Энергия, полученная за счёт возобновляемых источников, сегодня уже не просто предмет научных изысканий, а фактор, меняющий расклад сил на энергетических рынках, оказывающий давление на цену традиционных энергоносителей и определяющий экономическое будущее стран. Страны – импортёры традиционного топлива становятся всё более независимыми в своей энергетической политике от странэкспортёров, а те, в свою очередь, теряют основные рычаги влияния. Мир меняется, и ископаемое топливо постепенно перестаёт быть определяющим фактором геополитики: борьба за месторождения нефти и газа начинает уходить в прошлое.
Текст: Екатерина Борисова
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относятся энергия солнца, ветра, воды (включая энергию приливов), геотермальная энергия. Как возобновляемый источник энергии также используется биомасса, из которой производятся биоэтанол и биодизель. Причём это необязательно должны быть специально выращенные для получения энергии растения. Источниками энергии могут выступать водоросли, отходы производства и потребления.
В России возобновляемые источники энергии в зависимости от подхода представлены либо широко, либо вообще никак. Например, согласно данным Минэнерго доля ВИЭ в энергобалансе России составляет около 18%. Из них 17% приходится а энергию, вырабатываемую за счёт крупных гидроэлектростанций. Однако чаще, когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, вклад крупных ГЭС не учитывается, так какидоля крупной гидроэнергетики обычно упоминается отдельной графой. Исходя из этих позиций, доля ВИЭ в России – меньше 1%. Это, конечно, несравнимо с развитием энергетики на основе ВИЭ в других ведущих странах мира.
ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ… КИТАЙ
На первом месте по инвестиционным вложениям в развитие новых технологий в сфере энергетики стоят Китай, США и страны Евросоюза. Китай, являясь лидером по выбросам парниковых газов за счёт сжигания на своих тепловых станциях преимущественно угля, тем не менее, лидирует и в так называемых зелёных инвестициях. В 2013 году он впервые стал лидером по объёму инвестиций в «зелёную энергетику», несмотря на общемировое снижение инвестиционной активности в этой сфере. В 2013 году инвестиции КНР оценивались в 56,3 миллиарда долларов, что составляет 61% от общего объёма инвестиций по развивающимся странам. И это больше, чем инвестировали европейские страны вместе взятые. Более того, эти инвестиции впервые в истории превысили вложения Китая в топливную энергетику.
К 2020 году Китай предполагает повысить долю неисчерпаемых источников энергии до 15% и снизить углеродоёмкость экономики на 40–45% относительно уровня 2005 года. Это очень позитивные для всей планеты планы, если учесть, что треть ежегодно выделяющихся парниковых газов появляется за счёт работы именно китайской индустрии. Уже к концу 2015 года доля неископаемого топлива в структуре потребления этой страны была увеличена до 12%, а потребление угля уменьшилось на 1,7 процентных пункта (до 64,4%). Эти данные сообщил начальник Государственного управления по делам энергетики КНР Нур Бекри.
Во многом благодаря таким активным действиям Китая рост мировой экономики в 2014 году впервые (!) не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Это свидетельствует из отчёта, представленного организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.
Согласно предположениям Всемирного фонда дикой природы (WWF), к 2050 году 80% китайской энергетики может быть переведено на ВИЭ, если программы по развитию энергоэффективности не будут тормозиться. В результате эмиссия углерода от производства энергии к 2050 году может быть на 90% меньше, чем в настоящее время, без ущерба для стабильности электрической сети или замедления экономического роста. Возможно, этот прогноз слишком оптимистичный, но само по себе его появление показательно: китайский размах по внедрению ВИЭ поражает многих.
Сегодня не только развитые, но и многие развивающиеся страны имеют в своих планах энергетического развития обязательный пункт об увеличении доли ВИЭ. Даже Индия, в которой потребление самого грязного вида топлива – угля – до сих пор лишь росло, планирует к 2030 году увеличить общий объём вырабатываемой на основе ВИЭ (включая ГЭС) электроэнергии со 130 ГВт до 400 ГВт и уже сейчас значительно обогнала нас по этим показателям.
Ведущие мировые энергетические концерны также всё больше смещают акцент своих исследований и производств на возобновляемые источники энергии. Так, французская нефтегазовая компания Total приобрела контрольный пакет акций американской Sunpower, которая производит солнечные батареи.
ПОЧЕМУ ЭТО ТАК ВАЖНО?
Традиционное, ископаемое топливо, как известно, имеет тенденцию к исчерпанию, а его сжигание усугубляет парниковый эффект на планете. Две трети выбросов парниковых газов, которым мы обязаны глобальному потеплению, приходятся именно на традиционную энергетику. Дальнейшее повышение приземной температуры и повышение концентрации СО2 с большой вероятностью приведёт к фатальным последствиям не только для некоторых видов флоры и фауны, но и негативно скажется на благополучии населения многих стран. В частности, повышение кислотности верхнего слоя океана из-за дальнейших выбросов СО2 будет сопровождаться массовой гибелью значительной части морской биоты и в первую очередь кораллов, что повлечёт за собой разрушение экономики многих развивающихся государств, основанной на туризме и прибрежном рыболовстве. Таяние ледников и вызванное этим повышение уровня Мирового океана будет означать в некоторых случаях затопление прибрежных территорий и даже целых стран. Особо уязвимы с этой точки зрения Бангладеш и государства Океании. И это лишь небольшая часть возможных негативных последствий.
Помимо своей неисчерпаемости и экологичности, возобновляемые источники энергии имеют ещё одно качество – альтернативность, что позволит в будущем странам, не обладающим значительными запасами ископаемого топлива, обеспечивать энергетическую безопасность и преодолевать свою энергозависимость от экспортёров энергоносителей. И это одно из не последних по значимости объяснений, почему использование ВИЭ активно развивается в Европе и, например, в Китае и так мало им уделяется внимания в России. Согласно российской программе развития энергетики к 2020 году доля ВИЭ без учёта крупных ГЭС в общем энергобалансе страны должна быть доведена лишь до 2,5%, тогда как, в частности, в Германии к 2020 году долю ВИЭ планируется довести до 30%.
На данный момент доля солнечной и ветровой энергетики в общем энергобалансе Германии уже составляет более 15%. В целом по Европейскому союзу согласно Статистическому энергетическому ежегоднику (Global Energy Statistical Yearbook 2015) доля ВИЭ (включая ГЭС) в 2014 году составляла 30%, причём в некоторых европейских странах она доходила до 98% (Норвегия).
ОГРАНИЧЕНИЯ ВИЭ
Однако современные технологии пока ещё не позволяют полностью и повсеместно переориентироваться на применение этих энергоисточников. Для их использования есть существенные ограничения.
