияПро реалии европейского рынка аккумуляторов и роль Украины в нём
Генерации электроэнергии из ВИЭ в апреле 2019
03 Мая / Возобновляемая энергияУкраинскими объектами возобновляемой энергетики было произведено 359.4 тыс. МВт•ч электроэнергии.
Генерация электроэнергии возобновляемыми источниками
09 Апреля / Возобновляемая энергияВ марте 2019 года альтернативная генерация произвела 367.9 тыс. МВт•ч электроэнергии.
Себестоимость альтернативной электроэнергии
04 Апреля / Возобновляемая энергияС 2010 года себестоимость МВт-ч для ВЭС, СЭС и оффшорных ВЭС с 2010 года снизились на 49%, 84% и 56% соответственно.
Лидер управления проектами энергетики в Украине
0 МВт +
Реализовано присоединение объектов к электрическим сетям суммарной мощностью
0 +
Разработано проектов
0 +
Запущено бизнес-проектов альтернативной энергетики
0 +
Проведено технических due diligence
Алгоритм реализации проектов альтернативной энергетики
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТАМИ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Специалисты компании обладают знаниями и практическими навыками, необходимыми для успешной реализации проектов
Альтернативной энергетики:
- сооружение объектов, генерирующих электрическую/тепловую энергию с использованием альтернативных источников энергии
и
Традиционной энергетики:
- присоединение объектов к внешней электрической сети;
- оптимизация затрат на электроэнергию;
- внедрение энергоэффективных и инновационных технологий.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
Сооружение практически любого объекта предполагает его присоединение к внешним электрическим сетям.
Присоединение разделяется на два вида:
- стандартное
- нестандартное.
ИКНЭТ предоставляет полный спектр услуг по присоединению объектов как традиционной, так и альтернативной энергетики к внешним электрическим сетям.
В рамках присоединения объекта к электрическим сетям ИКНЭТ:
- разрабатывает технико-экономическое обоснование присоединения объекта к внешним электрическим сетям;
- предоставляет услуги по получению оптимальных технических условий присоединения объекта;
- предоставляет полный спектр услуг по разработке и согласованию проектных работ всех стадий.
Технико-экономическое обоснование присоединения
Предпроектная работа, которая определяет наиболее оптимальную схему присоединения к внешним электрическим сетям.
Подробнее →
Технические условия
Технические требования электропередающей организации, выполнение которых необходимо для присоединения объекта к электрическим сетям.
Подробнее →
Проектирование
Проектная документация, которая определяет градостроительные, объемно-планировочные, архитектурные, технические и технологические решения, а также сметы по объектам строительства, которые отвечают требованиям действующих норм.
Подробнее →
АСКУЭ
Система сбора и обработки данных, которая обеспечивает возможность продажи электрической энергии.
Подробнее →
Статическая и динамическая устойчивость
Расчеты различного рода аварий в электрических сетях для определения устойчивости (стабильной работы) ОЭС Украины и генерирующего оборудования с обеспечением потребителей бесперебойным электроснабжением.
Подробнее →
Телемеханика
Комплекс технических средств для передачи на расстояние сообщений о состоянии объектов и команд управления.
Подробнее →
БИЗНЕС В ЭНЕРГЕТИКЕ
Наиболее эффективное использование энергоресурсов достигается путем внедрения технологий, позволяющих генерировать электрическую и/или тепловую энергии из альтернативных источников энергии.
ИКНЭТ занимается получением «зеленого» тарифа, а также комплексной реализацией проектов альтернативной энергетики, внедрением следующих энергоэффективных и инновационных технологий.
ИКНЭТ предлагает комплекс услуг в рамках реализации проектов energy storage.
Система накопления энергии
Накопление энергии – аккумуляция энергии с целью дальнейшего ее использования в необходимые часы суток.
Подробнее →
Net Energy Metering
Концепция механизма генерации «чистой» энергии для собственных нужд, экономически целесообразное сочетание возобновляемых источников энергии с энергосистемой, а также одно из направлений внедрения технологий Smart Grid.
Подробнее →
Cолнечные электростанции
Технология, позволяющая получать прибыль от продажи электрической энергии из солнечного излучения по «зеленому» тарифу.
Подробнее →
Биогазовые электростанции
Применение технологий с возможностью получать прибыль от продажи электрической энергии из органических отходов по «зеленому» тарифу.
Подробнее →
Электростанции на биомассе
Технология, позволяющая получать прибыль от продажи электрической энергии из биомассы по «зеленому» тарифу.
Подробнее →
Ветровые электростанции
Технология, позволяющая получать прибыль от продажи электрической энергии из энергии ветра по «зеленому» тарифу.
Подробнее →
Рынок электроэнергии
Начиная с 2019 года каждый субъект хозяйствования может стать участником рынка электроэнергии и осуществлять покупку и/или продажу электроэнергии.
В рамках организации работы субъектов хозяйствования на рынке ИКНЭТ предоставляет следующие услуги:
- проведение расчетов по определению целесообразности внедрения деятельности по поставке электроэнергии;
- разработка концепции реализации бизнеса по снабжению электроэнергией;
- формирование пакетов документов, необходимых для заключения договоров с ОСП и ОСР;
- комплексное сопровождение производителей электроэнергии по организации работы с Гарантированным покупателем и Оператором рынка и т.д.;
- ведение бизнеса заказчика по покупке электроэнергии на соответствующих рынках.
Прогнозирование генерации солнечных электростанций
Участники и структура рынка электрической энергии
Оптимизация затрат на электроэнергию для предприятия
Договора, которые заключаются участниками рынка
НАШИ КЛИЕНТЫ
СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ
ОПЕК не видит альтернативы нефти в ближайшую четверть века
Нефть останется доминирующим источником энергии в мире вплоть до 2045 г., сохранив свою долю в мировом энергобалансе на уровне около 30%. Об этом говорится в ежегодном обзоре ОПЕК World Oil Outlook 2020, опубликованном 8 октября. В целом на ископаемые виды топлива – нефть, газ и уголь – совокупно придется 72,5% мирового энергобаланса, следует из доклада организации.
В целом, как ожидает ОПЕК, спрос на первичные источники энергии – нефть, газ, уголь, АЭС и возобновляемые источники – вырастет с 289,1 млн барр. нефтяного эквивалента (н. э.) в сутки в 2019 г. до 361,3 млн в 2045 г. При этом нефть останется топливом с наибольшей долей в энергобалансе, хотя она и сократится с 31,5% в 2019 г. до 27,5% в 2045 г., а доля газа за тот же период возрастет с 23,1 до 25,3%. В абсолютном выражении спрос на нефть может вырасти за тот же период с 91 млн до 99,5 млн барр. н. э./сутки, а спрос на газ – с 66,9 млн до 91,2 млн барр. н. э. в сутки. В то же время в ОПЕК прогнозируют сокращение доли угля с 26,7% в 2019 г. до 19,7% в 2045 г. Остальные 27,5% в энергобалансе займут атомная генерация, а также гидростанции и другие возобновляемые источники энергии (ВИЭ). А самые быстрые темпы роста среди всех источников энергии продемонстрируют солнечная, ветряная и геотермальная энергия – суммарно на 6,6% в год.
Таким образом, в долгосрочной перспективе ОПЕК продолжает придерживаться консервативных взглядов на будущее энергетики. В прошлогоднем докладе организация прогнозировала, что в 2040 г. доля газа в мировом энергобалансе будет составлять 25,2% (90,3 млн из 357,5 млн барр н. э./сутки), а доля нефти – 28,2% (при росте в абсолютном выражении до 100,7 млн барр./сутки). В новом докладе ОПЕК расширила горизонт прогнозирования еще на пять лет, однако взгляд на перспективы глобального энергобаланса существенно не изменился.
Анализируя эти прогнозы, нужно делать поправку на то, что они представлены ОПЕК – организацией, деятельность которой связана именно с нефтью, говорит директор по исследованиям Vygon Consulting Мария Белова. В базовых сценариях большинства существующих сегодня прогнозов (от Международного энергетического агентства, IEA, и Мирового энергетического совета, WEC) предполагается, что нефть будет основным источником энергии до 2035 г., тогда как ОПЕК дает прогноз до 2045 г., добавила она. Белова отмечает, что изменение структуры глобального топливно-энергетического баланса происходит медленно: 25 лет назад доля нефти составляла 39% против текущих 33%, а газа – 21% против 24%. Прежде всего это связано с инвестиционными циклами и неэластичностью спроса на углеводороды на коротком временном промежутке, объясняет эксперт. «Но ВР прогнозирует, что в следующие 30 лет доля возобновляемых источников будет расти темпами, которые не были свойственны ни одному энергоресурсу с 1900 г.», – добавляет Белова.
В последние 10 лет промышленные компании ищут альтернативу нефти, и эти попытки оказываются удачными. Например, электротранспорт в его различных формах – от электросамокатов до электромобилей – отвоевывает долю на рынке, говорит доцент кафедры экономической теории РЭУ им. Г. В. Плеханова Олег Чередниченко. Это влияет на расстановку сил в глобальном энергобалансе. Но до 2045 г. кардинальных изменений ждать не стоит, полагает он.
