Альтернатива электричеству: Альтернатива есть: чем можно заменить традиционные источники энергии

Без электричества современный человек как без воздуха, и неважно, находится он в городской квартире с обилием техники, или на природе. Перебои с электричеством на даче или же полное его отсутствие заставляет искать альтернативные источники электроэнергии. Последних человечество пока придумало не так уж и много: двигатели на жидком топливе, солнечные батареи, ветрогенераторы и аккумуляторные батареи, это если не учитывать более экзотические и изощренные решения. У всех существующих способов есть недостатки, но если дача или участок без электричества, а строительные работы и простые бытовые задачи выполнять необходимо, то придется выбирать один, а лучше два (для подстраховки) наиболее подходящих варианта автономного электроснабжения загородного дома.

Что учесть при выборе автономного источника электричества?

Многие районы страны, как бы удивительно это не звучало, до сих пор не подключены к общей системе электроснабжения. Другие же страдают от постоянных перебоев с подачей электричества. Если электросетей в регионе нет, а строительство дома уже пора начинать, что же делать: ждать, когда участок будет подключен к сети или же искать альтернативные решения? Что делать, если электричество выключают по вечерам, а иногда в дневное время, а часто вообще непредсказуемо? Созерцание звездного неба и разогревание еды на костре – это, конечно, романтично, но без холодильника, лампочки, насоса и прочих благ цивилизации на даче уже обойтись сложно.

Рано или поздно каждый пытается найти способ подключить электричество на участок. Универсальной формулы выбора наилучшего его источника не существует, так как учитывать необходимо массу факторов:

• размер загородного дома, регулярность его посещения, обычное и максимальное количество человек, пребывающих в нем;
• число приборов, потребляющих энергию. Одно дело, если это пара лампочек, розетка и чайник. Гораздо сложнее решить вопрос электроснабжения дачного дома, если в нем будут работать много мощных электроприборов, начиная от нескольких телевизоров и холодильника, заканчивая водонагревателями и насосами;
• особенности региона. В ветреных регионах дорогой, на первый взгляд, ветряк будет наиболее экономичным и быстро окупаемым источником электричества, а в Московской области, например, ветер уже не будет таким выгодным источником энергии;
• наличие электросети. Если электросетей в регионе нет совсем, и их строительство вряд ли предвидится, специалисты рекомендуют использовать два источника автономного электроснабжения. Этим советом можно пренебречь, если на даче вы появляетесь редко.

Естественно, прежде чем выбрать вид и мощность автономного источника электричества, необходимо тщательно рассчитать количество потребляемой энергии. Во внимание принимают число электроприборов и особенности потребителей энергии. Суммарную мощность получают путем сложения потребностей всех бытовых приборов и оборудования. К полученному значению лучше накинуть 15-30%, чтобы подстраховаться и не бояться включить новый прибор. Следует помнить, что для обеспечения максимальной долговечности работы лучше, чтобы генератор функционировал на 80% своей мощности.

№1. Генератор для дачи: бензиновый, дизельный, газовый

Самый простой и популярный способ решить проблему электричества на земельном участке – это использовать топливный генератор электроэнергии. По сути, это миниатюрная электростанция, которая работает полностью автономно и превращает энергию сгорания топлива в электрическую. В качестве топлива используется бензин и дизель, реже газ. Для производства 1 кВт/час энергии в среднем потребуется от 0,25 до 0,5 л топлива.

С помощью генераторов электроснабжение дома организовать проще всего: купил, подключил и можно использовать, только не забывать вовремя доливать топливо. В этом и заключается основное преимущество. Главный минус – это необходимость постоянно покупать топливо, а если дом большой и электроприборов в нем немало, то расходы будут ощутимыми. К тому же, сам генератор также стоит денег, и чем его мощность выше, тем выше и цена. Но если сравнить с ветряком или солнечной панелью, то генератор, конечно же, выйдет дешевле.

Когда генератор является резервным источником энергии, важно, чтобы он не только вовремя включался в работу, но и своевременно отключался, чтобы не возникло столкновения двух встречных потоков заряженных электронов. Во избежание неприятностей уже давно разработан алгоритм включения генератора в общую систему. Если центральной сети электроснабжения нет, то рекомендуют использовать два генератора: один – основной, второй – резервный и включается в работу, когда в первом заканчивается топливо. Поочередная работа двух генераторов значительно увеличивает срок службы каждого.

От того, на каком топливе будет работать генератор, зависит его мощность, долговечность, шумность, а также расходы на эксплуатацию.

Дизельный генератор для дачи

Дизельные генераторы электроэнергии лучше всего подходят для постоянной работы. Длительное время беспрерывной работы обеспечивается наличием водяной системы охлаждения. Среди других его преимуществ:

• высокий запрос прочности. По долговечности дизельный генератор выигрывает у бензинового;
• среди дизельных двигателей есть намного более мощные модели, чем среди бензиновых, что позволяет использовать подобный источник энергии даже для снабжения больших загородных домов;
• дизель – более дешевое топливо по сравнению с бензином.

Среди минусов:

• цена;
• высокий шум при работе, поэтому без отдельного помещения со звукоизоляций и вентиляцией будет сложно обойтись. Выхлопные газы есть и у бензинового генератора, но они не такие едкие. Лучше всего поставить дизельный генератор на некотором удалении от дома, но при этом придется позаботиться о навесе и системе запирания, чтобы защитить генератор от кражи;
• запуск возможен при температуре не ниже -5⁰С, хотя на данный момент появились дизельные генераторы в защитном кожухе, благодаря чему устройство можно поставить на улице и эксплуатировать при любых температурах.