Например, развитие гидроэнергетики возможно не везде в связи с недостаточностью речных сетей. Но даже если реки имеются, строительство ГЭС не всегда оправданно. Возведение крупных ГЭС нарушает местные экосистемы и биоценозы, а также требует переселения иногда значительных масс населения. В то же время выработка малых ГЭС сильно зависит от режима реки – в маловодные периоды такие ГЭС резко снижают выработку или вообще останавливаются. Активнее всего крупная гидроэнергетика сегодня развивается в Китае, и здесь же построены самые крупные ГЭС в мире. Мощность китайских ГЭС сегодня составляет 260 ГВт, а к 2020 году её планируется увеличить до 380 ГВт. Для сравнения, мощность российской гидроэнергетики – лишь 46 ГВт (5-е место в мире). Такое бурное развитие крупной гидроэнергетики Китая вызывает протесты экологов, местного населения, вынужденного переселяться в новые места, а также провоцирует споры и конфликты с соседними странами по поводу изменения режима стока трансграничных рек, объёма и качества воды.
На сегодняшний день, по разным данным, от 30 до 70% рек Китая серьёзно загрязнены, некоторые реки больше не впадают в море, значительно уменьшилось их биоразнообразие. Гидротехническая активность КНР влияет на состояние рек в Индии, Бангладеш, России, Казахстане, Вьетнаме, Лаосе, Мьянме, Таиланде и Камбодже.
Что касается энергии приливных волн и геотермальных источников, то она также не везде доступна. Хотя, например, в Исландии электроэнергетика по большей своей части питается от геотермальных источников.
На энергию ветра приходится рассчитывать тоже в ограниченных масштабах. Во-первых, не везде есть достаточный ветровой потенциал и пустынные территории, пригодные для установки ветряков. К тому же ветровые и солнечные станции до сих пор являются одними из самых дорогих источников электроэнергии. А использование солнечных батарей в северных широтах нерентабельно из-за недостаточного количества солнечных дней в году. Кроме того, выработка солнечной энергии сильно зависит от времени суток, сезона и погодных условий.
Стоит также упомянуть, что малые ГЭС, ветроустановки и гелиоустановки не могут стать основными источниками энергии для крупных электросетей из-за нестабильности выработки ими энергии. Если их доля начинает превышать 20% мощности энергосистем, возникает необходимость ввода дополнительных регулирующих мощностей. Пока лучше всего с задачей регулирования справляются крупные ГЭС, которые в период пиковых нагрузок могут увеличить выработку энергии за несколько минут, тогда как даже ТЭС (не говоря уж об АЭС) для этого требуются часы.
Тем не менее, в Европе активнее всего развиваются именно ветро- и солнечная энергетика. Более того, Евросоюзу даже удалось частично решить проблему регулирующих и накопительных мощностей в «зелёной энергетике»: «аккумуляторной батареей» Западной Европы стала Норвегия, богатая своим гидропотенциалом и имеющая в достаточном количестве гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Когда возникают излишки электроэнергии, насосы на ГАЭС качают воду из нижнего бьефа водохранилища в верхний. В моменты пика электропотребления воду вновь сбрасывают, и она приводит в движение генераторы. Эта страна уже соединена высоковольтными ЛЭП со Швецией, Данией и Нидерландами. Лондон тоже планирует проложить в Норвегию кабель по дну Северного моря. А Германия сможет за счёт такого же кабеля отправлять свои излишки «зелёного электричества» в Норвегию и получать оттуда по мере необходимости экологически чистую гидроэнергию с 2020 года. Соглашение о прокладке между немецким городом Вильстер, расположенным к северо-западу от Гамбурга, и норвежским Тонстадом подводной ЛЭП длиной 623 километра и мощностью в 1400 МВт было подписано в феврале 2015 года. Эта ЛЭП покроет 3% потребления электроэнергии в Германии.
Что касается использования энергии биомассы, то оно пока идёт вразрез с политикой предотвращения продовольственного кризиса на планете. Теперь на продукты аграрно-промышленного комплекса претендуют не только люди, но и машины. Например, для получения тонны биодизеля требуется около тонны растительного масла, выжатого из семян масличных культур. А для производства биоэтанола используют, в частности, сахарный тростник, пшеницу, рис, рожь, ячмень, кукурузу, сорго, картофель, топинамбур, сахарную свёклу.
Объём вредных выбросов в атмосферу у биоэтанола существенно меньше, чем у обычного бензина, но зато ниже его энергетическая ценность, а следовательно, требуются его бóльшие объёмы. Интересно, что размер нежелательных выбросов биоэтанола зависит от культуры, из которой он производится. Этанол из сахарного тростника сокращает выбросы парниковых газов примерно на 80% по сравнению с ископаемыми видами топлива. Самый же «неэкологичный» биоэтанол, снижающий выбросы лишь на 30%, производится из кукурузы. Именно сахарный тростник и кукуруза являются наиболее популярными культурами для производства биотоплива.
Основные производители биоэтанола сегодня – США, специализирующиеся на переработке в топливо кукурузы, и Бразилия, выращивающая для этого сахарный тростник. Эти страны производят 2/3 потребляемого в мире биотоплива. Из всех видов ВИЭ биомасса в этих странах – самый используемый возобновляемый ресурс.
Критики использования биотоплива отмечают, что рост его производства вызывает повышение цен на продовольствие, хотя должно бы быть наоборот: производство биоэтанола призвано было снизить зависимость от роста цен на нефть, влияющих, в свою очередь, на цену продуктов питания.
Противники биотоплива также обращают внимание, что под плантации сырья, используемого для его производства, либо вырубаются тропические леса (Бразилия, Малайзия, Индонезия), которые способны поглотить значительно больше СО2, чем сахарный тростник, кукуруза или другие злаковые, используемые для производства этанола, что так же, как и сжигание углеводородов, способствует глобальному потеплению; либо под плантации занимаются площади, которые раньше использовались для выращивания пищевых культур, что, естественно, не способствует борьбе с голодом. Производство биотоплива также противоречит стратегии экономии водных ресурсов, так как для производства литра биотоплива необходимо 2500 литров воды на выращивание технических культур.
Тем не менее, этот вид топлива перспективен, ведь его можно вырабатывать из огромного спектра имеющегося в наличии сырья: начиная от специально выращенных технических культур и заканчивая водорослями, отходами деревообработки, макулатурой, отработанным машинным маслом и продуктами жизнедеятельности крупного рогатого скота.
Несмотря на имеющиеся недостатки, все вышеперечисленные ВИЭ активно внедряются в ведущих странах мира, и затраты на их применение всё время снижаются. По оценкам Гринпис и некоторым сценариям Международного энергетического агентства (МЭА), себестоимость электроэнергии ВИЭ к 2030 году сравняется с себестоимостью электроэнергии из ископаемого топлива.
При достижении срока окупаемости вырабатываемая из ВИЭ энергия становится почти бесплатной из-за отсутствия затрат на топливо.
ВЫБОР РОССИИ
Российская энергетика продолжает оставаться инертной, делая ставку на нефть и газ. И это объясняется тем, что у нас нет достаточных стимулов для развития альтернативных источников. Во-первых, у нас всё своё и ни от кого мы в сфере энергетики не зависим. Во-вторых, чтобы внедрять новые технологии и менять всю структуру хозяйствования в этой сфере, нужны значительные финансовые вложения со стороны государства. Мировой опыт показывает, что для успешного развития возобновляемой энергетики необходимо как минимум стимулирование в виде необходимых подзаконных актов, субсидий на научные разработки, налоговых льгот, предоставления льготных кредитов на финансирование предприятий, использующих ВИЭ, и т.д.