Основная проблема развития возобновляемых источников заключалась в стоимости технологий, но она постепенно снижается, отмечает директор практики оказания консультационных услуг компаниям энергетической отрасли PwC в России Дмитрий Стапран. По его словам, с 2010 по 2019 г. стоимость создания ветряных электростанций снизилась на 30–40%, а солнечных – примерно на 80%. Другая проблема – нестабильность выработки электроэнергии, говорит аналитик. По его словам, ее можно решить за счет накопителей электроэнергии, стоимость которых также падает с каждым годом. Стапран отмечает, что «зеленая энергетика не выделяет парниковых газов и в этом смысле ее вклад в замедление глобального потепления сложно переоценить, хотя в цепочке создания стоимости есть кремний, алюминий и т. д. (которые также оказывают негативное влияние на окружающую среду. – «Ведомости»)». Так или иначе, возобновляемые источники уже занимают до четверти в энергобалансах в Германии, Португалии, Испании, Великобритании и эта доля будет расти, уверен Стапран.
10 удивительно простых источников альтернативной энергии
Конечно, вы слышали о ветровой и солнечной энергии, биотопливе, гидроэлектроэнергии, приливной энергии и энергии волн, но мать-природа предоставляет бесконечное изобилие альтернативных источников энергии помимо тех, которые мы используем сегодня. Чистая, зеленая энергия повсюду в мире природы, и ученые только начали отвечать на вопрос, как ее использовать. Вот список из 10 практических источников альтернативной энергии, о которых вы, вероятно, никогда не слышали.
Saltwater Power
Фото: Томаш Барановски / Flickr [CC by 2.0]Его называют «соленой водой», «осмотической энергией» или «голубой энергией», и это один из самых многообещающих новых источников возобновляемой энергии, который еще не полностью задействован. Подобно тому, как для опреснения воды требуется огромное количество энергии, энергия вырабатывается, когда происходит обратное, и соленая вода добавляется к пресной воде. Посредством процесса, называемого обратным электродиализом, силовые установки с голубой энергией могут улавливать эту энергию, поскольку она естественным образом выделяется в устьях рек по всему миру.
Гелиокультура
Фото: DM / Flickr [CC by ND-2.0]Этот революционный процесс под названием гелиокультура был впервые разработан компанией Joule Biotechnologies и позволяет получать топливо на основе углеводородов путем объединения солоноватой воды, питательных веществ, фотосинтезирующих организмов, углекислого газа и солнечного света. В отличие от масел, приготовленных из водорослей, гелиокультура производит топливо напрямую — в виде этанола или углеводородов, — которое не нужно очищать. Этот метод по существу использует естественный процесс фотосинтеза для производства готового к употреблению топлива.
Пьезоэлектричество
Фотография: Bignai / ShutterstockПоскольку человечество в мире приближается к колоссальным 7 миллиардам, использование кинетической энергии человеческого движения может стать источником реальной силы.Пьезоэлектричество — это способность некоторых материалов создавать электрическое поле в ответ на приложенное механическое напряжение. Размещая плитки из пьезоэлектрического материала вдоль оживленных пешеходных дорожек или даже на подошвах нашей обуви, электричество может вырабатываться с каждым нашим шагом, превращая людей в ходячие электростанции.
Преобразование тепловой энергии океана (OTEC)
Фото: Гленн Бельц / Flickr [CC by 2.0]Преобразование тепловой энергии океана или сокращенно OTEC — это система преобразования гидроэнергии, которая использует разницу температур между глубокой и мелкой водой для питания теплового двигателя.Эту энергию можно использовать, строя платформы или баржи в море, используя термические слои, находящиеся между глубинами океана.
Человеческие сточные воды
Фотография: PJjaruwan / ShutterstockКакая сила? Даже бытовые сточные воды можно использовать для производства электроэнергии или топлива. Уже реализуются планы по заправке общественных автобусов в Осло, Норвегия, бытовыми сточными водами. Электричество также можно вырабатывать из сточных вод с помощью микробных топливных элементов, в которых используется биоэлектрохимическая система, которая управляет током, имитируя бактериальные взаимодействия, встречающиеся в природе.Конечно, сточные воды также можно использовать в качестве удобрения.
Сила горячего камня
Фотография: «Я незнакомец» / ShutterstockЭнергия горячих горных пород — это новый тип геотермальной энергии, который закачивает холодную соленую воду в породу, которая нагревается за счет теплопроводности от мантии Земли и распада радиоактивных элементов в коре. Когда вода нагревается, создаваемая энергия может быть преобразована в электричество с помощью паровой турбины. Преимущества энергии горячего камня заключаются в том, что мощность можно легко контролировать и она может обеспечивать энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Энергия испарения
Фото: Дэйв Накаяма / Flickr [CC by 2.0]Вдохновленные растениями, ученые изобрели синтетический микровыделенный «лист», который может поглощать электроэнергию из испаряющейся воды. Пузырьки воздуха могут закачиваться в «листья», генерируя электричество, генерируемое разницей в электрических свойствах воды и воздуха. Это исследование может открыть путь к более грандиозным способам улавливания энергии, создаваемой испарением.
Колебания, вызванные вихрями
Фото: Омар ДжамильЭта форма возобновляемой энергии, которая черпает энергию из медленных течений воды, была вдохновлена движением рыб.Энергию можно улавливать, когда вода протекает мимо сети стержней. Вихри или водовороты образуются в чередующемся порядке, толкая и притягивая объект вверх, вниз или из стороны в сторону, создавая механическую энергию. Это работает так же, как рыбы изгибают свои тела, чтобы скользить между вихрями, сбрасываемыми телами рыб перед ними, по сути, следуя друг за другом.
Добыча луны
Фото: Крис Ишервуд / Flickr [CC by SA-2.0]Гелий-3 — это легкий нерадиоактивный изотоп, обладающий огромным потенциалом для выработки относительно чистой энергии за счет ядерного синтеза.Единственная загвоздка: это редкость на Земле, но в изобилии на Луне. Осуществляется множество проектов по добыче Луны для этого ресурса. Например, российская космическая компания РКК Энергия заявила, что считает лунный гелий-3 потенциальным экономическим ресурсом, который будет добываться к 2020 году.
Солнечная энергетика космического базирования
Фото: NASA / Wikimedia Commons [CC by 1.0]Поскольку на солнечную энергию в космосе не влияет 24-часовой цикл дня и ночи, погоды, времен года или фильтрующий эффект атмосферных газов Земли, в настоящее время разрабатываются предложения по выводу солнечных панелей на орбиту и передаче энергии для использования на Земле. .Технологический прорыв здесь заключается в беспроводной передаче энергии, которая может осуществляться с использованием микроволновых лучей.
Какая новая альтернатива энергии самая дешевая?
Америка, да и весь мир в целом, работает на ископаемом топливе, таком как бензин и уголь. Но ни для кого не секрет, что эти ресурсы не могут длиться вечно.
Ежедневно в США используется около 19 миллионов баррелей нефти и сжигается 378 миллионов галлонов бензина. Но нефть и уголь не являются возобновляемыми источниками энергии — это означает, что, когда у нас заканчиваются эти ресурсы, они у нас заканчиваются навсегда.Поскольку многие экономисты и ученые полагают, что мы достигли пика добычи нефти, потребность в источниках энергии, не являющихся ископаемыми видами топлива, стала более очевидной, чем когда-либо.
Давайте поговорим о некоторых современных альтернативных источниках энергии. Есть солнечная энергия, которая использует солнечный свет и преобразует его в электричество. Очевидно, что солнечный свет — это источник, на который мы всегда можем положиться, но методы его использования и превращения в энергию заведомо неэффективны.
Ветроэнергетика — еще одна популярная и развивающаяся альтернатива — она использует массивные ветряные турбины для выработки электроэнергии.Опять же, турбины дорогие и подходят не для всех мест. Есть также геотермальная энергия, которая собирает тепло и газы из глубины Земли. Но это тоже дорого и потенциально может спровоцировать землетрясения.
Итак, какой новый альтернативный источник энергии самый дешевый? Хотя это не возобновляемый ресурс, природный газ становится все более популярной альтернативой нефти. Природный газ состоит в основном из метана и добывается из земной коры.Разница между природным газом и нефтью заключается в изобилии первой — по некоторым оценкам, только в Северной Америке извлекается 1000 триллионов кубических футов, чего достаточно для удовлетворения потребностей страны в природном газе в течение следующих 45 лет.
Это также намного дешевле, чем нефть. А поскольку на нашем континенте имеется большое количество газа, использование природного газа снижает нашу зависимость от иностранной нефти из политически нестабильных стран.
Однако природный газ не является постоянным решением, поскольку он не возобновляемый.Вернемся на мгновение к солнечной энергии. Хотя сейчас это не самый эффективный способ выработки энергии, он может быть когда-нибудь.
Институт инженеров по электротехнике и электронике недавно заявил, что в течение следующих 10 лет, когда солнечные энергетические системы станут более распространенными, а технологии станут более эффективными, стоимость солнечной энергии может сравняться с ценой на нефть.
Мы надеемся, что наш мир сможет проложить свой путь к более светлому и чистому будущему между природным газом, солнечной энергией и множеством других источников энергии.