Бензиновый генератор для дачи

Бензиновый генератор лучше подойдет в тех случаях, когда участок используется время от времени. Он также может работать в качестве резервного источника электропитания, когда участок подключен к общей сети. В условиях небольшой дачи с минимальным набором электроприборов бензиновый генератор показывает себя лучше всего. Мощность бензогенераторов обычно не выше 7-9 кВт (но можно найти модели и на 15, и даже 20 кВт), а работать дольше 8 часов беспрерывно они не могут – сильно нагреваются.

Преимущества:

• низкая по сравнению с дизельным аналогом стоимость генератора. Цена, конечно же, зависит от мощности, но она, в среднем, в два раза ниже, чем на дизельные модели;
• мобильность. Бензиновые генераторы легче и компактнее дизельных, поэтому при необходимости их несложно перемещать по участку;
• уровень шума ниже, чем у дизельного аналога;
• возможность работы при низких температурах.

Минусы:

• невысокий КПД;
• высокая стоимость бензина.

Уровень шума от дизельного и бензинового генератора зависит от типа корпуса и числа оборотов, на которых работает генератор: устройство с 1500 об/мин будет давать значительно боле низкий шум, чем аналогичное по мощности, но с 3000 об/мин, но и стоить будет дороже.

Газовый генератор для дачи

Газовые генераторы позволяют получать наиболее дешевую энергию, при этом КПД их работы высочайший, а шум минимальный. Мощность может достигать 24 кВт, генератор может функционировать круглосуточно, а газ обойдется дешевле бензина и дизельного топлива. Вот только пока такие устройства широкого распространения не приобрели, так как стоят немало, в эксплуатации сложны и требуют подключения к газопроводу, который есть не везде. Тем не менее, некоторые дачники подключают такие генераторы к газовым баллонам.

№2. Солнечные батареи для дачи

Главный минус топливных генераторов – необходимость постоянно покупать топливо для них. Этого недостатка лишены генераторы, которые используют бесплатную энергию, доступную всем. Это энергия солнца и ветра. Для получения электричества используют еще и геотермальную энергию, а также энергию воды, но эти варианты вряд ли подойдут для питания электроэнергией дачного участка.

Если совсем просто, то принцип работы солнечных батарей заключается в выбивании фотонами света электронов из полупроводников, расположенных в фотоэлементе, а направленный поток электронов, как известного со школьного курса физики, и является электричеством. Для обеспечения выработки электричества из солнечного света, его накопления и дальнейшего использования в бытовых целях необходим целый комплекс оборудования:

• непосредственно сама солнечная батарея достаточной площади. КПД подобных систем пока очень низкое, а батарея площадью около 1 м² дает в среднем 100 Вт электричества с напряжением 15-25 В. Чтобы использовать энергию солнца в качестве самостоятельного и основного источника энергии, необходимо, чтобы батареи занимали площадь около 10 м², причем были расположены под правильным углом;
• инвертор, отвечающий за преобразование электричества;
• аккумуляторы для накопления энергии и бесперебойной ее подачи;
• контроллер, с помощью которого можно управлять зарядом батарей.

Все элементы лучше брать в комплекте – так будет гораздо проще.

Цены на солнечные батареи сильно зависят от их типа, размера, мощности и имени производителя. Конечно же, каждый за свои деньги хочет добиться максимальной производительности и энергетической независимости, поэтому необходимо тщательно изучить нюансы погоды в регионе, а также понять, какой тип солнечных элементов лучше всего подходит для конкретной местности:

• монокристалические батареи легко узнать по псевдоквадратам черного цвета и скошенным углам. У них самый высокий КПД, 15-25%, поэтому если площадь крыши небольшая, то подобные батареи устанавливать предпочтительнее. С другой стороны, для нормального функционирования они должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу, а в условиях пасмурного дня, на рассвете и на закате мощность будет минимальной;
• поликристалические батареи отличаются пластинами темно-синего цвета с вкраплениями кристаллов кремния. КПД ниже, около 12-15%, но и стоят такие батареи дешевле, поэтому если площади для их установки достаточно, это наилучший вариант. Существенное их преимущество – возможность вырабатывать энергию в пасмурный день, так как кристаллы кремния имеют разную ориентацию;
• батареи из аморфного кремния стоят дешевле всего, но имеют низкий КПД, всего около 6%. Они напоминают по виду пленку, гибкие и лучше всего подойдут в тех случаях, если крыша имеет сложную форму, так как они легко крепятся на любую поверхность и не требуют обустройства дополнительных металлоконструкций. Такие батареи наиболее эффективно используют рассеянный свет, поэтому подходят для регионов, где часто бывает облачно. Минус их заключается в невысокой долговечности, так как слои кремния достаточно быстро прогорают под солнечными лучами. Не так давно появился более совершенный аналог – батареи из микроморфного кремния, которые не так требовательны к углу наклона и ориентации по сторонам света.

На каком бы варианте вы бы ни остановились, солнечные батареи – это всегда масса преимуществ:

• возможность получить полноценный источник электроэнергии, причем энергия солнца достается бесплатно. В развитых странах излишки такой энергии домовладения продают энергетическим компаниям. На отечественном пространстве уже делаются первые шаги в данном направлении, хоть явление еще далеко не массовое;
• отсутствие ежемесячных платежей за электроэнергию;
• длительный срок службы;
• экологичность.

Минусы, конечно же, присутствуют. Во-первых, невозможность использовать солнечную энергию в качестве полноценного источника электроэнергии в регионах с большим количеством пасмурных дней в году. Снег также может стать помехой, поэтому его придется постоянно счищать. Кроме того, места под весь комплект домашней солнечной электростанции понадобится немало: это сами батареи и оборудование к ним. Что же касается стоимости, то изначально она высока, но в итоге полностью окупается.

