Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Возобновляемые источники энергии

Что такое возобновляемая энергия?

Энергетические установки делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

Возобновляемая энергия - это энергия, получаемая из природных источников, которые пополняются со скоростью, превышающей скорость ее потребления. Примерами таких постоянно пополняемых источников являются солнечный свет и ветер. Возобновляемые источники могут обеспечить огромное количество энергии и окружают нас повсюду.

В противоположность им ископаемые виды топлива - уголь, нефть и газ - являются невозобновляемыми ресурсами, на формирование которых уходят сотни миллионов лет. При сжигании ископаемых видов топлива для производства энергии происходят выбросы вредных парниковых газов, таких как углекислый газ.

Получение энергии из возобновляемых источников сопряжено с гораздо меньшими выбросам и, чем сжигание ископаемого топлива. Переход от ископаемых видов топлива, на которые в настоящее время приходится львиная доля выбросов, к возобновляемым источникам энергии имеет ключевое значение для преодоления климатического кризиса.

На сегодняшний день возобновляемые источники энергии являются более дешевой альтернативой в большинстве стран и создают в три раза больше рабочих мест, чем ископаемые виды топлива.

К возобновляемым источникам энергии входят:

Солнечная энергия

Энергия ветра

Геотермальная энергия

Гидроэнергия

Энергия океана

Солнечная энергия

Солнечная энергия является самым богатым из всех энергетических ресурсов и может использоваться даже в пасмурную погоду. Скорость, с которой солнечная энергия улавливается Землей, примерно в 10 тыс. раз превышает скорость, с которой человечество потребляет энергию.

Солнечные технологии могут обеспечивать тепло, охлаждение, естественное освещение, электричество и топливо для множества применений. Эти технологии позволяют преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических панелей либо зеркал, концентрирующих солнечное излучение.

Хотя не все страны в равной мере обеспечены солнечной энергией, каждая из них может внести существенный вклад в энергетический баланс за счет энергии солнца как таковой.

В последнее десятилетие стоимость производства солнечных панелей резко упала, что сделало их не только доступным, но и зачастую самым дешевым способом получения электроэнергии. Солнечные панели имеют срок службы около 30 лет и выпускаются в разных оттенках в зависимости от типа материала, используемого при их производстве.

Энергия ветра

Ветроэнергетика использует кинетическую энергию движущегося воздуха с помощью больших ветряных турбин, расположенных на суше (наземные ветроэлектростанции) или в морской или пресной воде (морские/прибрежные ветроэлектростанции). Энергия ветра используется на протяжении тысячелетий, однако за последние несколько лет технологии наземной и морской ветроэнергетики эволюционировали в направлении максимального увеличения объема производимой электроэнергии за счет более высоких турбин и большего диаметра вращающейся части.

Хотя средняя скорость ветра сильно варьируется в зависимости от местности, мировой технический потенциал ветроэнергетики превышает мировой объем производства электричества, а большинство регионов мира располагают достаточными возможностями для создания значительного количества ветроэлектростанций.

Сильные ветры бывают во многих регионах мира, но иногда для выработки ветровой энергии больше всего подходят отдаленные районы. Морская ветроэнергетика имеет огромный потенциал.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика использует доступную тепловую энергию недр Земли. Тепло получают из геотермальных резервуаров посредством бурения скважин или иными способами. Резервуары, которые по своей природе являются достаточно горячими и проницаемыми, называются гидротермальными резервуарами, а достаточно горячие резервуары, улучшенные с помощью гидравлической стимуляции - усовершенствованными геотермальными системами.

Оказавшиеся на поверхности жидкости разной температуры могут быть использованы для выработки электроэнергии. Технология производства электроэнергии из гидротермальных резервуаров является отработанной и надежной и применяется уже более 100 лет.

Рис. Схема строения геотермального резервуара

Гидроэнергия

Гидроэнергетика использует энергию воды, перемещающейся с большей высоты на меньшую. Такая энергия может быть получена с помощью водохранилищ и рек. Гидроэлектростанции на водохранилищах задействуют находящиеся в них запасы воды, в то время как русловые ГЭС используют энергию доступного речного стока.

Гидроэнергетические водохранилища часто служат нескольким целям, обеспечивая питьевую воду и воду для орошения, возможность бороться с наводнениями и засухами, навигационные услуги и энергоснабжение.

В настоящее время гидроэнергетика является крупнейшим источником возобновляемой энергии в электроэнергетическом секторе. Она зависит от в целом стабильных режимов распределения осадков и может подвергаться негативному воздействию вызванных климатом засух или изменений в экосистемах, которые влияют на такие режимы.

Инфраструктура, необходимая для получения гидроэнергии, также может оказывать неблагоприятное воздействие на экосистемы. По этой причине многие считают малые гидроэлектростанции более экологичным вариантом, особенно подходящим для населения отдаленных районов.

Энергия океана

Для получения энергии океана применяются технологии, основанные на использовании кинетической и тепловой энергии морской воды - например, волн или течений - в целях производства электричества или тепло.