Альтернативные источники энергии: Электричество без углерода: Nature News
Опубликовано на сайте 13 августа 2008 г. | Природа 454, г. 816-823 (2008) | DOI: 10.1038 / 454816a
Квирин Ширмайер , Джефф Толлефсон , Тони Скалли , Александра Витце & Оливер Мортон
Эту статью лучше всего просматривать в формате PDF.
Производство электроэнергии обеспечивает 18 000 тераватт-часов энергии в год, что составляет около 40% от общего потребления энергии человечеством. При этом он производит более 10 гигатонн углекислого газа ежегодно, что является крупнейшим отраслевым вкладом в выбросы человечества от ископаемого топлива. Тем не менее, существует широкий спектр технологий — от солнечной и ветровой до ядерной и геотермальной, — которые могут генерировать электроэнергию без чистых выбросов углерода из топлива.
Самый простой способ сократить выбросы углерода при производстве электроэнергии — повысить эффективность.Но у такой выгоды есть пределы, и есть известный парадокс, что большая эффективность может привести к большему потреблению. Таким образом, глобальный ответ на изменение климата должен включать переход на безуглеродные источники электроэнергии. Это требует свежего осмысления цен на углерод, а в некоторых случаях и новых технологий; это также означает новые системы передачи и более умные сети. Но, прежде всего, необходимо увеличить масштабы различных источников безуглеродной генерации, чтобы они могли обеспечить все более требовательный мир. В этой специальной статье команда Nature ‘s News рассматривает, сколько безуглеродной энергии может быть в конечном итоге доступно — и какие источники имеют наибольший смысл.
Гидроэнергетика
J. TAYLORВ мире много плотин — 45 000 больших, по данным Мирового энергетического совета, и еще больше плотин малых размеров. Его гидроэлектростанции имеют генерирующую мощность 800 гигаватт (информацию о мощности см. В разделе «По цифрам»), и в настоящее время они производят почти одну пятую электроэнергии, потребляемой во всем мире. В качестве источника электроэнергии плотины уступают только ископаемому топливу и производят в 10 раз больше энергии, чем геотермальная, солнечная и ветровая энергия вместе взятые.Плотина «Три ущелья» в Китае с заявленной полной мощностью в 18 гигаватт может генерировать примерно вдвое больше энергии, чем все солнечные батареи в мире. Еще 120 гигаватт мощности находятся в стадии разработки.
Одна из причин успеха гидроэнергетики заключается в том, что это широко распространенный ресурс — 160 стран в той или иной степени используют гидроэнергетику. В некоторых странах гидроэнергетика вносит наибольший вклад в электроэнергию из сетей — в развивающихся странах нередко большая плотина является основным источником энергии.Тем не менее, именно в крупных промышленно развитых странах, где есть большие реки, гидроэнергетика проявляется в наиболее ярком аспекте. Бразилия, Канада, Китай, Россия и США в настоящее время производят более половины мировой гидроэнергетики.
Стоимость: По данным Международной гидроэнергетической ассоциации (IHA), затраты на установку обычно находятся в диапазоне от 1 миллиона долларов США до более 5 миллионов долларов США на мегаватт мощности, в зависимости от места расположения и размера станции. Плотины в низинах и плотины с небольшим перепадом между уровнем воды и турбиной, как правило, дороже; большие плотины дешевле на ватт мощности, чем маленькие плотины в аналогичных условиях.Годовые эксплуатационные расходы низкие — 0,8–2% от капитальных затрат; электроэнергия стоит 0,03–0,10 доллара за киловатт-час, что делает плотины конкурентоспособными с углем и газом.
Вместимость: Абсолютный предел гидроэнергетики — это скорость, с которой вода течет вниз по рекам мира, превращая потенциальную энергию в кинетическую при своем движении. Количество энергии, которое теоретически могло бы быть произведено, если бы весь мировой сток был «спущен» до уровня моря, составляет более 10 тераватт.Однако редко когда можно использовать 50% мощности реки, и во многих случаях эта цифра ниже 30%.
По данным IHA, эти цифры по-прежнему открывают значительные возможности для новых мощностей. В настоящее время Европа устанавливает ориентир для использования гидроэнергетики, причем 75% того, что считается возможным, уже эксплуатируется. Чтобы Африка достигла такого же уровня, ей необходимо увеличить мощность гидроэлектроэнергии в 10 раз до более чем 100 гигаватт. Азия, которая уже имеет наибольшую установленную мощность, также имеет наибольший потенциал роста.Если бы он утроил свои генерирующие мощности, используя таким образом почти европейскую часть своего потенциала, он удвоил бы общие гидроэлектрические мощности в мире. IHA заявляет, что при достаточных инвестициях производственные мощности во всем мире могут утроиться.
Преимущества: Тот факт, что гидроэлектрические системы не требуют топлива, означает, что они также не требуют инфраструктуры для добычи топлива и транспорта топлива. Это означает, что гигаватт гидроэлектроэнергии спасает мир не только на гигаватт угля, сжигаемого на электростанции, работающей на ископаемом топливе, но также и на углеродных затратах на добычу и транспортировку этого угля.Поскольку кран легко открыть, плотины могут практически мгновенно реагировать на изменение спроса на электроэнергию независимо от времени суток или погоды. Такая простота включения делает их полезной резервной копией менее надежных возобновляемых источников. Тем не менее, вариации в использовании в зависимости от потребности и сезона означают, что плотины вырабатывают около половины своей номинальной мощности.
Гидроэлектрические системы уникальны среди генерирующих систем тем, что они могут, если они правильно спроектированы, накапливать энергию, произведенную в другом месте, перекачивая воду в гору, когда энергии много.Создаваемые ими водохранилища также могут обеспечивать водой для орошения, что является способом борьбы с наводнениями и создания условий для отдыха.
Недостатки: Не все регионы обладают большими гидроэнергетическими ресурсами — например, Ближний Восток относительно дефицитен. А водоемы занимают много места; сегодня площадь искусственных озер достигает двух Италии. Большие плотины и водохранилища, которые составляют большую часть этой площади и производят более 90% электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями во всем мире, требуют длительного и дорогостоящего планирования и строительства, а также переселения людей с территории водохранилища.За последние несколько десятилетий миллионы людей были переселены в Индию и Китай. Плотины оказывают экологическое воздействие на экосистемы вверх и вниз по течению и являются препятствием для миграции рыб. Накопление наносов может сократить срок их эксплуатации, а отложения, захваченные плотиной, недоступны для тех, кто находится ниже по течению. Биомасса, которая разлагается в водохранилищах, выделяет метан и двуокись углерода, и в некоторых случаях эти выбросы могут иметь такой же порядок величины, что и выбросы, которых можно избежать, если не сжигать ископаемое топливо.Изменение климата само по себе может ограничить пропускную способность плотин в некоторых районах за счет изменения количества и характера годового стока из таких источников, как ледники Тибета.
Поскольку гидроэнергетика является зрелой технологией, возможности для повышения эффективности генерации практически отсутствуют. Кроме того, были использованы более очевидные и простые места, поэтому можно ожидать, что остающийся потенциал будет труднее использовать. Небольшие (менее 10 мегаватт) «русловые» схемы, вырабатывающие энергию из естественного потока воды — как это делали мельники на протяжении четырех тысячелетий — привлекательны, поскольку они, естественно, имеют меньшее воздействие.Однако они примерно в пять раз дороже и их сложнее масштабировать, чем более крупные схемы.
Вердикт: Дешевая и зрелая технология, но со значительными экологическими издержками; можно добавить примерно тераватт мощности.
Ядерное деление
J. TAYLORКогда 26 апреля 1986 года таял четвертый реактор Чернобыльской атомной электростанции в Украине, радиоактивные осадки загрязнили большую часть Европы. Эта катастрофа, а также более ранний инцидент на Три-Майл-Айленде в Пенсильвании нанесли ущерб ядерной промышленности на Западе на целое поколение.Однако во всем мире картина не изменилась так резко.
В 2007 году строилось 35 атомных станций, почти все в Азии. По последним данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), которое выполняет функции мировой ядерной инспекции, 439 уже действующих реакторов имеют общую мощность 370 гигаватт и дают около 15% электроэнергии, производимой во всем мире.
Затраты: В зависимости от конструкции реактора, требований площадки и нормы амортизации легководные реакторы, составляющие большую часть мировых ядерных мощностей, вырабатывают электроэнергию по цене от 0 долларов США.025 и 0,07 доллара за киловатт-час. Технология, которая делает это возможным, выиграла от десятилетий дорогостоящих исследований, разработок и закупок, субсидируемых правительствами; без этого ускорения трудно представить, что в настоящее время использовалась бы ядерная энергия.
Вместимость: Поскольку ядерная энергетика требует топлива, она ограничена запасами топлива. Согласно последнему изданию «Красной книги», в которой МАГАТЭ и Организация экономического сотрудничества могут с выгодой извлечь около 5,5 миллионов тонн урана в известных запасах по цене 130 долларов США за килограмм или меньше, Операция и развитие (ОЭСР) оценивают ресурсы урана.При текущем использовании 66 500 тонн в год, это примерно на 80 лет топлива. Текущая цена на уран превышает этот порог в 130 долларов.