В принципе, Россия включилась в общемировой процесс перехода на возобновляемые источники энергии, но очень осторожно. В 2013 году была запущена программа поддержки «зелёной энергетики» на оптовом рынке, которая гарантировала девелоперам возврат инвестиций в развитие альтернативных источников. По плану программы, к 2020 году в России должны появиться солнечные станции суммарной мощностью 1,5 ГВт, малые ГЭС мощностью 900 МВт и ветряки мощностью 3,6 ГВт. Это те мощности, которые правительство готово профинансировать. Правда, даже эти незначительные объёмы по факту финансирует не государство, а потребители через договоры о поставке мощности. Самые крупные потребители выражают своё недовольство этим обстоятельством.
ВИЭ у нас не пользуются популярностью даже среди инвесторов, рассчитывающих на господдержку. Из трёх предложенных программой альтернативных источников серьёзный интерес девелоперов был проявлен только к солнечной энергетике. Ветроэнергетике и малым ГЭС внимания уделяется пока значительно меньше.
Развитие альтернативной энергетики в России неактуально даже с позиций предотвращения изменения климата. В нашей стране на проблему глобального потепления в основном смотрят отстранённо и со скепсисом.
Во-первых, считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путь и т.д.
Во-вторых, российские учёные склонны рассматривать проблему изменения климата в масштабах планетарной истории, а не истории человечества. Наша планета за время своего существования пережила несколько более значительных кардинальных изменений климата, и нынешнее потепление – это лишь небольшой и закономерный эпизод в истории Земли, который в меньшей степени вызван деятельностью человека и в большей степени – астрономическими процессами (движением Земли по эллиптической орбите, циклами солнечной активности, влиянием других планет, изменением угла наклона земной оси и прочим).
Кроме того, даже извержение одного крупного вулкана может оказать более серьёзное воздействие на климат, чем многолетняя деятельность человечества.
Более того, существует точка зрения, что сейчас наша планета должна вступить в очередной ледниковый период, а нынешняя деятельность человека, сопровождающаяся выбросами парниковых газов, отодвигает этот момент, чем спасает Землю от катаклизмов глобального похолодания.
В общем, Россия без энтузиазма воспринимает всеобщую эйфорию, вызванную наступающей эрой ВИЭ. Мы с большой Считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путьнеохотой поддались общей моде на развитие альтернативных источников энергии и плетёмся в хвосте прогресса. Принятые законы – это некая дань общемировым тенденциям с внутренним ощущением их ненужности для нас. Наших запасов ископаемого топлива хватит ещё на несколько поколений, а развитие новых технологий и получение энергии на их основе пока слишком дорого. Мы можем пересидеть и переждать переходный период на пути к «зелёной энергетике», используя газ, который является самым экологически чистым видом топлива из всех ископаемых.
В этом случае наша главная опасность – остаться в прошлом веке, когда всё передовое человечество перейдёт в эру новых технологий. Хотя есть и другие проблемы, так как наши энергоресурсы перестанут интересовать всех, кроме нас самих. Уже сегодня цена на наши основные экспортные товары – нефть и газ – упала неожиданным для нас образом, и это падение, помимо усилившейся конкуренции нефтегазовых экспортёров, было вызвано ещё и уменьшением спроса в Европе из-за развития ВИЭ и, кстати, глобального потепления (!).
Единственный плюс такой ситуации лишь в том, что мы наконец газифицируем все наши территории. Стоит напомнить, что в сельской местности у нас не газифицировано 50% населённых пунктов. Да и ощутимая часть городского населения до сих пор не подключена к газу.
Однако наши энергетические гиганты потеряют большую часть доходов, а значит, и государство потеряет основной источник пополнения бюджета.
В конечном счёте, будем мы или не будем развивать альтернативную энергетику, для нашей страны не важно. Важно лишь то, что эти технологии развивают традиционные покупатели нашего топлива, а значит, России уже сейчас нужно искать новые источники дохода. Будущее – за новыми технологиями, а за нами лишь трудный выбор.
Энциклопедичный YouTube
1 / 4
✪ Источники энергии. Шведский город возобновляемой энергии.
✪ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ - как солнечная энергия и ветровая энергия вредят экологии
✪ KWHCoin - возобновляемая энергия! Обзор ICO!
✪ Возобновляемая энергетика в ЕС
Субтитры
Тенденции
Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт (ГВт) в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае. 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 . 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. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.
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 распространен в США.
| Глобальные показатели возобновляемой энергии | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ежегодные инвестиции в возобновляемую энергию (10 9 доллар США) | 130 | 160 | 211 | 257 | 244 | 232 | 270 | 286 | 241 |
| Суммарные установленные мощности возобновляемой электроэнергии (ГВт) | 1,140 | 1,230 | 1,320 | 1,360 | 1,470 | 1,578 | 1,712 | 1,849 | 2,017 |
| Гидроэлектроэнергия (ГВт) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1,018 | 1,055 | 1,064 | 1,096 |
| Ветроэнергетика (ГВт) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 |
| фотоэлектричество (ГВт) | 16 | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 |
| Нагрев воды тепловой энергией Солнца | 130 | 160 | 185 | 232 | 255 | 373 | 406 | 435 | 456 |
| Производство этанола (10 9 литры) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 99 |
| Производство биодизеля (10 9 литры) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29.7 | 30.3 | 30.8 |
| Количество стран, имеющих цели развития возобновляемой энергии |
79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 |
Источники возобновляемой энергии
Использованию постоянных процессов противопоставлена добыча ископаемых энергоносителей, таких как каменный уголь , нефть , природный газ или торф . В широком понимании они тоже являются возобновляемыми, но не по меркам человека, так как их образование требует сотен миллионов лет, а их использование проходит гораздо быстрее.
Энергия ветра
Это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, тепловую и любую другую форму энергии для использования в народном хозяйстве. Преобразование происходит с помощью ветрогенератора (для получения электричества), ветряных мельниц (для получения механической энергии) и многих других видов агрегатов. Энергия ветра является следствием деятельности солнца, поэтому она относится к возобновляемым видам энергии.
В перспективе планируется использование энергии ветра не посредством ветрогенераторов , а более нетрадиционным образом. В городе Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции работающей на пьезоэффекте . Она будет представлять собой лес из полимерных стволов покрытых пьезоэлектрическими пластинами . Эти 55-метровые стволы будут изгибаться под действием ветра и генерировать ток .
Гидроэнергия
Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.
Энергия волн
Энергия солнечного света
Данный вид энергетики основывается на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию.
Крупнейшая фотоэлектрическая СЭС Topaz Solar Farm имеет мощность 550 МВт. Находится в штате Калифорния , США.
К СЭС косвенного действия относятся:
- Башенные - концентрирующие солнечный свет гелиостатами на центральной башне, наполненной солевым раствором.