При выборе солнечных батарей обращайте внимание на:

• мощность. Зависит от потребностей конкретного дома и особенностей региона;
• время автономной работы аккумулятора напрямую влияет на длительность периода, в течение которого можно будет получать электроэнергию при ненастной погоде;
• площадь установки;
• нагрузка;
• класс работоспособности. Лучше брать батареи класса А;
• имя производителя. Неплохо себя зарекомендовала продукция таких компаний, как Sunpower, Sanyo, Jinko Solar.

Расчет необходимой мощности – это занятие кропотливое и требующие знания массы точных параметров. Чтобы прикинуть, какие примерно батареи понадобятся и сориентироваться по цене, можно провести несложный, но очень приблизительный расчет:

• суммируем потребление энергии всей техникой и оборудованием за месяц, учитывая все, от лампочек до холодильника и насоса. Цифра получится примерная, но все же соответствующая реальному потреблению. Допустим, получается 100 кВт;
• так как в аккумуляторах и на этапе преобразования постоянного тока в переменный есть существенные потери энергии, их важно учитывать в расчете. Приблизительно теряется около 30-40% энергии, и чтобы ее покрыть, придется установить дополнительные батареи. Следовательно, в месяц нам понадобится уже не 100 кВт, а 140 кВт;
• полученное значение делим на количество дней в месяце (140 кВт/30 = 4,67 кВт), а теперь самое интересное – необходимость поделить на количество солнечных часов в месяце. Для летнего периода это время с 9 утра до 4 вечера, в остальное время мощность будет уже не максимальной, итого получаем 7 часов: 4,67/7 = 0,67 кВт. Но массива с мощностью 0,7 кВт будет явно недостаточно, так как при расчете не учитываются пасмурные дни, а в осенне-весенний период их будет немало, да и длительность светового дня очень низкая, поэтому полученное значение можно увеличить в 1,5-2 раза.

Для получения точных расчетов необходимо исследовать дневники погоды в регионе на предмет количества пасмурных и солнечных дней за последние годы в конкретном месяце. Только после этого можно будет судить о параметре батарей и об окупаемости. В большинстве случаев, даже большой запас не дает возможности использовать солнечную энергию как полноценный источник электричества в зимний период, поэтому потребуется резервное питание бензогенератором.

№3. Ветрогенератор для дачи

Еще один бесплатный источник электроэнергии – ветер, но, как и солнечные лучи, он отличается непостоянностью. Главные преимущества, как и с фотоэлементами, – это отсутствие необходимости постоянной покупки топлива и экологичность полученной энергии. Минусы: высокая стоимость конструкции, необходимость ставить не только сам ветрогенератор, но и дополнительное оборудование (инвертор и аккумуляторы с контроллерами).

На дачах сегодня устанавливают два вида ветряков:

• роторные с вертикальной осью вращения отличаются невысоким уровнем шума, не требуют большой скорости ветра и значительной высоты установки, но КПД у них невысокий;
• крыльчатые ветряки с горизонтальной осью вращения более привычны, обладают высоким КПД, стоимость установки у них ниже, но материалоемкость, а значит, и цена, выше.

Главный вопрос, который стоит перед теми, кто решился на установку ветряка, – это даже не его тип, а мощность. Отвечая на вопрос, стоит учесть выработанную, аккумулированную и потребляемую энергию. Следовательно, важно посчитать, сколько энергии потребляется, например, в сутки, какая средняя и пиковая нагрузка. Учесть необходимо среднюю скорость ветра, количество дней, когда скорость ветра выше 5 м/с (наиболее благоприятны), а также максимальную продолжительность безветренной погоды.

На практике получается, что слабые ветры 2-3 м/с дают недостаточно энергии. Поэтому опытные дачники советуют запастись аккумуляторами высокой емкости, чтобы накапливать энергию, полученную в ветряные дни, и использовать ее в период штиля и слабых ветров.

№4. Инверторные аккумуляторные батареи для дачи

Аккумуляторные батареи могут использоваться для накопления энергии от различного рода генераторов, но порой используются и как самостоятельный источник энергии. Естественно, рассматривать этот вариант как способ постоянно питать участок электричеством не стоит, но вот в качестве резервного он пойдет. Если вдруг свет выключат, топливо для генератора закончится или долго не будет солнечных дней, то минимально необходимый набор электроприборов запитать можно будет.

Инверторный аккумулятор подключают к общей электросистеме дома, он заряжается от сети центрального электроснабжения, а когда возникают перебои с электричеством, он сам отдает энергию.

Параметры аккумуляторной батареи подбирают в зависимости от потребностей, принимая во внимание то, сколько энергии потребляют электроприборы в доме и на какой период возможно отключение электричества. Например, если необходима батарея, которая даст 3 кВт электроэнергии, а учитывая потери при преобразовании в инверторе (10%) это 3,3 кВт, при напряжении на выходе 12 В необходим будет аккумулятор 275 А*час или 2 по 150 А*ч. При выборе аккумулятора учитывайте число циклов заряда/разряда (чем больше, тем лучше), отдавайте предпочтение моделям с максимальным сроком службы и лучше не используйте автомобильные аккумуляторы, вопреки тому, что по всем параметрам они, казалось бы, подходят – для их безопасной эксплуатации нужны специфические условия.

В заключение

Для получения энергии также оборудуют мини-ГЭС, но для этого необходим доступ к источнику воды, поэтому этот способ не нашел распространения. Если загородный дом используется круглый год, то лучше все же вложить деньги в ветрогенератор или солнечные батареи (смотря, что более выгодно), и подстраховаться топливным генератором. Если же дача используется от случаю к случаю, то обойтись можно только генератором, а если электричество на участке все же есть, но просто подают его по графику или с перебоями, то вариант – аккумулятор или бензиновый генератор.