Геологически похожие месторождения руды, которые еще не доказаны — «неоткрытые запасы», как полагают, примерно вдвое превышают доказанные запасы, а руды с более низким содержанием содержат значительно больше. Уран не является особенно редким элементом — он почти так же часто входит в состав земной коры, как цинк. Оценки конечных извлекаемых ресурсов сильно различаются, но 35 миллионов тонн можно считать доступными.И уран — не единственный элемент природного происхождения, из которого можно сделать ядерное топливо. Хотя они еще не разработаны, реакторы на ториевом топливе возможны; введение тория в игру удвоило бы доступные запасы топлива.
Кроме того, хотя в нынешних конструкциях реакторов топливо используется только один раз, это можно изменить. Реакторы-размножители, которые производят плутоний из изотопов урана, которые сами по себе не используются для производства энергии, могут эффективно создавать больше топлива, чем они используют.Система, построенная на таких реакторах, могла бы получить в 60 раз больше энергии на каждый введенный килограмм природного урана, хотя более низкие коэффициенты могут быть более реалистичными.
С реакторами-размножителями, которые еще предстоит испытать на коммерческой основе, мир в принципе мог бы стать на 100% ядерным. Без них все еще возможно, что объем ядерных мощностей вырастет в два или три раза и будет работать на этом уровне в течение столетия или более.
Преимущества: Атомная энергетика имеет относительно низкие затраты на топливо и может работать на полную мощность почти постоянно — электростанции в США вырабатывают 90% своей номинальной мощности.Это делает их хорошо подходящими для обеспечения постоянного питания «базовой нагрузки» для национальных сетей. Уран достаточно широко распространен, поэтому мировым запасам ядерного топлива вряд ли угрожают политические факторы.
Недостатки: Не существует согласованного решения проблемы обращения с ядерными отходами, образовавшимися на атомных станциях за последние 50 лет. Без долгосрочных решений, которые требуют больше с политической, чем с технической точки зрения, развитие ядерной энергетики, по понятным причинам, является трудной задачей.Еще одна проблема заключается в том, что распространение ядерной энергии трудно отделить от распространения возможностей ядерного оружия. Особую тревогу вызывают топливные циклы, которые включают рециркуляцию и, следовательно, обязательно производят плутоний. Даже без опасений по поводу распространения ядерного оружия, атомные электростанции могут стать заманчивыми целями для террористов или сил противника (хотя в последнем случае то же самое можно сказать и о гидроэлектростанциях).
Долгосрочная приверженность значительному расширению использования ядерной энергии потребует принятия общественностью не только существующих технологий, но и новых — например, ториевых реакторов и реакторов-размножителей.Эти технологии также должны будут привлечь инвесторов и регулирующих органов (о ядерном синтезе см. «Дальше»).
Атомная энергетика также является чрезвычайно капиталоемкой; Затраты на электроэнергию в течение всего срока службы установки сравнительно невысоки только потому, что растения имеют долгий срок службы. Таким образом, в краткосрочной перспективе ядерная энергетика является дорогостоящим вариантом. Еще одним препятствием может быть нехватка квалифицированных рабочих. Для строительства и эксплуатации атомных станций требуется очень много высококвалифицированных специалистов, и расширение этого резерва талантов, достаточное для того, чтобы удвоить скорость ввода в эксплуатацию новых станций, может оказаться очень сложной задачей.Инженерные мощности для изготовления ключевых компонентов также потребуют увеличения.
В свете этих препятствий прогнозы будущей роли ядерной энергетики значительно различаются. В «Перспективе мировых энергетических технологий — 2050» Европейской комиссии содержится оптимистичный сценарий, который предполагает, что при принятии общественностью и разработке новых реакторных технологий ядерная энергия может обеспечить около 1,7 тераватт к 2050 году. Аналитики МАГАТЭ более осторожны. Ханс-Хольгер Рогнер, руководитель отдела планирования и экономических исследований агентства, считает, что к 2050 году мощность увеличится не более чем до 1200 гигаватт.В междисциплинарном исследовании, проведенном в 2003 году Массачусетским технологическим институтом, описан конкретный сценарий увеличения мощности в три раза до 1000 гигаватт к 2050 году, сценарий, основанный на лидерстве США, продолжающейся приверженности Японии и возобновлении активности со стороны Европы. Этот сценарий основывался только на улучшенных версиях сегодняшних реакторов, а не на какой-либо радикально другой или улучшенной конструкции.
Вердикт: Достижение мощности в тераваттном диапазоне технически возможно в течение следующих нескольких десятилетий, но может оказаться трудным с политической точки зрения.Атмосфера общественного мнения, которая пришла к согласию с ядерной энергией, вполне могла быть очень уязвима перед неблагоприятными событиями, такими как еще одна авария масштаба Чернобыля или террористический акт.
Биомасса
J. TAYLORБиомасса была первым источником энергии человечества, и до двадцатого века она оставалась крупнейшим; даже сегодня он уступает только ископаемым видам топлива. Древесина, растительные остатки и другие биологические источники являются важным источником энергии для более чем двух миллиардов человек. В основном это топливо сжигается в кострах и кухонных печах, но в последние годы биомасса стала источником электроэнергии, не использующей ископаемые виды топлива.По оценкам Всемирного энергетического совета, по состоянию на 2005 год мощность производства биомассы составляла не менее 40 гигаватт, что больше, чем у любого возобновляемого ресурса, кроме ветра и гидроэнергии. Биомасса может дополнять уголь или, в некоторых случаях, газ на обычных электростанциях. Биомасса также используется во многих когенерационных установках, которые могут улавливать 85–90% доступной энергии за счет использования отходящего тепла, а также электроэнергии.
Затраты: Цена на электроэнергию из биомассы широко варьируется в зависимости от наличия и типа топлива, а также стоимости его транспортировки.Капитальные затраты аналогичны затратам на электростанции, работающие на ископаемом топливе. Затраты на электроэнергию могут составлять всего 0,02 доллара за киловатт-час, когда биомасса сжигается вместе с углем на традиционной электростанции, но возрастают до 0,03–0,05 доллара за киловатт-час на специальной электростанции, работающей на биомассе. Затраты увеличиваются до 0,04–0,09 долл. США за киловатт-час для когенерационной установки, но рекуперация и использование отходящего тепла делает процесс намного более эффективным. Самая большая проблема для новых электростанций, работающих на биомассе, — это найти надежное и концентрированное сырье, доступное на месте; Снижение транспортных расходов означает, что электростанции, работающие на биомассе, должны быть привязаны к местному топливу и быть довольно небольшими, что увеличивает капитальные затраты на мегаватт.
Вместимость: Биомасса ограничена доступной поверхностью земли, эффективностью фотосинтеза и запасом воды. Круглый стол ОЭСР в 2007 году подсчитал, что около полумиллиарда гектаров земли, не используемой в сельском хозяйстве, будут пригодны для производства неорошаемой биомассы, и предположил, что к 2050 году эта земля, а также растительные остатки, лесные остатки и органические отходы могут поставлять достаточно горючего материала каждый год, чтобы обеспечить 68 000 тераватт-часов. Преобразованный в электричество с КПД 40%, он может обеспечить максимум 3 тераватта.Межправительственная группа экспертов по изменению климата оценивает потенциал примерно на уровне 120 000 тераватт-часов в 2050 году, что составляет чуть более 5 тераватт на основе более крупной оценки доступной земли.
Эти прогнозы включают некоторые довольно крайние предположения о переводе земель для производства энергетических культур. И даже в той степени, в которой эти предположения оказываются жизнеспособными, электричество — не единственное возможное применение таких плантаций. Сохраняя солнечную энергию в форме химических связей, биомасса лучше других возобновляемых источников энергии поддается производству топлива для транспорта (см. Стр. 841).Хотя превращение биомассы в биотопливо не так эффективно, как простое сжигание, оно позволяет производить более ценный продукт. Биотопливо может легко превзойти производство электроэнергии в качестве использования биомассы в большинстве случаев.
Преимущества: Растения по своей природе углеродно-нейтральные и возобновляемые, хотя в сельском хозяйстве используются ресурсы, особенно если для этого требуется большое количество удобрений. Технологии, необходимые для сжигания биомассы, являются зрелыми и эффективными, особенно в случае когенерации.Небольшие системы, использующие пожнивные остатки, могут минимизировать транспортные расходы.
При сжигании на электростанциях, оснащенных оборудованием для улавливания и хранения углерода, биомасса из углеродно-нейтральной становится углеродно-отрицательной, эффективно высасывая углекислый газ из атмосферы и сохраняя его в земле (см. «Улавливание и хранение углерода») . Это делает его единственной энергетической технологией, которая действительно может снизить уровень углекислого газа в атмосфере. Однако, как и в случае с углем, улавливание углерода связано с расходами как с точки зрения создания капитала, так и с точки зрения эффективности.