- Модульные - на этих СЭС теплоноситель, как правило масло , подводится к приемнику в фокусе каждого параболо -цилиндрического зеркального концентратора и затем передает тепло воде испаряя её.
Геотермальная энергия
Электростанции данного типа представляют собой теплоэлектростанции использующие в качестве теплоносителя воду из горячих . В связи с отсутствием необходимости нагрева воды ГеоТЭС являются в значительной степени более экологически чистыми нежели ТЭС. Строятся ГеоТЭС в вулканических районах, где на относительно небольших глубинах вода перегревается выше температуры кипения и просачивается к поверхности, иногда проявляясь в виде гейзеров . Доступ к подземным источникам осуществляется бурением скважин.
Биоэнергетика
Данная отрасль энергетики специализируется на производстве энергии из биотоплива . Применяется в производстве, как электрической энергии , так и тепловой .
Биотопливо первого поколения
- Водоросли - простые живые организмы, приспособленные к росту и размножению в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);
- Рыжик (растение) - растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами;
- Jatropha curcas или Ятрофа - растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.
Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH .
По оценкам Германского Энергетического Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне существующих технологиях) производство топлив пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году , с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.
Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network (PyNe) - исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы , США и Канады .
Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70 % живичного скипидара , 25 % метанола и 5 % ацетона , то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны , с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причём для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья , пень , кора . Выход топливных фракций достигает 100 килограммов с тонны отходов.
Биотопливо третьего поколения - топлива, полученные из водорослей.
Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния , Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1 000 м 2 . Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО 2 . Урожайность составила более 50 граммов водорослей с 1 м 2 в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо , достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США . 200 тысяч гектаров - это менее 0,1 % земель США , пригодных для выращивания водорослей. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру (для их производства хорошо подходит пустынный климат), однако требуется дополнительная температурная регуляция, защищающая выращиваемую культуру от ночных понижений температуры («похолоданий»). В конце 1990-х годов технология не была запущена в промышленное производство в связи с относительно низкой стоимостью нефти на рынке.
Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах , расположенных вблизи электростанций . Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимого для выращивания водорослей. Данная технология выращивания культуры водорослей защищена от суточных колебаний температуры, не требует жаркого пустынного климата - то есть может быть применена практически на любой действующей ТЭЦ.
Критика
Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных . Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы , барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.
Меры поддержки возобновляемых источников энергии
На данный момент существует достаточно большое количество мер поддержки ВИЭ. Некоторые из них уже зарекомендовали себя как эффективные и понятные участникам рынка. Среди таких мер стоит более подробно рассмотреть:
- Зеленые сертификаты;
- Возмещение стоимости технологического присоединения;
- Тарифы на подключение;
- Система чистого измерения;
Зеленые сертификаты
Под зелеными сертификатами понимаются сертификаты, подтверждающие генерацию определенного объёма электроэнергии на основе ВИЭ. Данные сертификаты получают только квалифицированные соответствующим органом производители. Как правило, зелёный сертификат подтверждает генерацию 1Мвт ч, хотя данная величина может быть и другой. Зелёный сертификат может быть продан либо вместе с произведенной электроэнергией, либо отдельно, обеспечивая дополнительную поддержку производителя электроэнергии. Для отслеживания выпуска и принадлежности «зеленых сертификатов» используются специальные программно-технические средства (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS). В соответствии с некоторыми программами сертификаты можно накапливать (для последующего использования в будущем), либо занимать (для исполнения обязательств в текущем году). Движущей силой механизма обращения зеленых сертификатов является необходимость выполнения компаниями обязательств, взятых на себя самостоятельно или наложенных правительством. В зарубежной литературе «зеленые сертификаты» известны также как: Renewable Energy Certificates (RECs), Green tags, Renewable Energy Credits.
Возмещение стоимости технологического присоединения
Для повышения инвестиционной привлекательности проектов на основе ВИЭ государственными органами может предусматриваться механизм частичной или полной компенсации стоимости технологического присоединения генераторов на основе возобновляемых источников к сети. На сегодняшний день только в Китае сетевые организации полностью принимают на себя все затраты на технологическое присоединение.
Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ
Накопленный в мире опыт позволяет говорить о фиксированных тарифах как о самых успешных мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии. В основе данных мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора:
- гарантия подключения к сети;
- долгосрочный контракт на покупку всей произведенной ВИЭ электроэнергии;
- гарантия покупки произведенной электроэнергии по фиксированной цене.
Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Одним из вариантов системы поддержки на основе фиксированных тарифов является использование фиксированной надбавки к рыночной цене энергии ВИЭ. Как правило, надбавка к цене произведенной электроэнергии или фиксированный тариф выплачиваются в течение достаточно продолжительного периода (10-20 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.
Система чистого измерения
Данная мера поддержки предусматривает возможность измерения отданного в сеть электричества и дальнейшее использование этой величины во взаиморасчетах с электроснабжающей организацией. В соответствии с «системой чистого измерения» владелец ВИЭ получает розничный кредит на величину, равную или большую выработанной электроэнергии. В соответствии с законодательством, во многих странах электроснабжающие организации обязаны предоставлять потребителям возможность осуществления чистого измерения.
Человечество давно научилось добывать возобновляемую (регенеративную) энергию, используя мощь рек. Но к концу ХХ века из-за энергетического кризиса, стремительного уменьшения запасов , газа, ухудшения экологии стал вопрос об использовании других источников, находящихся в окружающей среде. Благодаря разработкам ученых, стало возможно добывать энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных вод.
Интересно! В мире из возобновляемых источников получают 18% энергии, из которых на долю древесины приходится 13%.
По данным, предоставленным журналу Forbes Международным агентством по возобновляемой энергетике IRENA, к 2015 году в мире доля добываемой таким способом энергии составила около 60%. В перспективе к 2030 году ВИЭ выйдет в лидеры по производству электричества, оттеснив на второе место использование угля.
Гидроэнергия добывается на протяжении очень длительного времени, а вот новые виды возобновляемых источников энергии, такие как ветер, геотермальные воды, солнце, приливы, стали использовать совсем недавно – около 30-40 лет. В 2014 году доля гидроэнергетики составила 16,4%, энергия солнца и ветра – 6,3%, а в перспективе до 2030 года эти доли могут сравняться.
В европейских странах и США ежегодный прирост добычи энергии при помощи ветра составляет примерно 30% (196600 МВт). В Германии, Испании и США широко используется фотоэлектрический способ. Калифорнийская гейзерная геотермальная установка вырабатывает 750 МВт ежегодно.
Интересно! Датские ветряные электростанции в 2015 году обеспечили 42% энергии, а в перспективе до 2050 года планируется выйти на проектные 100% выработки «зеленой энергии» и полностью отказаться от ископаемых ресурсов.
Примеры возобновляемых источников энергии
Применение ВИЭ позволит решить проблемы энергетики районов с плохой экологической обстановкой. Провести электричество в отдаленные и труднодоступные области без использования ЛЭП. Такие установки позволят децентрализовать энергоснабжение в районах, куда доставка топлива экономически невыгодна. Большинство разрабатываемых проектов относится к автономным источникам энергии, работающим на таком сырье, как нетрадиционные возобновляемые источники энергии, получаемые из биомассы, торфа, продуктов жизнедеятельности животных, человека, бытовых отходов.