Статья написана для сайта remstroiblog.ru.

Россияне смогут заработать на излишках «зелёного» электричества

Хозяев установок, работающих на энергии солнца, ветра или воды и позволяющих получать электричество мощностью до 15 кВт, могут освободить от уплаты НДФЛ при продаже излишек сетевым компаниям. Соответствующий законопроект был одобрен к внесению в Госдуму на заседании Правительства 15 августа. А документ, который разрешает владельцам малых ветряков и солнечных батарей торговать электроэнергией, тем временем готовится ко второму чтению. Ожидается, что депутаты рассмотрят его уже в осеннюю сессию.

Частному дому — собственный ветряк

Потребности населения в электроэнергии грозят опередить ещё недавно подключенные мощности. Эксперты предупреждают, что через семь лет ресурс введённых за последние 10 лет в России 35 тысяч МВт может быть исчерпан. Так что нам необходимо не менее 15 процентов «зелёной энергии» в общей генерации, считают специалисты. Выходом может стать как строительство крупных мощностей, так и появление у населения личных источников альтернативной энергии.

В феврале в первом чтении Госдума одобрила законопроект, внесённый Минэнерго в рамках программы по развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Документ, кроме прочего, предусматривает, что физические лица, имеющие электростанции мощностью до 15 кВт включительно, работающих на ВИЭ, смогут продавать выработанную электроэнергию на розничных рынках.

«Бытовые компании и генерирующие компании будут функционировать отдельно. Закон даст право людям производить электроэнергию самим. Мало того, при её избытке — поставлять её в сети. Сетевые компании будут обязаны покупать эту электроэнергию по цене рынка», — объяснил он.

«Личная» энергия обезопасит жителей Севера

Обеспечение стабильной электроэнергией жителей труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока всегда было актуальной задачей. Но для этого приходится тянуть ЛЭП на сотни километров. Там, где это невозможно, приходится завозить по воде тысячи тонн мазута, причём процесс усложняется тем, что период навигации ограничен. Есть примеры изолированной от остальной страны генерации электроэнергии — это Билибинская АЭС на Чукотке и идущая ей на смену плавучая АЭС «Ломоносов», береговая инфраструктура для которой уже строится.

В то же время удалённые регионы обладают огромным потенциалом возобновляемых источников энергии, в первую очередь — ветряной, отчасти солнечной. В Тикси, например, начато строительство ветряной электростанции, которая сможет снабжать отрезанный от энергосистемы страны один из важнейших портов на Северном морском пути. Но если посёлок в целом может иметь независимую «зелёную» генерацию, почему и его жителям также не могут организовать автономные источники энергии, чтобы использовать климатические сложности как преимущества — морской арктический ветер и полярную ночь?

Павел Завальный. Фото: Пресс-служба Госдумы

Если каждый житель удалённых регионов сможет законно иметь собственную генерацию, он будет чувствовать себя в большей безопасности, — такое мнение высказал «Парламентской газете» первый заместитель председателя Комитета Госдумы по энергетике 

Он также отметил, что, хотя сейчас в России малые агрегаты для возобновляемой энергетики «дороговаты», как и в принципе вся «зелёная» энергетика, тем не менее собственные солнечные батареи стали уже «одними из самых эффективных в мире».

«Думаю, что этот закон будет стимулировать производство российских агрегатов для малой генерации — солнечных панелей и других», — надеется депутат.

Игорь Ананских: Юрий Паршинцев / ПГ

Выгода для дачников и владельцев частных домов

Впрочем, даже в российских регионах с развитыми электросетями есть «белые пятна», куда большим компаниям невыгодно тянуть ЛЭП. Поэтому рассматриваемый закон, по словам Ананских, может решить и эту проблему.

«Там, где невыгодно проводить газ или электричество, 15 собственных киловатт для личных нужд иметь гораздо выгодней. И поэтому данный закон призван удешевить электричество на отдалённых и приусадебных участках, дачных посёлках, на метеостанциях, куда невыгодно проводить электричество», — объяснил парламентарий.

Он также добавил, что законопроект пока не касается городов и многоквартирных домов, так как там уже действует особый правовой порядок. «Там, где инфраструктуры в достатке, генерирующая организация по уже существующему законодательству обязана за небольшую сумму поставить и довести до каждого потребителя 15 кВт, что гораздо выгодней», — констатировал он.

Там, где невыгодно проводить газ или электричество, 15 собственных киловатт для личных нужд иметь гораздо выгодней.

В то же время для частных домов, по его мнению, в дальнейшем необходимо будет скорректировать разрешённое значение для личной генерации. «В дальнейшем нам надо подумать над увеличением разрешённой мощности для малой генерации. Если дом большой, то 15 кВт может не хватить», — считает Ананских.

Это мнение разделяет и первый заместитель Комитета Госдумы по экономической политике, промышленности, инновационному развитию и предпринимательству Валерий Гартунг.

«Надо расширять зону действия закона. Даже для частных лиц 15 кВт — это минимум. Если приличный дом, то 50, 60 и даже 100 кВт нужны точно. В качестве первого шага можно остановиться на 15 кВт. А уже через год надо бы поднять до 100 кВт», — подчеркнул Гартунг в комментарии для «Парламентской газеты».

Валерий Гартунг. Фото: Юрий Паршинцев / ПГ

Для снижения цен и демонополизации рынка электроэнергии

Дальнейшее повышение разрешённого порогового значения для микрогенерации предполагает ещё одну цель — демонополизацию и децентрализацию российской электроэнергетики в будущем, считает Гартунг. Он отметил, что для этого необходимо развивать малую генерацию в принципе, причём не только основанную на альтернативных источниках энергии, и для личных нужд физических лиц. «Надо дать возможность малому бизнесу развивать источники малой генерации, чтобы они тоже имели достаточно простые и понятные условия по продаже излишков энергии и подачи её в сеть», — сказал он.