Недостатки: В мире очень много земли, и большая ее часть потребуется для обеспечения продовольствием растущего населения планеты. Неясно, желательно ли позволить рыночным механизмам управлять распределением земли между топливом и продуктами питания, или это политически осуществимо. Изменение климата само по себе может повлиять на доступность подходящей земли. Вероятно, будет противодействие расширению и все более интенсивному выращиванию энергетических культур. Использование отходов и остатков может удалить углерод с земли, который в противном случае обогатил бы почву; долгосрочная устойчивость может оказаться недостижимой.
Зависимость от биоэнергетики может также открыть двери для энергетических кризисов, вызванных засухой или эпидемиями, а изменения в землепользовании могут иметь собственные климатические последствия: расчистка земель для выращивания энергетических культур может привести к выбросам в такой степени, которую трудно компенсировать самим культурам.
Вердикт: Если значительное увеличение урожая энергетических культур окажется приемлемым и устойчивым, большая его часть может быть использована в топливном секторе. Однако маломасштабные системы могут быть желательны во все большем числе условий, а возможность использования углеродно-отрицательных систем, которые подходят для производства электроэнергии, но не для биотоплива, является уникальной и привлекательной возможностью.
Ветер
J. TAYLORЭнергия ветра расширяется быстрее, чем даже ее самые ярые сторонники могли бы пожелать несколько лет назад. Соединенные Штаты добавили 5,3 гигаватт ветровой мощности в 2007 году — 35% новых генерирующих мощностей страны — и еще 225 гигаватт находятся на стадии планирования. В Соединенных Штатах планируется больше ветроэнергетических мощностей, чем для угольных и газовых электростанций вместе взятых. По данным Глобального совета по ветроэнергетике, в мире за последние пять лет мощность увеличивалась почти на 25%.
По оценкамWind Power Monthly, установленная мощность ветра в мире на январь 2008 года составляла 94 гигаватта. Если рост продолжится на уровне 21%, эта цифра утроится за шесть лет.
Несмотря на это, в глобальном масштабе их количество остается небольшим, особенно с учетом того, что ветряные электростанции исторически производили только 20% своей мощности.
Затраты: Затраты на установку ветроэнергетики составляют около 1,8 миллиона долларов США за мегаватт для наземных разработок и от 2 долларов США.4 миллиона и 3 миллиона долларов на шельфовые проекты. Это составляет 0,05–0,09 доллара за киловатт-час, что делает ветер конкурентоспособным с углем в нижней части диапазона. При субсидиях, которыми пользуются многие страны, затраты намного ниже, чем на уголь — отсюда и бум. Основным ограничением для ветроэнергетических установок в настоящее время является то, насколько быстро производители могут производить турбины.
Эти затраты представляют собой значительные улучшения в технологии. В 1981 году ветряная электростанция могла состоять из группы турбин мощностью 50 киловатт, которые производили энергию примерно за 0 долларов.40 за киловатт-час. Сегодняшние турбины могут производить в 30 раз больше энергии при одной пятой цены с гораздо меньшим временем простоя.
Вместимость: Количество энергии, генерируемой движением атмосферы Земли, огромно — сотни тераватт. В статье 2005 года пара исследователей из Стэнфордского университета подсчитала, что не менее 72 тераватт могут быть эффективно произведены с использованием 2,5 миллионов современных более крупных турбин, размещенных в 13% мест по всему миру со скоростью ветра не менее 6.9 метров в секунду и, таким образом, являются практическими площадками (C. L. Archer and M. Z. Jacobson J. Geophys. Res. 110, D12110; 2005).
Преимущества: Главное преимущество ветра состоит в том, что он, как и гидроэнергетика, не требует топлива. Таким образом, единственные затраты связаны со строительством и обслуживанием турбин и линий электропередач. Турбины становятся больше и надежнее. Развитие технологий улавливания ветра на больших высотах могло бы предоставить источники с небольшими следами, способными генерировать энергию гораздо более устойчивым образом.
Недостатки: Конечным ограничением ветра может быть его прерывистость. Обеспечить от ветра до 20% мощности сети не так уж и сложно. Помимо этого, коммунальным предприятиям и операторам сетей необходимо предпринять дополнительные шаги, чтобы справиться с изменчивостью. Еще одна проблема с сетью, которая определенно ограничивает в ближайшем будущем, заключается в том, что самые ветреные места редко бывают самыми густонаселенными, и поэтому ветровая электроэнергия требует развития инфраструктуры, особенно для прибрежных районов.
Ветровая энергия, как и другие возобновляемые источники энергии, не только прерывистая, но и имеет довольно низкую плотность. Большая ветряная электростанция обычно вырабатывает несколько ватт на квадратный метр — 10 — очень много. Таким образом, энергия ветра зависит от дешевой земли, или от земли, используемой для других целей одновременно, или от того и другого. Кроме того, его трудно развернуть в районе, где население придает большое значение безтурбинному ландшафту.
Энергия ветра также распределяется неравномерно: она благоприятствует странам, имеющим доступ к ветреным морям и их береговым бризам или большим пустым равнинам.Германия покрыла большую часть своей самой ветреной земли турбинами, но, несмотря на эти новаторские усилия, ее совокупная мощность в 22 ГВт обеспечивает менее 7% потребностей страны в электроэнергии. По данным Британской ассоциации ветроэнергетики, Великобритания, которая гораздо медленнее внедряла ветроэнергетику, на сегодняшний день обладает самым большим в Европе оффшорным потенциалом — достаточным для трехкратного удовлетворения ее потребностей в электроэнергии. По оценкам отрасли, Европейский Союз может удовлетворить 25% своих текущих потребностей в электроэнергии за счет освоения менее 5% территории Северного моря.
Согласно исследованию Дэвида Кейта, главы Группы по энергетическим и экологическим системам Университета Калгари в Канаде, такое действительно крупномасштабное развертывание ветроэнергетических систем может повлиять на местный и потенциально глобальный климат за счет изменения характера ветров. Ветер имеет тенденцию к охлаждению, поэтому температура вокруг очень большой ветряной электростанции может повыситься, поскольку турбины замедляют ветер для извлечения его энергии. Кейт и его команда предполагают, что мощность ветра в 2 ТВт может повлиять на температуру примерно на 0.5 ° C, с потеплением в средних широтах и похолоданием на полюсах — возможно, в этом отношении компенсирует эффект глобального потепления (DW Keith et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 16115–16120; 2004) .
Вердикт: При широкомасштабном развертывании на равнинах Соединенных Штатов и Китая и более дешевом доступе к морю, мощность ветроэнергетики в тераватт или более является вероятной.
Геотермальная энергия
J. TAYLORВнутри Земли содержится огромное количество тепла, часть которого осталась от первоначального слияния планеты, а часть образовалась в результате распада радиоактивных элементов.Поскольку порода плохо проводит тепло, скорость, с которой это тепло течет к поверхности, очень низкая; если бы это было быстрее, ядро Земли замерзло бы, и ее континенты давно перестали бы дрейфовать.
Медленный поток тепла Земли делает ее трудным ресурсом для выработки электроэнергии, за исключением нескольких конкретных мест, например, тех, где много горячих источников. Лишь пара десятков стран производят геотермальную электроэнергию, и только пять из них — Коста-Рика, Сальвадор, Исландия, Кения и Филиппины — вырабатывают таким образом более 15% своей электроэнергии.Установленная мощность геотермальной электроэнергии в мире составляет около 10 гигаватт и растет очень медленно — около 3% в год в первой половине этого десятилетия. Десять лет назад мощность геотермальной энергии превышала мощность ветра; теперь это почти в десять раз меньше.
Тепло Земли также можно использовать напрямую. В самом деле, небольшие геотермальные тепловые насосы, которые напрямую обогревают дома и предприятия, могут внести самый большой вклад, который тепло Земли может внести в мировой энергетический бюджет.
Стоимость: Стоимость геотермальной системы зависит от геологических условий.Джефферсон Тестер, инженер-химик, входивший в команду, которая подготовила влиятельный отчет Массачусетского технологического института (MIT) по геотермальной технологии в 2006 году, объясняет ситуацию как «похожую на минеральные ресурсы». Существует целый ряд категорий ресурсов — от неглубоких высокотемпературных областей высокопористой породы до более глубоких низкопористых областей, которые сложнее эксплуатировать ». В этом отчете стоимость эксплуатации лучших участков — участков с большим количеством горячей воды, циркулирующей близко к поверхности — составляет около 0 долларов США.05 за киловатт-час. Гораздо более богатые ресурсы с низким содержанием полезных ископаемых можно эксплуатировать с помощью современных технологий только по гораздо более высоким ценам.
Абсолютная мощность: Земля теряет тепло от 40 до 50 ТВт в год, что составляет в среднем чуть меньше одной десятой ватта на квадратный метр. Для сравнения, солнечный свет в среднем составляет 200 Вт на квадратный метр. Сегодняшние технологии позволяют использовать 70 ГВт глобального теплового потока. С более продвинутыми технологиями можно было бы использовать как минимум вдвое больше.Исследование Массачусетского технологического института показало, что использование усовершенствованных систем, которые закачивают воду на глубину с использованием сложных систем бурения, можно было бы установить 100 ГВт геотермальной электроэнергии только в Соединенных Штатах. При аналогичных предположениях может быть достигнута глобальная цифра в тераватт или около того, предполагая, что геотермальная энергия могла бы, с большими инвестициями, обеспечить столько же электроэнергии, сколько сегодня плотины.