Активное развитие АИЭ получили в США, Канаде, Новой Зеландии, Южной Африке. Такие энергетические источники используются китайскими, индийскими, немецкими, итальянскими и скандинавскими потребителями. В России пока эта индустрия не вышла на промышленный уровень, поэтому применение регенеративной энергии очень невысоко.
На планете можно использовать не только такие, какие есть возобновляемые источники энергии, предоставляемые природными ресурсами. Сейчас ведется разработка технологий по добыче термоядерной, водородной энергии. Согласно последним исследованиям, лунные запасы изотопа гелий-3 огромны, поэтому сейчас ведется подготовка к работам по доставке этого топлива в сжиженном виде. По расчетам российского академика Э. Алимова (РАН) двух «Шаттлов» вполне хватит, чтобы обеспечить электроэнергией всю планету на целый год.
Возобновляемые источники энергии в России
В отличие от мирового сообщества, где «зеленую энергию» давно и успешно используют, в России этим вопросом занялись совсем недавно. И, если гидроэнергетика давно снабжает электричеством города и поселки, то регенеративные источники считались неперспективными. Однако после 2000 года из-за ухудшения экологической обстановки, уменьшения природных ресурсов и других не менее важных факторов, стало очевидно, что необходимо развивать альтернативные источники, вырабатывающие энергию.
Наиболее перспективным направлением является разработка установок, напрямую преобразующих излучение солнца в электроэнергию. В них используются фотобатареи на основе монокристаллов, поликристаллов и аморфного кремния. Электроэнергия добывается даже при рассеянном солнечном свете. Мощность можно регулировать, снимая или добавляя модули. Они практически не расходуют энергию на себя, автоматизированы, надежны, безопасны, их можно ремонтировать.
Для развития возобновляемых источников энергии в Дагестане, Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском крае установлены и работают солнечные коллекторы, обеспечивающие автономной энергией потребителей.
Интересно! 1 м 2 солнечного коллектора экономит до 150 кг условного топлива в год.
В России электроэнергетика, основанная на силе ветра, дает до 20000 МВт. Использование таких установок при средней скорости ветра 6 м/с и мощности 1 МВт экономит 1000 тонн условного топлива в год. Основываясь на научных данных, сейчас ведутся разработки, и вводятся в эксплуатацию энергетические комплексы. Однако использование таких возобновляемых источников энергии, как ветер, в России затруднено. Согласно закону, принятому в 2008 году, для ветряков должен использоваться очень мощный фундамент, а дороги, ведущие к строительству, должны быть отлично асфальтированы. Для примера, в европейских странах и США используется грунтовка.
Интересно! если в Тюменской области, Магадане, на Камчатке и Сахалине использовать установки, то с 1 квадратного километра можно собрать 2,5-3,5 млн. кВт/ч. Это в 200 раз выше потребления энергии на данный момент.
На сегодняшний день построены и работают ГеоТЭС на Камчатке, Курильских островах. Три модуля Верхне-Мутновская ГеоТЭС (Камчатка) вырабатывают 12 МВт, завершается строительство Мутновской ГеоТЭС на 4 блока, которые будут выдавать 100 МВт. В перспективе в этом районе возможно использование геотермальных вод для выработки 1000 МВт, плюс отсепарированная вода и конденсат могут отапливать здания.
На территории страны существует 56 уже разведанных месторождений, в которых скважины могут выдавать более 300 тысяч кубометров геотермальных вод в сутки.
Перспективы развития приливной электроэнергетики
1968 года на Кольском п-ове работает первая в мире экспериментальная приливная электростанция, вырабатывающая 450 кВт/ч. На основе работ этого проекта, было решено продолжить развитие приливных электростанций в России, как перспективных возобновляемых источников энергии на побережье Тихого и Северного Ледовитого океанов. Начато строительство в Хабаровском крае Тугурской ПЭС, проектная мощность которой составит 6,8 млн. кВт. Возводится Мезенская ПЭС в Белом море с проектной мощностью 18,2 млн. кВт. Такие установки сейчас разрабатываются и устанавливаются для китайских, корейских, индийских потребителей. Оборудование альтернативной приливной энергетики также изображено на первой картинке этой статьи.
Наверное у каждого возникали вопросы связанные с ВИЭ. Найдем некоторые ответы и развенчаем несколько популярных мифов про нетрадиционную энергетику.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) сегодня не только «хорошая бизнес-идея» и источник непрекращающегося хайпа, пропаганды и контрпропаганды. Попробуем высказать свою позицию по некоторым повторяющимся мифам в области возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии: Правда и Мифы
Утверждение(У): «Площади Земли не хватит для того, что бы обеспечить потребности цивилизации с помощью ВИЭ»
Ответ(О): Земля получает от Солнца ~190 петаватт тепловой энергии (это то, что долетает до поверхности), а цивилизация потребляет 500 экзаджоулей первичной энергии за год, т.е. «мощность» человечества - 0,015 петаватт, порядка одной десятитысячной от приходящей энергии.
Есть другая элементарная оценка исходя из выработки имеющихся крупных солнечных электростанций - для обеспечения первичной энергией цивилизации довольно в аккурат хватает площади крупных пустынь.
Основное «но» в этом железобетонном опровержении мифа - неравномерность распределения удобной площади для ВИЭ-генерации по странам. В целом «неравномерность распределения» - это основное, что упускают люди, обобщающие любым образом картинку вокруг ВИЭ, и сегодня эта тема будет звучать рефреном.
Наглядная иллюстрация этого тезиса, хотя и относится только к электроэнергии и не учитывает некоторых потерь, все же дает представление - одной пустыни Сахара в теории хватает, что бы обеспечить человечество энергией.
У: «На производство солнечных панелей и ветрогенераторов затрачивается больше энергии, чем они способны выработать за свой жизненный цикл (EROEI<1)»
О: Это полная ерунда, как показывают более аккуратные замеры. В 2016 году в очередной раз эта тема была поднята в работе Ferroni and Hopkirk 2016, где было показано слегка негативное значение EROEI для накрышной СЭС в Швейцарии.
Однако работа пестрит ошибками, а скорректированное критиками значение оказывается в районе 8. Значение EROEI от 5 до 15 характерно для разнообразных попыток посчитать EROEI кремниевых кристаллических СБ, разброс значения объясняется как разницей условий, в которых расположена СЭС (между Норвегией и Саудовской Аравией разница в выработке одной и той же панели составит примерно 4 раза), так и разницей методики подсчета.
Для других ВИЭ, например ветрогенераторов, проглядываются еще более высокие значения EROEI, от 15 до 50, т.е. здесь критика приходится совсем мимо реальности.
Надо заметить еще, что сам показатель EROEI, хотя и используется учеными, является очень несовершенным. В его «расходной части» находится бесконечный ряд уменьшающихся показателей, которые невозможно учесть, однако если делать это правильно (что-то вроде учета «расход энергии на строительство домов, в которых жили рабочие, построившие завод по производству станков для производства кремниевых вафель для солнечных панелей») мы в итоге приходим к низким значениям EROEI - и действительно, ведь вся получаемая цивилизацией энергия расходуется, EROEI человечества в целом равен что-то около 3 (обратный кпд тепловых машин).