Депутат объяснил, что, таким образом, в перспективе эффективность производства и потребления электроэнергии может возрасти.

Депутат посетовал, что электросети оказывают «дикое» сопротивление таким предложениям, так как им невыгодно присутствие на рынке малой генерации, потому что «малая генерация будет размонополивать рынок, децентрализировать его». А ведь, отметил он, последнее как раз выгодно и гражданам, потребителям, и государству, так как сократит издержки на передачу, составляющие от трети до половины цены, и в итоге снизит стоимость энергии.

Впрочем, Гартунг уверен, что внесённый закон в нынешнем виде пока «больше символический», он — «первый шаг в правильном направлении, но явно недостаточный». «С другой стороны, этот закон — как прецедент — важен. Он позволит отработать механизмы взаимодействия частной малой генерации с сетевиками, вскроет недостатки, препятствия, описав которые, можно будет дорабатывать схему и устранять недостатки. И уже потом можно поднимать порог генерации», — заключил депутат.

«Зелёная» энергетика в России и в мире

Человечество активно переходит к использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на фоне угрозы исчерпания ископаемого топлива и негативных последствий от его использования для экологии. В целом увеличение мощностей возобновляемой энергетики уже опережает традиционные источники — с 2015 года это 55 процентов прироста. 47 стран к середине века планируют на 100 процентов перейти на «зелёную» энергию, а о переводе 30 процентов генерации на ВИЭ к 2030 году заявили Китай, Бразилия, Япония и Канада.

Сейчас лидером по использованию ВИЭ в целом является Китай — как ветра, так и солнца (почти 26 процентов генерации). В США для сравнения: 21 процент. Лидирующие позиции также занимают такие страны, как Германия, Испания и Индия.

В России, где использование ВИЭ не превышает одного процента, несмотря на огромные запасы углеводородов и другого ископаемого топлива, имеется огромный потенциал для развития «зеленой» энергии. Ещё с советских времён действует Кислогубская приливная электростанция, ряд других мощностей — геотермальные, солнечные и ветряные станции. С 2010-х возобновлены проекты по постройке ветряных электростанций в Ростовской области, Адыгее и других регионах.

К 2024 году Россия планирует довести долю ВИЭ до 2,4 процента

Латвия предлагает альтернативу известным видам автомобильного топлива и даже электричеству

https://lv.sputniknews.ru/20210808/latviya-predlagaet-alternativu-izvestnym-vidam-avtomobilnogo-topliva-i-dazhe-elektrichestvu-17905924.html

Латвия предлагает альтернативу известным видам автомобильного топлива и даже электричеству

Латвия предлагает альтернативу известным видам автомобильного топлива и даже электричеству

Автомобили на бензине, дизеле и даже на электричестве могут стать прошлым веком для Латвии, если удастся внедрить применение биометана, которого предостаточно… 08.08.2021, Sputnik Латвия

2021-08-08T16:10+0300

2021-08-08T16:10+0300

2021-08-09T10:45+0300

новости латвии

топливо

бензин

электричество

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn1.img.sputniknewslv.com/img/07e5/08/09/17914912_0:67:1280:787_1920x0_80_0_0_75c979d287e8e173d9048f3d2f31fbcd.jpg

РИГА, 8 авг — Sputnik. Доктор технических наук, ведущая исследовательница Рижского технического университета (РТУ) Кристине Вегере рассказала о виде топлива, который мог бы стать альтернативой бензину, дизелю и даже электромобилям, сообщает Bb.lv со ссылкой на еженедельник Dienas Bizness.Вегере, которая выступает за «дружественные природе технологии» в личном автотранспорте, предлагает использовать биометан, которого в предостаточном количестве выделяется на латвийских фермах. «Этот газ выделяет практически любая животноводческая ферма! Причем это было бы существенно дешевле электрификации машинного парка», — сообщает доктор наук.Метан образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов в анаэробных условиях — в болотах, переувлажненных почвах, кишечнике жвачных животных.Пока что в Латвии превалирует автотранспорт на дизельном топливе. С 2015 года общее количество машин, зарегистрированных в республике, увеличилось с 657 799 до 751 860, а с дизельным двигателем гораздо больше — с 305 612 до 480 760. Сегодня их число вдвое превышает бензиновые авто — 224 698.Напомним, что власти Латвии ранее планировали начать оказывать латвийцам поддержку в покупке электромобилей с 2022 года. Министерство охраны среды и регионального развития (VARAM) разрабатывало «зеленую» программу, включающую господдержку, в рамках которой Минсреды предлагает выдавать латвийцам по 4500 евро на покупку машин с низким и нулевым уровнем выбросов в атмосферу.Глава Минсреды Артурс Томс Плешс сообщал, что с помощью разработанного его ведомством предложения государство сможет сделать первый шаг к оказанию латвийцам поддержки для приобретения дружественного среде транспорта. Ведь, как указывают в VARAM, транспортный сектор является вторым крупнейшим источником эмиссии газов парникового эффекта и создает почти треть (29%) от общей эмиссии газов в Латвии.

https://lv.sputniknews.ru/20210806/chto-proizoshlo-s-tsenami-na-toplivo-v-latvii-za-god-i-kakovy-perspektivy-17882128.html

Sputnik Латвия

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

2021

Sputnik Латвия

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Новости

ru_LV

Sputnik Латвия

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Sputnik Латвия

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Sputnik Латвия

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

новости латвии, топливо, бензин, электричество

Автомобили на бензине, дизеле и даже на электричестве могут стать прошлым веком для Латвии, если удастся внедрить применение биометана, которого предостаточно на любой животноводческой ферме

Вегере, которая выступает за «дружественные природе технологии» в личном автотранспорте, предлагает использовать биометан, которого в предостаточном количестве выделяется на латвийских фермах.

