Под пристальным вниманием ученых в последнее время возобновляемые источники энергии. Пришло то время, которое заставило задуматься о завтрашнем дне и ясно понять, что использование полезных ископаемых Земли не может быть бесконечным.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
Реакция термоядерного синтеза Солнца является основным процессом возникновения альтернативной энергии. Согласно расчету астрономов, предполагаемая жизнь этой планеты составляет пять миллиардов лет, что позволяет судить о практически бесконечных запасах солнечного излучения. Возобновляемые источники энергии - это не только поступающие потоки Солнца, но и другие производные - альтернативные источники: движение ветра, волн и в природе. В течение длительного времени природа приспосабливалась к использованию солнечного излучения и таким образом достигла теплового равновесия. Эта полученная энергия не приводит к всеобщему потеплению, так как, запустив все необходимые процессы на Земле, она обратно возвращается в космос. Рациональное использование возобновляемых источников энергии является первостепенной задачей
ученых, ведущих научные разработки в этой области. Ведь из всего полученного солнечного излучения только третья часть используется на поддержание жизненных процессов на Земле, 0,02% расходуется растениями для необходимого им фотосинтеза, а оставшаяся невостребованная часть возвращается обратно в космическое пространство.
Виды и применение
Возобновляемые источники энергии состоят из нескольких основных компонентов:
Национальная лаборатория Дании подготовила отчет, где было сказано, что уже к 2050 году мир сможет перейти на получение энергии с очень низким уровнем выброса углерода. При этом себестоимость ее будет гораздо меньше, чем стоимость добычи природных ресурсов из недр Земли.
Никаких катастроф. Никаких вредных для климата выбросов углекислого газа. Возобновляемые источники энергии — это экологически чистая и безопасная альтернатива атомной энергии. Использование ВИЭ с каждым годом становится все более рентабельным.
Эксперты Гринпис и другие специалисты прогнозируют, что к 2030 году возобновляемые источники энергии будут удовлетворять 40% мирового спроса на энергию и до 80% спроса — к середине столетия. Более того, к 2050 году 100% электроэнергии мир может получать из возобновляемых источников.
Ни один из секторов энергетики не развивается так быстро, как ветровая и солнечная энергетика. Ежегодно они растут на 30% — 35%.
Вот лишь несколько примеров того, как альтернативные источники энергии завоевывают мир:
Почти половина всех вновь вводимых мощностей в электроэнергетике - это установки на основе возобновляемых источников энергии.
В солнечной электроэнергетике (фотовольтаике) 2010 году было введено 16 000 МВт, общая установленная мощность достигла 40 000 мегаватт.
В 2009 году ветровая энергетика вытеснила угольную с третьего места по количеству вырабатываемой электроэнергии.
В 2010 году в Китае возводили примерно по одной ветротурбине в час. Каждые 8 часов Китай вводит столько же мощностей в ветроэнергетике, сколько есть во всей России — 15 МВт.
Мощность ветроустановок в мире увеличилась в 2010 году на 35 800 МВт, таким образом, общая мощность ветростанций составила 194 400 МВт. Инвестиции в новые ветряки в 2010 году составили 47,3 миллиарда Евро.
10% совокупного спроса на энергию в Новой Зеландии удовлетворяется за счет геотермальной энергии.
Всего за 5 лет доля возобновляемой энергии в Португалии увеличилась с 15% до 45%.
К середине столетия ВИЭ обеспечат весь мир электроэнергией
Гринпис давно убеждает мировое сообщество в том, что в ближайшем будущем возобновляемые источники энергии смогут обеспечивать мир электроэнергией. Сейчас доля ВИЭ в общемировом производстве тепла — 24%, электричества — 18%. Остальные 80% электроэнергии мир получает за счет сжигания ископаемого топлива. Однако в скором будущем эта картина сильно изменится.