Эта цифра возникает, если осознать, что в реальном мире инвестировать энергию в добычу новой энергии без всей цивилизации за плечами невозможно. В итоге, полученные расчетом значения EROEI зависят в основном от границ подсчета расхода энергии, которые определяются исследователями более-менее произвольно.
Установленная мощность мировой ветроэнергетики. Средний мировой КИУМ ветроэнергетики составил 26%.
Установленная мощность фотовольтаичных батарей. Полезно помнить, что мощность фотовольтаики указывается для «стандартных условий» (поток света 1000 Вт/м^2), а реальный КИУМ получается от 6 до 33% в зависимости от региона и наличия приводов солнечных панелей.
У: «Производство солнечных панелей и аккумуляторов очень неэкологично, но поскольку делают их в основном в Китае, на это закрывают глаза»
О: Я ни разу не видел хоть каких-то цифр, подтверждающих это высказывание, оно и понятно - существуют десятки загрязнителей, которые желательно выразить в виде удельных показателей (например в виде «грамм/квтч выработанный за жизнь панели»), еще и в разных вариантах места производства панелей/аккумуляторов.
Разумеется, есть научные публикации, в которых проделали эту обширную работу, но прежде всего стоит попытаться оценить некоторые моменты самостоятельно. Кремниевые поликристалические панели к настоящему моменту практически окончательно вытеснили конкурировавшие какое-то время назад технологии (кремний-монокристалл, аморфный кремний и тонкопленочные CdTe и CIGS панели), хотя в 2018 году заговорили о возврате монокристалла кремния.
Поликристаллические кремниевые СБ используют, в среднем, 2 грамма кремния на каждый ватт установленной мощности. В 2017 году было установлено примерно 100 гигаватт новых панелей, что соответствует производству 200 тысяч тонн очищенного кремния. На фоне ~4 миллиардов тонн цемента, 1,5 миллиардов тонн стали, 60 млн тонн алюминия или 20 млн тонн меди - никакие, даже особенно грязные, производства полупроводникового кремния не способны вывести его производства в лидеры антирейтингов экологов, просто за счет разрыва в тысячи раз по масштабам с другими базовыми материалами.
Для литий-ионных аккумуляторов, который в 2017 году было выпущено порядка 100 ГВт*ч (забавное совпадение) характерным значением является 5 грамм на ватт*час, т.е. было использовано порядка 500 тысяч тонн материалов.
Есть и более прецизионные расчеты, учитывающие выбросы металлов или СО2 от всех совокупных мощностей, задействованных в производстве солнечных панелей. С учетом того, что эта работа была сделана более 10 лет назад, можно считать ее оценкой сверху, а так же забавной исторической вехой по умирающим нынче конкурентам поликристаллического кремния.
Важная оговорка здесь, впрочем есть. Современная наука предпочитает считать практически неустранимый «углеродный след», т.е. фактически затраты энергии на производство, а не сливы ядовитой органики или хрома в реки, считая, что последнее вполне себе устранимый эффект при правильном проектировании очистных сооружений.
Разумеется, Китай славится неэкологичными производствами, и там этот момент может и не соблюдаться. Тем не менее, принципиальных препятствий для того, чтобы столь малотоннажное производство не вносило негативного экологического эффекта не просматривается.
В итоге, как мне кажется, байка о страшной неэкологичности производства солнечных ВИЭ и аккумуляторов - есть просто механический перенос со стереотипа о неэкологичности и вредности химических производств вообще. В то же время, современная организация таких производств способна обеспечить отсутствие выбросов загрязнений в принципе.
Темпы ежегодного прироста различных энерготехнологий в 2014-2017. Невероятный взлет солнечной энергетики сегодня постепенно притормаживается, а вот невошедшая в этот график морская (offshore) ветроэнергетика разгоняется.
У: «Возобновляемая электроэнергия стала дешевле атомной/угольной/газовой»
О: Если предыдущие мифы горячо обсуждались в основном в предыдущие годы, то сегодня (в 2017-2018) самой обсуждаемой является себестоимость электроэнергии. Понятно почему - пока себестоимость ВИЭ-электричества была выше конкурентов, драйвером развития альтернативной энергетики были в основном нематериальные факторы - забота о экологии, прогрессивность, вещи, которые невозможно измерить, и кроме того в какой-то степени - энергонезависимость стран, внедряющих ВИЭ.
Однако, по мере сближения нормированной стоимости электроэнергии (LCOE) из разных источников складывается ситуация, что цель субсидирования ВИЭ достигнута, и дальше эта технология будет внедряться на рациональных мотивах.
Графическое отображение статистических данных по несубсидированной цене электроэнергии множества проектов возобновляемой энергетики по всему миру в динамике.
Однако, реальность здесь сложна и многогранна. Прежде всего следует вспомнить, что стоимость ВИЭ-энергии в разных точках планеты кардинально различается. Проще всего это проиллюстрировать традиционными ВИЭ - гидроэлектростанциями.
Вы можете в принципе выкопать искусственную реку и перекрыть ее ГЭС в удобном месте, или соорудить высокие бетонные стенки вдоль реки, чтобы перенести створ ГЭС ближе к потребителям, но понятно, что цена электроэнергии с такими решениями будет совершенно неконкурентноспособна. Получается, что есть отдельные точки, где ГЭС гораздо более выгодны, чем в других местах.
Аналогично «новые» ВИЭ - существуют регионы мира, скажем, Аравийский полуостров, Чилийские пустыни, пустыни юго-запада США - в которых стандартная панель выдает значительно больше (в 2-4 раза) электроэнергии в год, чем в Германии или Японии.
Это значит, что если в проектах СЭС в этих регионах LCOE уже упала до 25...50 долларов за МВт*ч, эту цену невозможно автоматически проецировать на любой регион.
Так же неравномерно распределены и затраты на сооружение ВИЭ-электростанций. Это определяется как разницей в стоимости земли, оплате труда и наличии индустрии сооружения ВЭС или СЭС с большим опытом.
В итоге стоимость ВИЭ-электроэнергии для разных проектов в разных точках земного шара оказывается разбросанной в 20 раз для солнца и около 10 раз - для ветра.
В итоге, оценку стоимости ВИЭ-электроэнергии можно сформулировать так: на определенных территориях LCOE ВИЭ-электричества стала ниже традиционных решений и с каждым годом, по мере удешевления технологий, эти территории становятся все больше.
Однако, тема стоимости ВИЭ-электроэнергии и шире, конкурентноспособности ВИЭ, не может быть рассмотрена без еще двух вопросов: субсидирование ВИЭ и переменчивость их, как источника электроэнергии.