«Этот газ выделяет практически любая животноводческая ферма! Причем это было бы существенно дешевле электрификации машинного парка», — сообщает доктор наук.

Метан образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов в анаэробных условиях — в болотах, переувлажненных почвах, кишечнике жвачных животных.

Пока что в Латвии превалирует автотранспорт на дизельном топливе. С 2015 года общее количество машин, зарегистрированных в республике, увеличилось с 657 799 до 751 860, а с дизельным двигателем гораздо больше — с 305 612 до 480 760. Сегодня их число вдвое превышает бензиновые авто — 224 698.

Глава Минсреды Артурс Томс Плешс сообщал, что с помощью разработанного его ведомством предложения государство сможет сделать первый шаг к оказанию латвийцам поддержки для приобретения дружественного среде транспорта. Ведь, как указывают в VARAM, транспортный сектор является вторым крупнейшим источником эмиссии газов парникового эффекта и создает почти треть (29%) от общей эмиссии газов в Латвии.

Сможет ли «зеленая» энергетика победить нефть и газ — Российская газета

Готов ли мир и наша страна перейти на ВИЭ и когда закончится эпоха нефти и газа, «Российская газета» спросила у первого заместителя председателя Комитета Государственной Думы по энергетике Валерия Селезнева и первого проректора по внешним коммуникациям Финансового университета при Правительстве России, главы Фонда национальной энергетической безопасности Константина Симонова.

В прошлом году потребление нефти и газа упало впервые с 2009 года. Означает ли это начало конца или только временный спад?

Валерий Селезнев: Дальнейшие перспективы для нефти и газа более плачевные, чем пытаются представить различные аналитические агентства, отраслевые компании и ведомства заинтересованных стран. За каждым таким прогнозом стоит политика, а она не бывает честной и откровенной. Как можно говорить о росте спроса до 2035 и тем более 2050 года, когда уже сейчас процесс перехода, отказа от ископаемых источников энергии сильно ускорился. Мы уже видим в режиме реального времени сдвижку влево, как модно говорить, всех планов по «озеленению» экономики. Идет не просто борьба за это между старушкой Европой и, как иногда кажется, основными соперниками этого курса — Россией и Китаем. Происходит глобальный мировой энергетический передел. Курс на «зеленую» повестку, «зеленую» экономику взят, и он безвозвратен. Соответственно тот, кто будет производить сложные технологии для «озеленения» экономики и улучшения экологии, тот и будет в дальнейшем определять судьбы мира.

Константин Симонов: Я не совсем понимаю, каким образом человечество сможет отказаться от нефти и газа в ближайшие два десятилетия, потому что есть масса вопросов технологических и экономических, которые до сих пор не решены. Да, «зеленый» энергопереход сейчас активно продвигается, лоббируемый Евросоюзом и США. Но давайте все-таки вначале задумаемся о том, насколько возможен мир без углеводородов? Сейчас 85% мирового энергобаланса закрывают углеводороды. В развитой Европе — 75%. При этом в мире почти миллиард человек вообще не имеет доступа к электроэнергии, а 2,5 млрд готовят еду на открытом огне. В этой ситуации нам на полном серьезе говорят, что все человечество чуть ли не за 20 лет перейдет к энергии, которая пока остается очень дорогой. Я уже десять лет слышу о том, что нефть скоро никому будет не нужна, но если взять потребление за эти 10 лет, то оно выросло без 2020 года на 13%, а газа — на 25%. Да, тенденция когда-нибудь поменяется, но рассчитывать на то, что сейчас эта «зеленая волна» покатится и раздавит всех производителей нефти и газа, достаточно большое преувеличение. Спад спроса в прошлом, ковидном году брать в расчет некорректно. Это форс-мажор. Более того, он нас неожиданно погрузил в будущее без углеводородов. Самолеты не летали, многие машины стояли на приколе. И оказалось, что жить без нефти и газа сложновато.

У миллиарда человек в мире нет доступа к электроэнергии, еще 2,5 млрд готовят еду на открытом огне

Альтернатива развитию ВИЭ какая-нибудь есть, например, чистая генерация на газе или водородная энергетика?

Валерий Селезнев: Честно говоря, на чем сидим, теми сказками и успокаиваемся. Я за то, чтобы были перспективы в энергетике у чистого угля, шикарные перспективы у водорода из природного газа. Но только не понимаю, зачем? Как энергоносители ветер и солнце бесплатны, и они будут всегда. Говорят, что невозможно обеспечить стабильность производства электроэнергии на ветре и солнце, потому что бывает темно и безветренно, но это решается созданием единой системы электроснабжения. Сейчас много разговоров идет, что мы идем к децентрализации системы энергоснабжения, но это опять политика. На самом деле, мы придем к централизации, вплоть до материковых систем. Допустим, если Европа создаст такую систему, то будет неважно, локально в какой точке нет ветра и солнца. Электроэнергия будет доставлена оттуда, где они есть. За исключением, наверное, малых территорий, которые экономически невыгодно покрывать сетями передачи электроэнергии. И вот там есть перспектива развития или даже не развития, а место для альтернативной генерации. Я называю альтернативной традиционную ныне генерацию. Сами углеводороды вполне себе перспективны с точки зрения переработки, замещения металлов полимерами и т.д. Но я не очень верю в углеводороды как источники для получения первичной электроэнергии. Я вижу, как развиваются технологии для ВИЭ и как достигается ценовой паритет ВИЭ и ископаемого топлива.