В 2011 году Гринпис и Европейская Ассоциация фотоэлектрической индустрии (EPIA) опубликовали совместный доклад «Солнечная энергетика». По их подсчетам, солнечная энергетика могла бы уже к 2020 году давать Европе 12% всей необходимой ей электроэнергии, а к 2030 году — обеспечить 9% общемирового спроса.
Что касается энергии ветра, то ветропарки к 2030 будут давать миру до 22% электроэнергии, прогнозируют авторы доклада Global Wind Energy Outlook 2010 , выпущенного Международным советом в области ветровой энергетики (Global Wind Energy Council) совместно с Гринпис.
Существуют и другие исследования, подтверждающие эти выводы. Компания PricewaterhouseCoopers предсказывает, что к 2050 году Европа и Северная Африка могут полностью перейти на возобновляемую энергию.
Суть всех исследований сводится к одному: технологии ВИЭ находятся на пороге экономического прорыва. Появляются новые способы производства возобновляемой энергетики — соответственно растет и конкуренция на рынке ВИЭ. Стоимость производства фотоэлектрической (солнечной) энергии значительно снизилась за последние несколько лет, и к 2015 году она может упасть еще на 40%. Правительства многих стран активно вкладывают деньги в возобновляемую энергетику. В 2009 году Китай отобрал у США звание крупнейшего инвестора в экологически чистую энергию, вложив в ВИЭ 34,6 млрд долларов США. Для сравнения: Россия ежегодно тратит на строительство новых АЭС примерно 3 млрд долларов.
Альтернативная энергетика в России
Если не учитывать крупные ГЭС, в России доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии — примерно 1%. Чуть больше доля ВИЭ в тепловой энергетике — около 2%. То есть большую часть (90%) всей, производимой в России первичной энергии по-прежнему дают уголь, нефть и газ.
Потенциал альтернативной энергетики в России очень высокий. Из возобновляемых источников мы могли бы получать до четверти всей необходимой стране энергии. Без ущерба для экономики, ведь все необходимые технологии и средства у России уже есть.
Но для этого нужно перестать субсидировать традиционную энергетику, прежде всего строительство новых атомных станций и крупных ГЭС. Одна только атомная энергетика ежегодно получает из федерального бюджета до 100 млрд рублей безвозмездной финансовой помощи для строительства новых АЭС. Если правительство гарантирует инвесторам стабильный доход от вложений в возобновляемую энергетику (за счет налоговых льгот и других механизмов финансовой поддержки), то энергия ветра и солнца составит серьезную конкуренцию углю и атому.
Разработанный Гринпис сценарий - реалистичен. Это доказывает опыт других стран. Китай к 2020 году планирует повысить долю ВИЭ в электроэнергетике до 15%, Египет — до 20%, Евросоюз — до 30%. Увы, планы российских властей существенно скромнее — 4,5% вместо вполне достижимых 13%.
Технологически заменить атомную энергетику ветровой и солнечной возможно. Есть пример далеко не солнечной Германии. После аварии на японской АЭС «Фукусима-1» ФРГ остановила для проверки 8 реакторов мощностью 8,8 ГВт, заменив их не газом или импортным топливом, а энергией ветра и солнца.
Подробности Опубликовано 21.07.2015 19:21Возобновляемыми принято называть те ресурсы планеты, которые могут восстанавливаться природным путем. Например: ветер, свет солнца, приливы, геотермальное тепло. Стоит отметить, что эти источники называются возобновляемыми, исходя из масштабов человеческого времени. Ведь даже солнце однажды перестанет светить, но произойдет это лишь через несколько миллиардов лет.
Сегодня существует уже более 20 стран, доля возобновляемых источников энергии, в общем энергетическом балансе которых превышает 20 %. Среди них: Исландия, Норвегия, Шотландия, Дания, Германия и другие. Существуют и .
Электроэнергия возобновляемых источников может быть использована как в промышленных масштабах всей страны, так и в отдельных сельских регионах. Генеральный секретарь ООН, Пан Ги Мун заявил о том, что возобновляемые источники энергии помогут бедным странам во всем мире стать процветающими.