У: «ВИЭ-электростанции сплошь субсидируемые, и в чисто рыночных условиях неконкурентоспособны»
О: Как мы уже рассмотрели выше, конкурентность ВИЭ практически полностью определяется месторасположением конкретной станции. Поэтому если, например, механически разделить объемы субсидирования на выработку в киловатт*часах - то это даст в лучшем случае повод для размышления, а не точный инструмент для оценки “чистой” конкурентоспособности ВИЭ.
Тем не менее это будет полезно для понимания масштабов искажения рынков электроэнергии. Для этого стоит отделить субсидии на разработку и исследования от прямой поддержки генераторов электроэнергии. Первый вид субсидий не такие масштабные и более-менее равномерные по разным энерготехнологиях.
Статистика субсидий на разработку энерготехнологий в странах OECD - видно, что 30-40 лет назад атом был безусловным фаворитом.
Прямая поддержка тоже бывает разная по форме: бюджетные деньги на выкуп ВИЭ-э/э в Китае и Великобритании, налоговые вычеты в США, специальная составляющая цены электричества, распределяемая среди ВИЭ-генераторов в Германии, однако всю ее можно свести к легко сравнимому числовому показателю - центы субсидии на киловатт*час выработки ВИЭ.
В 2015 году, например, поддержка по 4 крупнейшим “ВИЭ-странам” выглядела так: В Китае было выделено 4637,9 млн долларов (1184 на ветер и 3453,9 на солнце) на производство 187,7 ТВт*ч электроэнергии, в среднем 2,4 цента за кВт*ч, в Великобритании - 4285 млн долларов на 40,1 ТВт*ч, в среднем по 10,7 цента за кВт*ч, в США было выдано чуть больше 2 миллиарда долларов налоговых кредитов (исключительно на Солнце) при выработке 115,7 ТВт*ч (в основном ветром), т.е 1,6 цента за кВт*ч, в Германии было перераспределено 8821 млн долларов на 96,3 ТВт*ч, т.е. 10,91 цент на кВт*ч.
Надо отметить, что самая богатая страна из широко развивающих ВИЭ - США, тратит совсем небольшие деньги на прямое субсидирование ВИЭ, хотя есть и другие механизмы - например, в Калифорнии есть законодательно установленные доли «зеленой» энергии, который должны быть выкуплены сетями у генераторов.
Эти цифры имеют (к сожалению) и еще осложняющее понимание обстоятельство. Например, в Германии на расходах на поддержку довлеют старые проекты, имеющие субсидии в 5-10 раз выше средних арифметических и получившие это право 10 и более лет назад (FIT закрепляется за объектом генерации на 20 лет).
Кроме того, в 2016-2017 произошло значительное снижение тарифов субсидирования ВИЭ по значимым странам, т.е. цифры из 2015 года сегодня уже неактуальны (в Китае поддержка снизилась в 2 раза, в Германии перешли к аукционам с Strike price в 2-3 раза ниже среднего FIT 2015 года).
Однако как и в предыдущем вопросе видно главное - поддержка очень сильно различается по разным странам. В Европе ценовые диспропорции между ВИЭ и углеводородной энергетикой могут достигать 100% (надо учитывать также обременение угольной генерации налогами на эмиссию СО2), однако быстро идут вниз, в Китае, Индии речь идет о 10..30% поддержки, в США можно говорить о рыночном паритете (хотя в США как раз сбрасывать со счета субсидии на разработку уже нельзя - они больше прямой поддержки).
Фактически, ситуация с субсидиями следует за расширением зон прямой конкурентности ВИЭ, как источников электроэнергии - чем больше их размер, тем меньше субсидии. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»
Факультет геоэкологии и географии
Кафедра экологии и природопользования
РЕФЕРАТ
По курсу “Техногенные системы и экориск”
На тему
“Возобновляемые и не возобновляемые источники энергии”
Подготовил:
Студент группы ЭКО-14-2П
Рузметов Т.В.
Москва 2017
Введение............................................................................................................... 3
1. Возобновляемые энергоресурсы.................................................................... 4
1.1. Классификация возобновляемых источников энергии............................... 4
1.2. Ветроэнергетика........................................................................................... 5
1.3. Гидроэнергетика........................................................................................... 7
1.4 Гелиоэнергетика............................................................................................ 9
1.5 Энергия биомассы....................................................................................... 11
2. Невозобновляемые источники энергии........................................................ 13
2.1. Представители невозобновляемых энергоисточников............................. 14
2.1.1. Уголь........................................................................................................ 14
2.1.2. Нефть........................................................................................................ 16
2.1.3. Природный газ........................................................................................ 17
2.2. Получение атомной энергии...................................................................... 17
2.2.1. Атомные электростанции........................................................................ 18
2.2.2. Преимущества и недостатки АЭС........................................................... 19
2.2.3. Аварии на АЭС........................................................................................ 20
Заключение........................................................................................................ 21
Список использованной литературы................................................................ 22
Введение
В современном мире существуют несколько глобальных проблем. Одна из них - истощение природных ресурсов. С каждой минутой в мире используется огромное количество нефти и газа для нужд человека. Поэтому возникает вопрос: на долго ли нам хватит этих ресурсов, если продолжать их использовать в таком же огромном объеме? По расчетам, запас нефтяных ресурсов планеты исчерпается к концу нынешнего столетия. То есть, нашим внукам и правнукам будет нечего использовать для получения энергии? Звучит пугающе. Также использование традиционных полезных ископаемых плохо влияет на экологическую обстановку мира. Поэтому, человечество сейчас все больше задумывается об альтернативных источниках получения энергии. В этом и состоит актуальность данной реферативной работы.
Возобновляемые энергоресурсы
Классификация возобновляемых источников энергии
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.
Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.
ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:
· механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);
· тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);
· химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).
Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.
Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами:
· Неисчерпаемость ВИЭ;
· Нет потребности в транспортировке;
· ВИЭ - экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду;
· Отсутствие топливных затрат;
· При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы;
· Нет необходимости в использовании воды в производстве.
Ветроэнергетика
Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.
Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.
Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м.
Однако в начале 19-20 вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики.
Наиболее острый вопрос ветроэнергетики - экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.
Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра.
Скорость ветра - главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью.
Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.
ВЭС с вертикальной осью вращения (на вертикальную ось «насажено» колесо, на котором закреплены «приемные поверхности» для ветра), в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Главными недостатками таких агрегатов является их малый период вращения и малый КПД по сравнению с горизонтальными ВЭС. К побочным действиям работы таких установок следует отнести наличие низкочастотных вибраций, возникающих за счет дисбаланса ротора.
Ветроэнергетический рынок - один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год - 31%.До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста.
В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах.
Гидроэнергетика
Человек с давних пор использовал энергию воды и ее течения в своих нуждах. Поэтому история гидроэнергетики берет свое начало с древних времен: еще древние греки использовали водяные колеса для помола зерна. С течением времени технологии совершенствовались, и в 19 веке была изобретена первая водная турбина. Ее создали отдельно друг от друга 2 ученых: русский исследователь И. Сафонов в 1837 и французский ученый Фурнейрон в 1834 году. Однако изобретателем гидротурбины, можно даже сказать первой ГЭС, считается М. Доливо-Добровольский. Свое изобретение он продемонстрировал на выставке во Франкфурте. Оно состояло из генератора трехфазного тока, который вращала водяная турбина, а электричество, вырабатываемое ею, передавалось по 170 километровым проводам на всю территорию выставки. В настоящее время энергия воды составляет более 60 процентов от всех ВИЭ и является самой производительной из всех (КПД современных ГЭС составляет около 85-95%). После этого в мире начинается «гидроэнергетический бум».