Преимущества: Геотермальные ресурсы не требуют топлива. Они идеально подходят для электроснабжения при базовой нагрузке, поскольку питаются от очень регулярного источника энергии.Геотермальные источники, составляющие 75%, имеют более высокий коэффициент использования, чем любые другие возобновляемые источники энергии. Низкопотенциальное тепло, оставшееся после выработки, можно использовать для отопления жилых помещений или в промышленных процессах.
Разведка и бурение ранее не использовавшихся геотермальных ресурсов стало намного проще благодаря картографической технологии и буровому оборудованию, разработанным в нефтяной промышленности. Значительная программа развития технологий — Tester предлагает 1 миллиард долларов на 10 лет — может значительно расширить достижимую мощность по мере открытия ресурсов более низкого качества.
Недостатки: Высококачественные ресурсы довольно редки, и даже низкокачественные ресурсы распределяются неравномерно. Углекислый газ может просачиваться из некоторых геотермальных полей, и могут возникнуть проблемы с загрязнением; вода, которая переносит тепло на поверхность, может переносить соединения, которые не должны попадать в водоносные горизонты. В засушливых регионах доступность воды может быть ограничением. Для крупномасштабной эксплуатации требуются технологии, которые, хотя и правдоподобны, не были продемонстрированы в виде надежных работающих систем.
Вердикт: Емкость может быть увеличена более чем на порядок. Без впечатляющих улучшений он вряд ли сможет обогнать гидро- и ветер и достичь тераватта.
Солнечная
J. TAYLORЧтобы ничего не отнять от чуда фотосинтеза, но даже в самых лучших условиях растения могут превратить только около 1% солнечной радиации, попадающей на их поверхности, в энергию, которую может использовать любой другой. Для сравнения: стандартная коммерческая солнечная фотоэлектрическая панель может преобразовывать 12–18% энергии солнечного света в полезную электроэнергию; Высококачественные модели имеют КПД выше 20%.Увеличение производственных мощностей и снижение затрат привели к значительному росту отрасли за последние пять лет: в 2002 году по всему миру было отправлено 550 МВт ячеек; в 2007 году этот показатель был в шесть раз больше. Общая установленная мощность солнечных элементов оценивается примерно в 9 ГВт. Однако фактическое количество вырабатываемой электроэнергии значительно меньше, поскольку ночь и облака уменьшают доступную мощность. Из всех возобновляемых источников энергии у солнечной энергии самый низкий коэффициент использования мощности — около 14%.
Солнечные элементы — не единственная технология, с помощью которой солнечный свет можно превратить в электричество.Концентрированные солнечные тепловые системы используют зеркала для фокусировки солнечного тепла, обычно нагревая рабочую жидкость, которая, в свою очередь, приводит в движение турбину. Зеркала могут быть установлены в желобах, в параболах, отслеживающих Солнце, или в массивах, которые фокусируют тепло на центральной башне. Пока что установленная мощность довольно мала, и технология всегда будет ограничиваться местами, где много дней без облаков — для этого требуется прямое солнце, в то время как фотоэлектрические батареи могут обходиться более рассеянным светом.
Затраты: Стоимость производства солнечных элементов в настоящее время составляет 1 доллар США.50–2,50 за ватт генерирующей мощности, а цены находятся в диапазоне 2,50–3,50 долларов за ватт. Затраты на установку являются дополнительными; цена полной системы обычно примерно в два раза дороже ячеек. То, что это означает с точки зрения стоимости киловатт-часа в течение срока службы установки, варьируется в зависимости от местоположения, но получается около 0,25–0,40 доллара США. Снижаются производственные затраты и затраты на установку, поскольку фотоэлектрические элементы, интегрированные в строительные материалы, заменяют отдельно стоящие панели для бытовых применений.Текущие технологии должны обеспечивать производство по цене менее 1 доллара за ватт в течение нескольких лет (см. Nature 454, 558–559; 2008).
Стоимость киловатт-часа концентрированной солнечной тепловой энергии оценивается Национальной лабораторией возобновляемой энергии США (NREL) в Голдене, Колорадо, примерно в 0,17 доллара.
Вместимость: Земля получает около 100 000 ТВт солнечной энергии на своей поверхности — достаточно энергии каждый час, чтобы обеспечить потребности человечества в энергии в течение года. Есть части пустыни Сахара, пустыни Гоби в Центральной Азии, Атакамы в Перу или Большого бассейна в Соединенных Штатах, где гигаватт электроэнергии может быть произведен с использованием сегодняшних фотоэлектрических элементов в массиве 7 или 8 километров в поперечнике.Теоретически все мировые потребности в первичной энергии могут быть удовлетворены менее чем на десятой части площади Сахары.
Сторонники солнечных батарей указывают на расчет NREL, утверждающий, что солнечные панели на всех пригодных для использования поверхностях жилых и коммерческих крыш могут обеспечивать Соединенные Штаты таким же количеством электроэнергии в год, сколько страна использовала в 2004 году. В более умеренном климате дела обстоят не так. многообещающе: в Великобритании можно было бы ожидать ежегодной инсоляции около 1000 киловатт-часов на метр на южной панели, наклоненной с учетом широты: при 10% эффективности это означает, что для удовлетворения требований потребуется более 60 квадратных метров на человека. текущее потребление электроэнергии в Великобритании.
Преимущества: The Sun представляет собой практически неограниченный запас топлива без каких-либо затрат, которое широко распространено и не оставляет следов. Общественность принимает солнечные технологии и в большинстве мест одобряет их — они менее важны с геополитической, экологической и эстетической точек зрения, чем ядерные, ветряные или гидроэнергетические установки, хотя чрезвычайно большие установки в пустыне могут вызвать протесты.
Фотоэлектрические системы часто можно устанавливать по частям — дом за домом и бизнес за бизнесом.В этих условиях стоимость производства электроэнергии должна конкурировать с розничной ценой на электроэнергию, а не со стоимостью ее производства другими способами, что дает значительный прирост солнечной энергии. Эта технология также, очевидно, хорошо подходит для автономной генерации и, следовательно, для районов без хорошо развитой инфраструктуры.
Как фотоэлектрические, так и концентрированные солнечные тепловые технологии нуждаются в улучшении. Вполне разумно представить, что через одно-два десятилетия новые технологии могут снизить стоимость ватта для фотоэлектрической энергии в десять раз, что почти невозможно представить для любого другого неуглеродного источника электроэнергии.
Недостатки: Конечным ограничением солнечной энергии является темнота. Солнечные элементы не производят электричество ночью, а в местах с частой и обширной облачностью генерация непредсказуемо колеблется в течение дня. Некоторые концентрированные солнечные тепловые системы обходят это, накапливая тепло в течение дня для использования в ночное время (расплавленная соль является одним из возможных средств хранения), что является одной из причин, по которой они могут быть предпочтительнее фотоэлектрических для больших установок.Другая возможность — распределенное хранение, возможно, в батареях электрических и гибридных автомобилей (см. Стр. 810).
Другая проблема заключается в том, что крупные установки обычно будут располагаться в пустынях, и поэтому распределение вырабатываемой электроэнергии будет создавать проблемы. Исследование, проведенное в 2006 году Немецким аэрокосмическим центром, показало, что к 2050 году Европа может импортировать 100 ГВт из ассортимента фотоэлектрических и солнечных тепловых электростанций через Ближний Восток и Северную Африку. Но в отчете также отмечается, что для этого потребуются новые системы распределения электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.
Возможный недостаток некоторых усовершенствованных фотоэлектрических элементов состоит в том, что они используют редкие элементы, стоимость которых может увеличиваться, а поставки могут быть ограничены. Однако неясно, является ли какой-либо из этих элементов действительно ограниченным — больше резервов можно было бы сделать экономически жизнеспособными, если бы спрос был выше, — или незаменимыми.
Вердикт: В среднесрочной и долгосрочной перспективе размер ресурса и потенциал для дальнейшего технологического развития не позволяют не рассматривать солнечную энергию как наиболее многообещающую безуглеродную технологию.Но без значительно расширенных возможностей хранения он не может решить проблему полностью.
Энергия океана
J. TAYLORОкеаны обладают двумя видами доступной кинетической энергии — приливами и волнами. Ни один из них в настоящее время не вносит значительного вклада в мировое производство электроэнергии, но это не мешает энтузиастам разрабатывать схемы их использования. Несомненно, есть места, где благодаря особенностям географии приливы являются мощным ресурсом.В некоторых ситуациях этот потенциал лучше всего использовать плотиной, которая создает резервуар, похожий на водохранилище гидроэлектростанции, за исключением того, что он регулярно пополняется за счет притяжения Луны и Солнца, а не медленно пополняется за счет стока воды. падающий дождь. Но хотя обсуждаются различные схемы создания приливных заграждений — в первую очередь, Севернская плотина между Англией и Уэльсом, которая, по утверждениям сторонников, может предложить до 8 ГВт, — электростанция в устье Рэнса в Бретани, мощностью 240 МВт, остается мировой. крупнейшая приливная электростанция спустя более 40 лет после ее ввода в эксплуатацию.