Константин Симонов: Я пока не вижу альтернатив как раз углеводородам. Я понимаю, что вся эта история с ВИЭ прекрасно продается, но как быть с технологиями? Нам уже больше 10 лет обещают, что вот-вот сейчас все решим, будут аккумуляторы, «умные» сети электроснабжения и прочее. Нам все более агрессивно обещают технологическую революцию, но она до конца так и не происходит. Да, технологии дешевеют, но пока генерация ВИЭ все равно дорогая. Самые крупные успехи в ЕС по «зеленой» энергии у Дании и Германии, и именно там она дороже всего. Дания абсолютный лидер по доле ВИЭ в энергобалансе и по цене электроэнергии. Ее стоимость можно по-разному упаковывать — в субсидии, в налоги, в тарифы, но она не становится от этого дешевле. Я совершенно не понимаю, как можно одновременно бороться с глобальной бедностью и предлагать более дорогую энергию, ожидая, что весь мир в эту историю обязательно впишется.

Энергопереход подразумевает громадные инвестиции, есть мнение, что он по карману только высокоразвитым странам. Откуда возьмутся эти средства после экономического кризиса 2020 года?

Валерий Селезнев: Целые континенты решают высвобождать средства из-под проектов, которые содержат углеродный след, на «зеленые», экологически чистые проекты, ведущие к углеродной нейтральности. Это уже делается в Европе, на этот курс сворачивает сейчас США с Джо Байденом. На днях было заявление Европы на уровне весьма высокопоставленных политиков, что необходимо ускорять процесс энергоперехода и экстраполировать его на страны третьего мира с целью достижения глобальных результатов. Потому что естественно с точки зрения экологизации земного шара локально достичь какой-то углеродной нейтральности, снижения парниковых выбросов, допустим, в Европе или России, не получится. В целом это не даст эффекта, если продолжат дымить и коптить Африка, Латинская Америка, другие континенты и отдельные страны. Деньги на это найдутся: и триллион, и три триллиона. Сейчас уже понятно, что с 2022-2023 года в ЕС будет введен транснациональный углеродный сбор. И он будет ужесточаться со временем. Только по сегодняшним оценкам ежегодно он будет забирать с нашего экспорта миллиарды долларов. И чтобы не попасть под этот каток, нужно самим активнее переходить к «зеленой» повестке.

Константин Симонов: С деньгами ситуация еще хуже, чем с технологиями. Прошлый европейский план предполагал инвестиции в ВИЭ в триллион евро. У ЕС уже сегодня долг больше 100% ВВП. Они год должны работать просто на его возвращение. Но принимается еще более радикальный план. А как это все будет финансироваться, дыра-то в балансе очевидна? Мне это напоминает дискуссию в США по поводу бесплатного образования. Когда спрашивали того же Сандерса (Берни Сандерс — кандидат в президенты США от Демократической партии в 2016 и 2020 годах), как он собирается финансировать бесплатное образование, он отвечал, не знаю, это неважно, у нас такая идеология, а деньги потом будем собирать. И вот тут начинается самое интересное. Финансировать развитие ВИЭ хотят за счет углеводородов, то есть в том числе и России. Отсюда планы по введению углеродного сбора и прочие подобные вещи.

Инфографика «РГ»/ Антон Переплетчиков/ Сергей Тихонов

Нужно ли России активизировать развитие ВИЭ и выгодно ли это нашей стране?

Валерий Селезнев: Здесь не стоит вопрос, выгодно или нет. Это делать необходимо. Если мы не будем прилагать все усилия для этого, то через 10-15 лет, и это я даю еще очень большую фору, наша энергетика окажется полностью зависима от зарубежных решений. Мы можем игнорировать «зеленую» повестку, но это не значит, что она нас не касается. К сожалению, в любом переходе нельзя сразу отбросить старое и заменить новым. Поэтому сейчас на традиционную энергетику и конечного потребителя падает часть расходов на развитие ВИЭ. Когда будет достигнут паритет между ними, можно будет принимать дальнейшие решения. И постепенно маневрировать, исключая, как это и происходит в развитых странах, неэффективные, дорогостоящие, неэкологичные виды генерации, которые не принимаются мировым сообществом. В России на сегодняшний день в энергобалансе ВИЭ занимает около 1,5%. Сейчас мы обсуждаем программу ДПМ-2 (программа модернизации и замены старых электростанций, в том числе за счет строительства новых мощностей ВИЭ) с 2025 по 2035 год. И опять ее режем. Сначала обсуждалось 600 млрд на эту программу, потом было заявлено, что давайте срежем до 400, потом до 200, теперь пытаются найти компромисс на уровне 300 млрд. Мы в это дело вложили огромные средства, но неэффективно. Надо смотреть не только на объемы инвестиций, но и как они расходуются. Это должны быть прямые инвестиции в технологии, в развитие отрасли. А сейчас до 60% этих денег уходит на обслуживание банковских кредитов. То есть в сегодняшней модели основным бенефициаром являются банкиры, как это ни удивительно.

Константин Симонов: России предлагают впрыгнуть в этот уходящий «зеленый» вагон, но у нас практически нет шансов это сделать по огромному количеству причин, да и рассматриваемся мы здесь исключительно в качестве спонсоров. У нас есть объективные сложности с возобновляемой энергией. Главная сложность — климатическая. Да, в Якутии огромное количество солнечных дней, в Бурятии огромное количество солнечных дней. Это правда. Но проблема заключается в том, что солнце падает на землю под разным углом. На экваторе коэффициент использования эффективного солнца гораздо выше, чем в Якутии, несмотря на количество солнечных дней. В России есть условия для развития ВИЭ с точки зрения локального потребления в некоторых регионах, там, где это имеет экономический смысл. Но мы же говорим о том, что нам нужно вписаться в энергопереход, нам нужно от углеводородного экспорта переходить к экспорту «зеленой» энергии. А это просто невозможно.