Основными причинами столь бурного развития гидроэнергетики являются постоянное возобновление ресурсов круговоротом воды в природе и относительно простыми механизмами добычи самой энергии. Однако, зачастую, постройка и установка ГЭС очень трудоемкий и капиталоемкий процесс. Особенно это относится к сооружению плотин и накоплению огромных масс воды за ними. Также стоит отметить, что добыча гидроэнергии экологически чистый процесс. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии .
Если описывать работу ГЭС, то ее принцип заключается в выработке энергии турбиной, вращаемой с помощью падающей с неопределенной высоты воды. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Турбины устанавливаются в зависимости от напора водяного потока на ГЭС.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
· Мощные - вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
· Средние - до 25 МВт;
· Малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
В настоящее время лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Китай, Канада, Россия. Лидером по количеству энергии воды на душу населения является Исландия.
Гелиоэнергетика
Солнце - один из самых источников излучения в нашей Вселенной. И поэтому не случайно энергия звезды все больше используется человеком для переработки в электричество. Действительно, излучение Солнца, доходящее до всей поверхности Земли, имеет колоссальную мощность 1,2*10 14 кВт. И иногда очень обидно, что огромная часть этой энергии пропадает зря, особенно если она по своему количеству в разы превосходит ресурсы всех остальных ВИЭ вместе взятых. Поэтому в последние годы все активнее развивается гелиоэнергетика, в которой используется солнечная радиация для получения электричества.
Однако с помощью солнечного тепла можно не только получать ток, но обеспечивать теплопроводность. Такое возможно благодаря солнечным коллекторам, в которых нагревается вода при помощи солнечной радиации. И теперь она может использоваться для обогрева каких-либо сооружений.
Также как и в ветроэнергетике, для гелиостанций очень важно правильно выбрать место для их постройки. Не следует забывать, что солнечные лучи, прежде чем достигнуть поверхности Земли, преодолевают множество преград. Прежде всего, к ним можно отнести атмосферу, а в особенности озоновый слой. Именно благодаря ему на Земле вообще возможна жизнь, ведь он не пропускает вредное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Также немаловажную роль играют содержащиеся в атмосфере частицы водяного пара, пыли, примесей газов и другие аэрозоли. Они частично рассеивают радиацию.
В целом, поступление радиации на земную поверхность зависит от:
· Географической широты;
· Состояния атмосферы;
· Климатических особенностей территории;
· Высоты места приема над уровнем моря;
· Высоты солнца над горизонтом и др.
Общее излучение, доходящее до Земли подразделяется на:
· Прямое излучение, дошедшее до Земли;
· Рассеянная радиация;
· Противоизлучение атмосферы.
На основе этих величин составляется суммарный радиационный баланс земли, по которому определяются наиболее удачные места для расположения гелиостанций.
Классифицировать их можно по:
· Виду преобразования солнечной энергии в другие ее виды - тепло или электричество
· Концентрированию энергии - с концентраторами или без них
· Технической сложности - простые и сложные
К простым установкам относят опреснители, нагреватели воды, сушилки, печные нагреватели ит.д.
К сложным относятся установки, которые преобразуют поступившую солнечную энергию в электрическую путем фотоэлектрических приборов.
Одним из лидеров использования солнечной энергии является Швейцария. В данный момент в стране эффективно развивается программа по строительству гелиостанций. Также идет тенденция на производство солнечных батарей, устанавливающихся на крыши зданий или как фасады. Такие установки могут компенсировать 50…70% энергии, затрачиваемой на производство
Энергия биомассы
К биомассе относятся все вещества органического происхождения.
1. Древесина. Уже многие тысячи лет человек использует дрова для получения тепла, приготовления пищи, освещения жилья. Да и до сих пор в мелких поселениях традиционно используется этот вид получения энергии. К сожалению это все приводит к одной из важнейших проблем мира - вырубки лесов. Однако эта задача решается с помощью использования энергии быстрорастущих деревьев, таких как тополь, ива и др.
2. Отстой сточных вод. Если вдуматься, то в использованных человеком водах таятся огромные запасы энергии. При отстаивании жидкости образуется огромное количество твердого вещества, которое при переработке анаэробными бактериями может содержать около 50% органического вещества. Однако существуют значительные трудности при переработке сточных вод. Главное из них - высушивание этих вод, так как на это тратится много тепла, которое по своим количественным характеристикам может превосходить теоретические значение энергии при полном сгорании отстоянного вещества. Также этот процесс не рентабелен с точки зрения экологии. Ведь при сгорании выделяется большое количество углекислого газа. Самым правильным вариантом в этом случае считается получение метана при помощи анаэробных бактерий. Но установки для этого весьма несовершенны, поэтому этот способ в современное время не получает большого размаха.
3. Отходы животноводства. Экскременты животных содержат высокое количество органического вещества, которые может использоваться для получения энергии. Однако так же, как и в случае со сточными водами, в навозе содержится большое количество влаги, поэтому его высушивание не выгодно. Тогда существует другой вариант - это анаэробное перегнивание. С помощью него получают метан, а оставшиеся вещества могут пойти на удобрения для почв. Но стоит помнить, что количество перерабатываемого вещества гораздо больше в более свежем навозе, поэтому, чтобы его переработка была экономически выгодна, нужны специальные постройки, позволяющие собирать все экскременты в одно место, не теряя его свежести.
4. Растительные остатки. После сбора урожая всегда остаются неиспользуемые части растений. Они представляют еще один источник энергии. В них содержится целлюлоза - углеродсодержащий углевод. Благодаря относительно небольшому количеству влаги в останках, при сжигании они выделяют много энергии. Ограничивающим фактором развития этого источника энергии является сезонность произрастания культур. Чтобы обеспечить круглогодичное использование останков растений, нужны специальные сооружения для их роста . Также немаловажными факторами являются потребность в перевозки к месту переработки и легкость сбора культур.
5. Пищевые отходы. Они тоже могут служить источником получения энергии. Особенно учитывая, что, например, в отходах фруктов содержится большее количество углеродсодержащих сахаров, чем в остатках зерновых культур, а в остатках мясных продуктов значительное количество протеина. Но наличие влаги затрудняет возможность получения энергии путем сгорания отходов. Поэтому целесообразней из них получать метан с помощью бактерий. Но тут появляется другая трудность: пищевые отходы с успехом используются в животноводстве. Поэтому этот источник практически не развивается в наше время. Исключение только составляют отходы в виде семян и шелухи, а также остатки от сахарного тростника. Например, в странах, где произрастает много тростника, его отходы идут на производство этанола, который при сжигании выделяет большое количество энергии. Самым ярким примером могут послужить Гавайские острова.