Океанические энергетические системы до сих пор находятся на ранней стадии разработки; в настоящее время тестируется ряд прототипов устройств, использующих волны и приливные течения.

Возобновляемая, или регенеративная, «зелёная», энергия - энергия из энергетических ресурсов, которые являются возобновляемыми или неисчерпаемыми по человеческим масштабам. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов или возобновляемых органических ресурсов и предоставлении для технического применения.

Статистика возобновляемых источников энергии

В 2019 году 26,8% мирового энергопотребления было удовлетворено из возобновляемых источников энергии (из которых большая часть (16%) составляет гидроэнергетика)

В 2006 году около 18% мирового потребления электроэнергии было удовлетворено из возобновляемых источников энергии, причём 13% из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины. В 2010 году 16,7% мирового потребления энергии поступало из возобновляемых источников; в 2015 году этот показатель составил 19,3%. Доля традиционной биомассы постепенно сокращается, в то время как доля возобновляемой энергии растёт. По прогнозу ИЭИ РАН и Центра энергетики Московской школы управления «Сколково», к 2040 году ВИЭ обеспечат 35-50% мирового производства электроэнергии и 19-25% всего энергопотребления.

С 2004 по 2013 годы доля электроэнергии, производимой в Евросоюзе из возобновляемых источников, выросла с 14% до 25%. В Германии в 2018 году из возобновляемых источников было произведено 38% электроэнергии.

Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника; этиловый спирт в настоящее время покрывает 18% потребности страны в автомобильном топливе. Топливный этанол также широко распространён в США.

Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 15,3% мировой генерации электроэнергии и 3,3% мирового потребления энергии (в 2010 году).

Использование энергии ветра растёт примерно на 30% в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт (ГВт) в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае.

Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Производство фотоэлектрических панелей быстро нарастает, в 2008 году было произведено панелей общей мощностью 6,9 ГВт (6900 МВт), что почти в шесть раз больше уровня 2004 года.

Геотермальные установки: крупнейшей в мире является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.

Крупные несырьевые компании поддерживают использование возобновляемой энергии. Так, IKEA собирается к 2020 году полностью обеспечивать себя за счёт возобновляемой энергии. Apple - крупнейший владелец солнечных электростанций, и за счёт возобновляемых источников энергии работают все дата-центры компании. Доля возобновляемых источников в энергии, потребляемой Google, составляет 35%, инвестиции компании в возобновляемую энергетику превысили 2 миллиарда долларов

Инвестиции на возобновляемые источники энергии

возобновляемый солнечный ветровой геотермальный гидроэнергия

Во всём мире в 2008 году инвестировали $51,8 миллиарда в ветроэнергетику, $33,5 миллиарда в солнечную энергетику и $16,9 миллиарда в биотопливо. Страны Европы в 2008 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 миллиардов, страны Америки - $30 миллиардов, Китай - $15,6 миллиарда, Индия - $4,1 миллиарда.

В 2009 году инвестиции в возобновляемую энергетику во всём мире составляли $160 миллиардов, а в 2010 году - $211 миллиардов. В 2010 году в ветроэнергетику было инвестировано $94,7 миллиарда, в солнечную энергетику - $26,1 миллиарда и $11 миллиардов - в технологии производства энергии из биомассы и мусора.

Прямые издержки на сооружение мощностей обходятся в 2,1-2,3 тыс. долларов/кВт для ветрогенерации и 2,3-2,7 тыс. долларов/кВт - для солнечной генерации (по данным на 2021 год). Для сравнения: объекты газовой генерации обходятся в среднем в мире в 1-1,1 тыс. долларов/кВт при более высоких показателях использования мощностей.

В 2021 году Египту удалось одобрить существенные финансовые реформы, привлечь постоянные частные инвестиции (до 3,1 миллиарда долларов) благодаря возрожденной деловой среде и стать международным региональным энергетическим центром, приняв у себя предстоящую конференцию COP27. В дополнение к значительной перестройке политики в отношении возобновляемых источников энергии ожидается, что к 2030 году Египет станет крупным поставщиком возобновляемой энергии.

Подробно об источниках энергии:

Солнечная энергия - энергия от Солнца в форме радиации и света. Эта энергия в значительной мере управляет климатом и погодой, и является основой жизни. Технология, использующая солнечную энергию, называется солнечной энергетикой.

Солнечная энергия и Земля

В верхние слои атмосферы Земли постоянно поступает 174 ПВт солнечного излучения (инсоляции). Около 6% инсоляции отражается от атмосферы, 16% поглощается ею. Средние слои атмосферы в зависимости от погодных условий (облака, пыль, атмосферные загрязнения) отражают до 20% инсоляции и поглощают 3%.

Атмосфера не только уменьшает количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, но и диффундирует около 20% с того что поступает, и фильтрует часть его спектра. После прохождения атмосферы около половины инсоляции находится в видимой части спектра. Вторая половина находится преимущественно в инфракрасной части спектра. Только незначительная часть этой инсоляции приходится на ультрафиолетовое излучение.