К основным возобновляемым источникам планеты относят:
- Реки и океаны
- Ветер
- Солнце
- Геотермальные источники
- Биомассу
Энергия воды
Отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием энергии воды в электроэнергию, называется гидроэнергетика.
Существует несколько разновидностей источников энергии воды:
Энергия рек
Энергия волн
Энергия приливов
Ветряки также устанавливаются в океане, где энергия ветра обычно выше из-за отсутствия преград.
Наземные ветряные турбины
Солнечная энергия
Солнечная энергия может быть напрямую преобразована в электроэнергию с помощью солнечных батарей. Или же использоваться для нагрева воды, полученный пар приводит в движение турбины. Солнечный свет может попадать прямо на солнечные батареи, или же предварительно концентрироваться с помощью линз.
Концентрированная солнечная электростанция (CSP)
Фотоэлектрическая солнечная электростанция
Энергия солнца может быть использована для искусственного фотосинтеза. Это когда в результате действия солнца, происходит расщепление воды на кислород и водород.
На данный момент наибольшим препятствием развития солнечной энергетики остается высокая цена на солнечные панели. Ученые продолжают поиск новых материалов, которые смогут снизить цены на солнечные панели.
Геотермальная энергия
Наша земля является огромным источником тепловой энергии. Эта энергия исходит от ядра, а также является результатом распада органических веществ.
Вода, нагретая в недрах земли, может быть использована для отопления домов или преобразована в электроэнергию. Как получают электроэнергию из геотермальных источников читайте
Согласно федеральному закону об электроэнергетике к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся: энергия солнца, энергия ветра, энергия воды, в том числе энергия сточных вод (за исключением случаев использования такой энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях), энергия приливов, энергия волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов; геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей, низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с использованием специальных теплоносителей; биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива; биогаз, газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов, газ, образующийся на угольных разработках.
Объемы энергии из возобновляемых источников и существующие технологии уже сегодня позволяют полностью обеспечить человечество необходимой энергией .
К сожалению, не все возможные технологии экономически выгодны сегодня. Поэтому для оценки возможностей ВИЭ использует такое понятие, как экономический потенциал . Так в России экономический потенциал ВИЭ составляет около 25%. Иными словами, до четверти всей необходимой энергии мы могли бы получать из возобновляемых источников экономически доступными способами.
ВИЭ или ядерная энергетика?
Руководство нашей страны по-прежнему делает ставку на развитие атомной, угольной и крупной гидроэнергетики. Несмотря на то, что сектор возобновляемой энергетики является одним из наиболее динамично развивающихся секторов экономики во всем мире, правительство РФ планирует к 2020 году с помощью ВИЭ получать всего 4,5% энергии.
При этом правительство понимает, что дешевое углеводородное сырье - основа нынешней энергетики страны – в конечно итоге будет исчерпано. В долгосрочной перспективе государство делает ставку на плутониевую и термоядерную энергетику.
Но плутониевые технологии не проработаны с инженерной точки зрения и крайне опасны.
То же касается и термоядерной энергии. В 2007 году в исследовательском центре Кадараш на юге Франции началось строительство международного экспериментального термоядерного реактора. В проекте под названием ITER (ИТЭР) участвует несколько стран, в том числе Россия. Задача проекта - доказать возможность коммерческого использования энергии термоядерного синтеза для получения электроэнергии. До сих пор решить эту задачу не удалось. Но даже если эксперимент увенчается успехом, мощность всех термоядерных установок к 2100 году, по оценке одного из руководителей проекта Е.П. Велихова, вряд ли превысит 100 ГВт, что ничтожно мало для решения энергетической проблемы человечества. Для сравнения: современная установленная мощность электростанций мира составляет порядка 4000 ГВт.
У человечества есть единственный реальный путь решения проблемы энергетической безопасности и спасения климата - переход на возобновляемые источники энергии при активном применении энергосберегающих технологий . Технологии, финансовые ресурсы для такого перехода есть.