Есть также места, хорошо подходящие для систем приливного течения — затопленные турбины, которые вращаются во время прилива, как ветряные мельницы в воздухе. Турбина мощностью 1,2 МВт, установленная этим летом в устье Странгфорд-Лох, Северная Ирландия, является самой крупной из установленных на сегодняшний день такой системой.
Большинство технологий для захвата мощности волн все еще находятся на стадии тестирования. Отдельные компании работают над множеством потенциальных проектов, включая машины, которые колеблются на волнах, как змея, подпрыгивают вверх и вниз, когда вода проходит по ним, или устраиваются на береговой линии, чтобы их регулярно переполняли волны, которые приводят в действие турбины, когда вода стекает. .Испытательный стенд Европейского центра морской энергии на Оркнейских островах Соединенного Королевства, где производители могут подключить прототипы к морской электросети и проверить, насколько хорошо они выдерживают удары волн, является ведущим центром исследований. Например, компания Pelamis Wave Power, базирующаяся в Эдинбурге, Великобритания, перешла от тестирования к установке трех машин у побережья Португалии, которые вместе в конечном итоге вырабатывают 2,25 МВт.
Затраты: Затраты на сооружение заграждений заметно различаются от места к месту, но в целом сопоставимы с затратами на гидроэнергетику.При ориентировочной стоимости в 15 миллиардов фунтов стерлингов (30 миллиардов долларов США) или более капитальные затраты на строительство плотины Северн составят около 4 миллионов долларов на мегаватт. В отчете British Carbon Trust за 2006 год, который стимулирует инвестиции в неуглеродную энергетику, затраты на электроэнергию приливных потоков находятся в диапазоне 0,20–0,40 долл. США за киловатт-час, а волновые системы работают до 0,90 долл. США за киловатт-час. Ни одна из технологий не приближается к крупномасштабному производству, необходимому для значительного снижения таких затрат.
Вместимость: Взаимодействие массы Земли с гравитационными полями Луны и Солнца, по оценкам, производит около 3 ТВт приливной энергии — довольно скромно для такого астрономического источника (хотя и достаточно, чтобы играть ключевую роль в сохранении океанов. смешанные — см. Nature 447, 522–524; 2007).Из них, возможно, 1 ТВт находится на достаточно мелководье, чтобы его можно было легко эксплуатировать, и только небольшая часть из них реально доступна. EDF, французская энергетическая компания, разрабатывающая приливную энергию у берегов Бретани, заявляет, что потенциал приливных потоков у берегов Франции составляет 80% от потенциала, доступного для всей Европы, и все же он все еще немногим больше гигаватта.
Мощность океанских волн оценивается более чем в 100 ТВт. Европейская ассоциация океанической энергетики оценивает, что доступный глобальный ресурс составляет от 1 до 10 тераватт, но считает, что с помощью современных технологий можно извлечь гораздо меньше.Анализ, опубликованный в бюллетене MRS в апреле 2008 года, показывает, что около 2% мировой береговой линии имеют волны с плотностью энергии 30 кВт · м −1 , что дает технический потенциал около 500 ГВт для устройств, работающих с КПД 40%. . Таким образом, даже при большом объеме разработки мощность волн вряд ли приблизится к существующей установленной мощности гидроэлектростанций.
Преимущества: Приливы в высшей степени предсказуемы, а в некоторых местах плотины действительно предлагают потенциал для крупномасштабной генерации, которая будет значительной в масштабах страны.Заграждения также предлагают некоторый встроенный потенциал для хранения. Волны непостоянны, но они надежнее ветра.
ОБЪЯВЛЕНИЕ
Недостатки: Доступный ресурс сильно зависит от географического положения; не у каждой страны есть береговая линия, и не на каждой береговой линии есть сильные приливы или приливные потоки, или особенно впечатляющие волны. Районы с особенно жаркими волнами включают западное побережье Австралии, Южную Африку, западное побережье Северной Америки и западноевропейское побережье.Строить турбины, которые могут десятилетиями работать в море в суровых условиях, сложно. Заграждения оказывают воздействие на окружающую среду, обычно затопляя ранее приливно-болотные угодья, а системы волн, окаймляющие длинные участки впечатляющей береговой линии, могут быть трудны для восприятия населением. Приливы и волны по своей природе имеют тенденцию обнаруживаться на дальнем конце электрических сетей, поэтому возвращение энергии представляет собой дополнительную трудность. Известно, что серферы возражают…
Вердикт: Маргинальное в мировом масштабе.
См. Редакцию, стр. 805.
Авторы: Квирин Ширмайер, Джефф Толлефсон, Тони Скалли, Александра Витце и Оливер Мортон.
Список литературы
- Ключевая статистика мировой энергетики, 2007 г. (Международное энергетическое агентство, 2007 г.).
- Hohmeyer, O. & Trittin, T. (eds) Proc. Предварительное совещание МГЭИК по возобновляемым источникам энергии 20–25 января 2008 г., Любек, Германия (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, 2008 г.).
- Смил В. Энергия в природе и обществе: общая энергетика сложных систем (MIT Press, 2008).
- Мец, Б., Дэвидсон, О., Бош, П., Дэйв, Р., Мейер, Л. (ред.) Изменение климата 2007: Смягчение последствий изменения климата (Cambridge Univ. Press, 2007).
Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)
Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий
Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии.Источники и технологии менялись со временем, и некоторые из них используются чаще, чем другие.
Три основных категории энергии для производства электроэнергии — это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.
Нажмите для увеличения
Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии
Природный газ был крупнейшим источником — около 40% — выработки электроэнергии в США в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.
Угольбыл третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Практически все угольные электростанции используют паровые турбины.Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.
Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах. Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.
Ядерная энергия обеспечивает пятую часть электроэнергии США
Ядерная энергия была источником около 20% U.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.
Возобновляемые источники энергии обеспечивают все большую долю электроэнергии в США
Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и составили около 20% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году.
Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. 1 Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, соединенной с генератором.
Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.
Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.
Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах. В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.
Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.
1 Включает обычные гидроэлектростанции.
Последнее обновление: 18 марта 2021 г.
3 Технологии производства электроэнергии из возобновляемых источников | Электроэнергия из возобновляемых источников: состояние, перспективы и препятствия
Эрнст, Б., Б. Оуклиф, М.Л. Альстром, М. Ланге, К. Мёрлен, Б. Ланге, У. Фокен и К. Рориг. 2007. Предсказание ветра. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6): 78-89.
ETSO (Европейские операторы систем передачи). 2007. Европейское исследование интеграции ветра (EWIS) на пути к успешной интеграции ветроэнергетики в европейские электрические сети. Брюссель. Доступно на http://www.etsonet.org/upload/documents/Final-report-EWIS-phase-I-approved.pdf.
Флетчер, Э.А. 2001. Солнечная термическая обработка: обзор. Журнал инженерии солнечной энергии 123: 63-74.
Гюк, И. 2008. Хранение энергии для более зеленой сети. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г.Вашингтон, округ Колумбия,
Хоулинс Д. и М. Ротледер. 2006. Возрастающая роль прогнозирования ветра в рыночных операциях CAISO. Стр. 234-238 на конференции и выставке Power Systems, 2006 (PSCE ’06). Вашингтон, округ Колумбия: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.
IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). 2005. Выпуск за ноябрь / декабрь: Работа с ветром — интеграция ветра в энергосистему. Журнал IEEE Power & Energy 3 (6).
IEEE.2007a. Выпуск за ноябрь / декабрь: Интеграция ветроэнергетики, политика вождения и экономика. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6).
Джонс А.Т. и У. Финли. 2003. Последние разработки в области мощности градиента солености. Стр. 2284-2287 в ОКЕАНАХ 2003: празднование прошлого, объединение в будущее. Колумбия, штат Мэриленд: Общество морских технологий.
King, D.L., W.E. Бойсон, Дж. Мраточвиль. 2004. Модель производительности фотоэлектрических решеток. Отдел исследований и разработок фотоэлектрических систем. Альбукерке, Н.Мекс .: Национальные лаборатории Сандиа.
Кропоски, Б. 2007. Взаимосвязь и хранение возобновляемых источников энергии. Презентация на первом заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 18 сентября 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,
Манчини Т., П. Хеллер, Б. Балтер, Б. Осборн, С. Вольфганг, Г. Вернон, Р. Бак, Р. Дайвер, К. Андрака и Дж. Морено. 2003. Системы Блюдо Стирлинга: Обзор развития и состояния. Журнал инженерии солнечной энергии 125: 135-151.
Маккенна, Дж., Д. Блэквелл, К. Мойес и П.Д. Паттерсон. 2005 г. Возможна поставка геотермальной электроэнергии с побережья Мексиканского залива и нефтяных месторождений Среднего Континента. Нефтегазовый журнал (5 сентября): 3440.
Miles, A.C. 2008. Гидроэнергетика в Федеральной комиссии по регулированию энергетики. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,
Миллс Д., П. Ле Ливр и Г.Л. Моррисон. 2004. Подход к более низким температурам для очень больших солнечных электростанций.Материалы 12-го Международного симпозиума по солнечной энергии и химическим энергетическим системам (SolarPACES ’04), Оахака, Мексика. Доступно на http://www.ausra.com/pdfs/LowerTempApproach_Mills_2006.pdf.