Солнечное излучение поглощается поверхностью суши, океанами (покрывают около 71% поверхности земного шара) и атмосферой. Абсорбция солнечной энергии через атмосферную конвекцию, испарение и конденсация водяного пара является движущей силой круговорота воды и управляет ветрами. Солнечные лучи, абсорбированные океаном и сушей, поддерживает среднюю температуру на поверхности Земли, что ныне составляет 14 °C. Благодаря фотосинтезу растений солнечная энергия может превращаться в химическую, которая хранится в виде пищи, древесины и биомассы, которая в конце концов превращается в ископаемое топливо.

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. 2020 год стал лучшим годом в истории для мировой ветроэнергетики, когда было установлено 93 ГВт новых мощностей, что на 53% больше по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. В 2020 году рекордный рост был обусловлен всплеском установок в Китае и США - двух крупнейших мировых рынках ветроэнергетики - которые вместе установили почти 75% новых установок в 2020 году, что составляет более половины всей мировой ветроэнергетики. В 2020 году общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 743 ГВт, что эквивалентно годовым выбросам углерода в во всей Южной Америке или более 1,1 миллиарда тонн C02 в год. [1] В 2019 году общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 651 гигаватт [2] и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов (КИУМ) в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). В 2019 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 1430 тераватт-часов (5,3% всей произведённой человечеством электрической энергии).[3][2] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. Согласно данным WindEurope, в 2019 году в Дании с помощью ветрогенераторов было произведено 48% всего электричества, в Ирландии - 33%, в Португалии - 27%, в Германии - 26%, в Великобритании - 22%, в Испании - 21%, в Европейском Союзе в целом - 15% [4]. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2015 года в ветроэнергетике занято более 1 000 000 человек во всем мире [5] (в том числе 500 000 в Китае и 138 000 в Германии) [6].

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой доле ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой доли возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии [7][8][9]. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика - направление энергетики, основанное на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях, или непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

Запасы тепла Земли практически неисчерпаемы - при остывании только ядра Земли (не считая мантии и коры) на 1°C выделится 2*10²⁰ кВт?ч энергии, что в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе, и в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества. При этом температура ядра превышает 6000°C, а скорость остывания оценивается в 300-500°C за миллиард лет.

Тепловой поток, текущий из недр Земли через её поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт?ч в год, что в 17 раз больше всей мировой выработки, и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля), а тепловая мощность, вырабатываемая Землёй за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40 оценивается в 33±20 ТВт, то есть до 70% теплопотерь Земли восполняется [1]. Использование даже 1% этой мощности эквивалентно нескольким сотням мощных электростанций. Однако, плотность теплового потока при этом составляет менее 0,1 Вт/м² (в тысячи и десятки тысяч раз меньше плотности солнечного излучения), что затрудняет её использование.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее +100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении и Таджикистане.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика [2].

Ресурсы геотермальной энергии

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

Россия. На 2006 год в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тысяч мі/сутки. На двадцати месторождениях ведётся промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Черкесское и Казьминское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России.

Гидроэнергия

Гидроэнергия (от греч. ?дщс, «вода»), представляет собой использование падающей или быстро текущей воды для производства электроэнергии или для приведения в действие машин. Это достигается за счёт преобразования гравитационного потенциала или кинетической энергии источника воды в энергию [1]. Гидроэнергия - это метод устойчивого производства энергии.

С древних времён гидроэнергия от водяных мельниц использовалась в качестве возобновляемого источника энергии для орошения и работы механических устройств, таких как мельницы, лесопилки, текстильные фабрики, отбойные молотки, доковые краны, бытовые лифты и рудные мельницы. Тромпа, производящая сжатый воздух из падающей воды, иногда используется для питания других механизмов на расстоянии [1][2].

Гидроэнергетика в настоящее время используется в основном для производства электроэнергии, а также применяется как половина системы накопления энергии, известной как гидроаккумулирующая электроэнергия.

Гидроэнергетика является привлекательной альтернативой ископаемому топливу, поскольку она не производит непосредственно двуокиси углерода или других загрязнителей атмосферы и обеспечивает относительно стабильный источник энергии. Тем не менее, он имеет экономические, социальные и экологические недостатки и требует достаточно большого источника воды, такого как река или озеро на возвышенности[3]. Международные организации, такие как Всемирный банк, рассматривают гидроэнергетику как низкоуглеродное средство экономического развития [4].

Энергия океана

Энергия океана - энергия, получаемая при помощи морских волн, приливов, солёности, течений и разницы в температуре вод океана.

Мировой океан является естественным аккумулятором огромного количества солнечной энергии, поступающей на Землю. В таблице [1] представлены основные формы энергии, которые могут быть доступны человеку на современном уровне технического развития и в ближайшем будущем.

Размещено на allbest.ru