Показатели использования ВИЭ в России
Сегодня вся установленная электрическая мощность российской электроэнергетики составляет 200 ГВт. К 2020 году в России мощность электростанций на основе ВИЭ¹ по сценарию Энергетической революции Гринпис может возрасти практически с нуля до 40 ГВт². Из них ветростанции - 20 ГВт, теплоэлектростанции (ТЭС) на основе биомассы - 13 ГВт, остальное - солнечные, геотермальные и малые гидроэлектростанции.
Предполагается также, что к 2020 году электростанции на основе ВИЭ будут производить 13% электроэнергии.
Осуществить сценарий Гринпис вполне реально. К примеру, Китай к 2020 году планирует повысить долю ВИЭ до 15%, Египет - 20%, Евросоюз - до 30%. Увы, планы российских властей существенно скромнее - 4,5%.
При этом в нынешних экономических условиях ВИЭ могут производить не менее 25% первичной энергии. А значит, цели Гринпис (доля ВИЭ к 2020 году в производстве первичной энергии - 14% и в электроэнергетике - 13%) вполне достижимы.
¹ Здесь крупная равнинная гидроэнергетика не относится к ВИЭ.
² Из них ветростанции – 20 ГВт, теплоэлектростанции (ТЭС) на основе биомассы – 13 ГВт, остальное – солнечные, геотермальные и малые гидроэлектростанции.
Иранский разработчик энергетических проектов Amin подписал соглашение с норвежской компанией, специализирующейся на производстве солнечных модулей. Партнёры планируют возвести в Иране солнечную электростанцию мощностью 2 ГВт. Контракт оценивается в $2,9 млрд.
Ранее глава компании Tesla Илон Маск заявил, что именно активное развитие возобновляемых источников энергии может стать гарантией развития цивилизации, в противном случае человечество рискует вернуться в «тёмные века».
При этом Маск входит в совет директоров компании SolarCity, специализирующейся на выпуске солнечных панелей. Компания занимает около 40% американского рынка установок солнечной генерации электроэнергии.
Маск известен как наиболее активный лоббист использования альтернативных источников энергии. Например, возглавляемая им Tesla заключила в 2017 году контракт на возведение в Австралии 100-мегаваттной аккумуляторной системы.
- Илон Маск
- Reuters
Мировой опыт
Внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) набирает популярность во всём мире. Австралия — один из мировых лидеров по установке фотоэлектрических электростанций, доля которых в австралийской электроэнергетике превышает 3%. Ежегодно страна наращивает суммарную мощность солнечной генерации примерно на 1 ГВт.
По этому показателю Австралию обгоняет Великобритания, где общий показатель солнечных электростанций достигает 12 ГВт, что вдвое выше, чем в Австралии.
Бесспорным лидером в сфере ВИЭ является Китай, который совместно с Тайванем производит почти 60% всех солнечных панелей в мире.
Согласно подсчётам Международного энергетического агентства (IEA), мощность генерирующих установок, возведённых в КНР только в 2016 году, составила 34 ГВт. Впрочем, это лишь 1% потребляемой в Китае электроэнергии, большая часть которой генерируется из угля, — именно угольным ТЭС страна во многом обязана непростой ситуацией в экологии.
США также шли по пути перевода энергетики на возобновляемые источники. Но администрация Дональда Трампа отменила принятый Бараком Обамой план «Чистая энергия».
- Панели солнечных батарей, созданные Tesla, детская больница Сан-Хуана, Пуэрто-Рико
- Reuters
В 2014 году в рамках Климатической недели в Нью-Йорке была основана RE100 — структура, объединяющая компании, переходящие на использование возобновляемых источников энергии. К RE100 присоединились IKEA, Apple, BMW, Google, Carlsberg Group и т.п. Список членов RE100 постоянно пополняется. Например, в конце октября к организации присоединился один из крупнейших в мире производителей ветрогенераторов — датская компания Vestas Wind Systems.