4 альтернативных метода производства устойчивой энергии
4 Альтернативные методы производства устойчивой энергии
от Алессандро дю Бесс, технический редактор1.96 тыс.
Каким будет будущее производства энергии? Какие есть альтернативные методы производства энергии помимо ископаемого топлива? В этой статье электрик Муррумбина рассмотрит четыре компании, работающие над решениями в области устойчивой энергетики.
Для начала давайте рассмотрим ЦУР: ЦУР 7 делает упор на производство электроэнергии с помощью возобновляемых и устойчивых источников энергии, а ЦУР 7.2 требует «существенно увеличить долю возобновляемых источников энергии в глобальном энергетическом балансе» .
В 2018 году возобновляемые источники энергии произвели лишь 26% мировой энергетики. Центр климатических и энергетических решений ожидает, что эта цифра составит , «вырастет до 45 процентов к 2040 году». Будет ли это возможно?
4 Альтернативные методы производства устойчивой энергии
1 — Fervo Energy
Геотермальная энергия поступает из-под земли в виде воды или пара. Затем его преобразуют и используют для отопления и электричества. В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца и ветра, которые работают с перебоями, геотермальные электростанции могут вырабатывать электроэнергию 24 часа в сутки и устойчивым образом.Единственная проблема, связанная с геотермальной энергией, заключается в том, что ее можно использовать только в определенных областях планеты, обычно вблизи границ тектонических плит.
Fervo Energy, стартап из Калифорнии, работает над изменением этого положения. Они стремятся применить горизонтальное бурение в геотермальной промышленности и надеются получить больше энергии из тепла под поверхностью земли. Если это сработает, геотермальную энергию можно будет использовать в областях планеты, не обязательно вблизи границ тектонических плит. Фонд Билла Гейтса Breakthrough Energy Ventures принял решение инвестировать в эту компанию в 2018 году.
2 — AW-Energy — Волновой ролик
Финская компания AW-Energy планирует производить чистую энергию из волн. Волны перемещают панель, а WaveRoller от AW-Energy толкает поршень, подключенный к гидравлической системе, которая генерирует энергию. Список розничных продавцов энергии в Альберте можно найти на сайте UCA help.
Эта технология очень эффективна, и компания планирует установить WaveRoller недалеко от побережья, чтобы упростить обслуживание и подключение к сети. WaveRoller может генерировать от 350 кВт до 1000 кВт в зависимости от волновых условий на площадке проекта.В видео ниже вы, в частности, увидите установку первого волнового ролика в Португалии.
СВЯЗАННЫЕ СТАТЬИ: 3 способа поддержки чистой энергии в условиях блокировки | 5 способов снизить потребление энергии | Почему города, поселки и регионы создают план действий по достижению 100% возобновляемых источников энергии | Потребление энергии в развивающихся странах к 2040 году: | Инсайдер Кремниевой долины: чистое хранилище энергии от Hydrostor Solves
3 — Eavor
Eavor — еще один стартап, работающий в геотермальной промышленности, но с другим подходом.В прошлый вторник они объявили о привлечении капитала в размере 8 миллионов долларов для дальнейшего развития своих технологий.
Eavor отличается от своих конкурентов своей системой с обратной связью под названием Eavor-Loop ™. В этой системе собранная геотермальная энергия вводится в виде жидкости и циркулирует по трубам, расположенным под землей. Этот замкнутый цикл генерирует энергию и, как и Fervo Energy, не требует большого количества тепла для запуска процесса, поэтому систему Eavor можно применять в нескольких местах по всей планете.
«Контур» также является энергоэффективным, поскольку конструкция полностью находится под землей, а жидкости повторно используются и непрерывно проталкиваются в замкнутом контуре, как радиатор. Чтобы полностью понять, как это работает, посмотрите видео ниже!
4 — Rainergy
Rainergy — это азербайджанский стартап, вырабатывающий энергию из… капель дождя! Для этого они построили устройство, состоящее из четырех частей: коллектора дождя, резервуара, электрогенератора и батареи. В зависимости от условий это устройство могло генерировать до 120 Вт мощности.
Очевидно, что технология Rainergy не может конкурировать даже с «обычными» возобновляемыми источниками энергии, особенно с солнечными батареями и ветряными турбинами. Но они знают об этом, поскольку их цель — решить « проблему дефицита энергии в дождливых странах и странах с низким уровнем доходов». Если вам интересна эта идея и вы лучше понимаете, как она работает, посмотрите видео ниже!
На обложке: Ветряные турбины. Фото: Unsplash
Примечание редактора: Мнения, выраженные здесь компанией Impakter.com — свои собственные обозреватели, а не сотрудники Impakter.com
Наши источники энергии, электричество — Национальные академии
Электричество
Электричество нельзя добывать из земли, как уголь . Таким образом, он называется вторичным источником энергии, что означает, что он получен из первичных источников, включая уголь, природный газ, реакции ядерного деления, солнечный свет, ветер и гидроэнергетику.Наиболее прямое использование первичной энергии ограничивается генерированием тепла и движения. Электроэнергия, напротив, чрезвычайно универсальна и имеет широкий спектр сложных применений. Электроэнергия играет настолько важную роль в современной жизни Америки, что ее спрос и предложение часто рассматриваются отдельно от первичных источников, используемых для ее производства.
Управление энергетической информации США (EIA) прогнозирует увеличение производства электроэнергии в США на 11% в период с 2015 по 2040 год, или примерно на 0%.4% в год. На практике это означает соответствующее увеличение спроса на уголь и газ, по крайней мере, в ближайшем будущем. Электростанции в настоящее время потребляют почти две пятых энергии США из всех источников, включая около 91% американского угля и 35% природного газа, а также биомассу и свалочный газ. Сжигание этого топлива производит большое количество парниковых газов (ПГ) и других загрязнителей.
Производство электроэнергии из возобновляемых источников — сложная задача, но в ней наблюдается определенный прогресс.Согласно прогнозам EIA, доля общей энергии, потребляемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, к 2040 году достигнет 28%. Однако интеграция энергии из многих из этих возобновляемых источников, вероятно, потребует расширения и улучшения системы электропередачи, например, добавление дополнительных линий электропередачи.
Согласно прогнозам, к 2040 году доля энергии, потребляемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, вырастет примерно до 28%.
Последовательные усилия и ускоренное внедрение новых технологий и эффективных возобновляемых источников могут обеспечить больший процент потребностей США в электроэнергии. Конечный результат будет зависеть от выбора потребителей, политики правительства США и рыночной цены на существующие и альтернативные источники энергии.
Ядерная энергия не производит парниковых газов в процессе производства электроэнергии и в настоящее время производит 20% электроэнергии Америки. Однако EIA прогнозирует, что общий объем производства электроэнергии ядерной энергетикой останется неизменным в течение следующих 25 лет.Усилия по увеличению мощности наталкиваются на три крупных, но не непреодолимых препятствия: высокие капитальные вложения, связанные со строительством новых атомных электростанций; сопротивление со стороны групп граждан, выступающих против ядерной энергетики и хранения радиоактивных материалов; и вопросы международной безопасности. (Как подготовка топлива ядерного реактора, так и утилизация топлива ядерного реактора после его использования создают возможности для производства материалов, которые могут быть использованы в ядерном оружии и которые, как правило, недоступны другими способами.)
Доставить электроэнергию потребителям может быть такой же сложной задачей, как и ее создание. Генерирующие станции обычно строятся вдали от центров нагрузки, потому что их легче найти, а наличие инфраструктуры беспокоит меньшее количество людей. Электроэнергия поставляется сложной высоковольтной системой передачи и распределения («сеть»), которая состоит из более чем 19 000 электрических генерирующих единиц с генерирующей мощностью более 1 миллиона мегаватт, подключенных к более чем 450 000 миль линий электропередачи.Он эволюционировал постепенно на протяжении десятилетий, в последние годы на него все чаще обращают внимание, и растет беспокойство по поводу его уязвимостей. Большинству американцев известно, что массовые отключения электроэнергии вызывают повсеместные сбои: например, в результате единственного события в августе 2003 года отключили электричество около 50 миллионов потребителей от Огайо до Нью-Йорка и Канады, что принесло убытки примерно в 6 миллиардов долларов. Но немногие из нас знают, что даже в относительно спокойные периоды отключения электроэнергии и перебои в подаче электроэнергии обходятся американцам как минимум в 150 миллиардов долларов в год — примерно по 500 долларов на каждого мужчину, женщину и ребенка, согласно данным U.S. Министерство энергетики (DOE).
Модернизация энергосистемы США до уровня «умной сети», то есть такой, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, представляет собой значительные вложения, но принесет многочисленные выгоды. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству сбоев в системе и более быстрому восстановлению электроснабжения при отключении электроэнергии. Модернизированная сеть может способствовать большей зависимости от возобновляемых и прерывистых ресурсов, при условии разработки жизнеспособных методов хранения.А современная сеть позволит создать оптовые рынки энергии, более выгодные цены для потребителей и более распределенную систему производства электроэнергии.
.