В целом, по данным IEA, доля ВИЭ в мировом производстве электроэнергии в 2015 году составляла около 24%.
Экология под вопросом
Однако, по мнению экспертов, не все ВИЭ одинаково экологически безопасны. Некоторые способны нанести ущерб экологии. В частности, речь идёт о гидроэлектростанциях (ГЭС). Согласно данным исследователей из Австралии и КНР, суммарная площадь земель, затопленных в результате ввода в эксплуатацию гидроэлектростанций, — 340 тыс. кв. км, что немногим меньше площади Германии. Соответствующие сведения учёные приводят в издании Trends in Ecology & Evolution.
Из-за ГЭС были разрушены многие пойменные экосистемы, что привело к снижению видового разнообразия. Впрочем, в последние годы гидроэнергетика уступает лидерство новым видам генерации: солнечной и ветроэнергетике. По прогнозам экспертов, их доля генерации сравняется с долей ГЭС к 2030 году.
Ещё одна популярная у экологического сообщества тема — использование биотоплива. Например, с точки зрения Международного энергетического агентства, биоэнергетика потенциально способна занять около 20% рынка первичной энергии к середине XXI века.
Однако активное внедрение биотоплива, произведённого из древесины и сельскохозяйственных культур, способно обернуться неприятными последствиями. Кратное увеличение нагрузки на сельхозугодия может привести к сокращению производства продовольствия. Согласно подсчётам американских исследователей, уже сегодня расширение «топливных» посадок вызвало рост цен на продовольственное сырьё в США. Кроме того, чрезмерное увлечение биотопливом может привести к вырубке лесов.
В 2012 году Еврокомиссия пришла к выводу, что перевод земель под топливные плантации должен быть ограничен, а производители топлива из пищевых культур не должны пользоваться господдержкой.
В результате проведённого в прошлом году Евросоюзом исследования учёные выяснили, что пальмовое или соевое масло, из которого извлекают энергию, выделяет в атмосферу больше углекислого газа, чем любое ископаемое топливо.
«Предписанное ЕС дешёвое биотопливо на основе пищевых продуктов, в особенности растительных масел, таких как рапсовое, подсолнечное и пальмовое, — просто ужасная идея», — заявил директор исследовательской организации Transport & Environment Йос Дингс.
Неоднозначными, по мнению экспертов, являются и преимущества электромобилей как с экономической, так и с экологической точек зрения. При этом в ряде стран действуют меры правительственной поддержки этого вида транспорта.
- Электромобиль Tesla Model 3
- Reuters
Например, в Эстонии покупатель электрокара может рассчитывать на компенсацию 50% себестоимости машины, в Португалии на покупку электроавтомобиля выплачивается субсидия в 5000 евро. В России тоже задумываются о введении подобных дотаций.
Без господдержки такие автомобили не пользуются спросом: после того как власти Гонконга отменили налоговые льготы для покупателей электрокаров Tesla, продажи этих машин упали до нуля. Однако польза электрокаров для окружающей среды пока не очевидна.
«Электромобили действительно весьма экологичный вид транспорта, но ведь для того, чтобы подключиться к электрической сети и запитать батарею, аккумулятор, нужно выработать эту электроэнергию, а для этого требуется первичный источник. Сегодня в мире таким первичным источником номер один является даже не нефть, а уголь», — отметил президент России Владимир Путин, выступая в начале октября на Международном форуме по энергоэффективности и развитию энергетики «Российская энергетическая неделя».
Эхо «Фукусимы»
Особую популярность тема возобновляемых источников энергии приобрела после 2011 года. После аварии на АЭС «Фукусима-1» всё громче звучат требования отказаться от использования атомной энергетики.
- Реактор №3 АЭС «Фукусима-1»
- Self Defence Force Nuclear Biological Chemical Weapon Defense Unit / Reuters
На сегодняшний день страной, полностью остановившей АЭС, стала Италия, в будущем примеру Рима планируют последовать Бельгия, Испания и Швейцария. В Германии последнюю АЭС планируют отключить к 2022 году. Всего в ФРГ работало 17 атомных электростанций, которые производили около четверти всей потребляемой в стране электроэнергии.
По мнению многих экспертов, панические настроения вокруг атомной энергетики сильно преувеличены.
«Если вычесть риск аварии, то атомная энергетика не несёт особых рисков для экологии», — отметил в интервью RT заместитель генерального директора Института национальной энергетики Александр Фролов.
Изначально руководство ЕС планировало компенсировать сворачивание атомной энергетики за счёт газовой генерации.
«Нам необходимо больше газа. После решения Берлина именно газ станет драйвером роста», — заявил еврокомиссар по энергетике Гюнтер Эттингер в 2011 году.
В среднем при сжигании природного газа в атмосферу выбрасывается в два раза меньше углекислого газа, чем при сжигании других видов ископаемых углеводородов.
Привилегированное положение
Однако росту газовой генерации помешали высокие темпы ввода мощностей альтернативной энергетики. В странах, наиболее активно развивающих ВИЭ, к 2014 году упала загрузка газовых ТЭС. По оценкам консалтинговой компании Capgemini, около 110 ГВт газовых мощностей не оправдали вложенные инвестиции и оказались на грани банкротства. В тяжёлом положении оказалось примерно 60% европейских ТЭС, работающих на природном газе.
По мнению ряда экспертов, причиной кризиса традиционной энергетики стала не высокая конкурентоспособность ВИЭ, а привилегии, которыми пользуются производители электроэнергии на возобновляемых источниках. «Зелёная» электроэнергия закупается властями по завышенным тарифам в приоритетном порядке.
Как считает Фролов, эта политика приводит к разбалансировке энергетической сферы.
«Резкий рост ввода возобновляемой энергетики сделал газовые ТЭС нерентабельными — они стали закрываться, — отметил эксперт. — Между тем ветряная и солнечная генерации имеют серьёзный недостаток: зависимость от погодных условий. Например, в начале этого года в Германии примерно на девять дней установилась пасмурная и безветренная погода. Объём генерации возобновляемой энергии упал на 90%. Для местных потребителей это стало шоком. Существующая база, на которой работают солнечные и ветряные станции, не обеспечивает гарантий бесперебойного снабжения электроэнергией. Зависимость от сил природы — это и есть настоящий возврат в тёмные века».
- Угольная электростанция Lippendorf, Саксония, Германия
- globallookpress.com
- Michael Nitzschke/imagebroker
На фоне закрытия газовых ТЭС в Европе растёт наиболее грязная генерация электроэнергии — угольная, считает Фролов.
Например, в Германии запланировано строительство двух десятков угольных ТЭС. В стране сложилась парадоксальная ситуация: вместе с ростом экологически чистого производства энергии увеличивается и наиболее опасный для окружающей среды сектор энергетики, отметил эксперт.
«Технологии становятся всё дешевле и доступнее»
В последние два года баланс на европейском энергетическом рынке начал выправляться: в Германии было запущено несколько газовых ТЭС, потребление газа в Евросоюзе начало расти. По итогам 2016 года использование природного газа в Евросоюзе возросло на 6% по сравнению с 2015 годом.
По мнению научного сотрудника Центра экономического моделирования энергетики и экологии РАНХиГС Татьяны Ланьшиной, развитие альтернативной энергетики не несёт никаких рисков.
«Хотя быстрый переход на возобновляемые источники энергии невозможен, те страны, которые давно над этим работают, добились больших успехов. Например, в Дании за счёт ВИЭ вырабатывается порядка половины всей электроэнергии, в Германии — примерно треть, — отметила эксперт в интервью RT. — Эти страны работали над этим десятилетиями, и другие страны тоже могут постепенно переходить на ВИЭ. Эти технологии становятся всё дешевле и доступнее. Что касается субсидий, то вся энергетика пользуется государственной поддержкой, и традиционная в том числе».