Как энергопереход может отразиться на доходах нашего бюджета, который сильно зависит от экспорта углеводородов?

Валерий Селезнев: За счет экспорта газа и нефти в различные годы бюджет получал от 40 до 50% дохода. Сейчас времена изменились, это прекрасно продемонстрировала история с «Северным потоком-2». Будет отказ Европы от традиционных источников электроэнергии. То есть будет снижение нашего экспорта угля, нефти, газа и даже падение спроса на наши атомные технологии. Будут экологические налоги. Компенсировать это получится экспортом технологий ВИЭ, их обслуживания, технологий утилизации всего, что связано с ВИЭ, и расширением внутреннего потребления того же газа. Последнее только с одним условием, что внутренние цены на газ будут через повышение компенсировать те потери, которые мы недополучим из-за снижения экспорта. Он уже падает, ни «Сила Сибири», ни «Турецкий поток» не выходят на плановые значения поставок. Замещается единственное конкурентное преимущество, которое у нас есть — наличие газа, нефти и других полезных ископаемых. Остаются люди, их мозги. Наш народ, он самый пытливый народ в мире. Это доказано уже историей. И вот в этот потенциал я верю, что люди — это наша нефть. Но не надо экспортировать людей. Надо экспортировать результат научных изысканий, права на них. Я имею в виду права научные. Регистрировать их. И пускай Китай и весь остальной мир платят нам ренту за наш научный потенциал.

Константин Симонов: Сейчас мы добываем газ и нефть и экспортируем их в ЕС и страны АТР. Что нам предлагают взамен? Производить «зеленую» энергию и продавать ее. Но экспорт электричества в 6-8 раз дороже, чем экспорт газа по затратам. Германия сама производит «зеленую» энергию и может это делать в том объеме, который ей нужен. Собственных технологий ВИЭ у нас нет. Получается, мы должны взять немецкую технологию, построить у себя завод по производству ветряков или у китайцев купить солнечные батареи, произвести электричество и экспортировать в ту же Германию при себестоимости транспортировки в 6-8 раз выше, чем транспортировка того же газа. Где здесь экономическая модель? Перейти с сегодняшних объемов углеводородного экспорта на аналогичные объемы экспорта «зеленой» энергии России просто нереально. Как можно продавать солнечную энергию в Китай, если производство солнечных батарей там в разы дешевле, чем у нас? Сейчас популярна идея не платить трансграничный углеродный налог европейцам, а ввести его здесь, чтобы построить свои «зеленые» мощности и экспортировать энергию в Европу. Но европейцы не для этого придумали эту историю. Их задача заключается в том, чтобы мы нашли нужный им триллион или больше, продолжая продавать им нефть и газ. Наша «зеленая» энергия им не нужна. Мы всерьез хотим начинать агрессивное субсидирование возобновляемой энергетики, считая, что произведем технологии, которые способны будем экспортировать в Европу, уже 10 лет этим занимающуюся? Этот путь абсолютно тупиковый. И еще один момент, одно дело — прогнозы, часто ошибочные или ангажированные, например, о падении спроса на углеводороды, а другое дело — реальность. Компания BP, которая активно прогнозирует всякие «зеленые» переходы, не собирается продавать акции «Роснефти». А чего же так, если будущего за нефтью нет? Продавайте акции, стройте ветряки в Шотландии. Но они этого не делают.

На добычу биткоина уходит огромное количество электроэнергии. И чем он дороже, тем больше

12 февраля 2021

Автор фото, Getty Images

На электричестве, которое тратится в год на майнинг биткойнов, все чайники Британии могли бы работать 27 лет

Исследователи из Кембриджского университета пришли к выводу, что на годовое производство биткоинов требуется больше электроэнергии, чем его потребляет такая страна, как Аргентина.

Дело в том, что «майнинг» криптовалюты включает в себя активную работу компьютеров, которые проверяют все мировые транзакции с ней и затрачивают при этом много электроэнергии.

Много — это, по выкладкам ученых, 121,36 тераватт-часов в год, и эти показатели едва ли снизятся, если только не рухнет сама криптовалюта.

Однако пока что стоимость биткоина подскочила до 48 тыс. долларов на волне сообщений о том, что компания Tesla вложила полтора миллиарда долларов в криптовалюту и намерена в будущем принимать ее к оплате.

Более того, повышение стоимости биткоина подталкивает «добытчиков» к тому, чтобы включать в свои майнинговые сети все больше компьютеров, что, в свою очередь, ведет к увеличению потребления электроэнергии.

Для примера, энергии, затрачиваемой на годовой майнинг криптовалюты, хватило бы на то, чтобы все чайники Великобритании кипели 27 лет.

С другой стороны, признают эксперты, электричества, которое потребляют в год все не работающие, но не выключенные из электросети приборы Америки, хвватило бы на год работы всей биткоиновой сети.

Добыча биткоинов

Для майнинга криптовалюты компьютеры, часто специализированные, объединяются в специальные сети.

В их задачу входит подтверждение транзакций, когда люди посылают или получают биткоины.

Этот процесс включает решение определенных задач, что само по себе не является составной частью поверки движения криптовалюты, но обеспечивает определенную защиту от возможного мошеннического редактирования глобального списка таких транзакций.

В качестве награды майнеры периодически, часто по принципу лотереи, получают небольшое вознаграждение в биткоинах.

Для увеличения прибыли люди часто подключают к такой сети большое количество компьютеров, иногда целые «фабрики».

Поскольку компьютеры решают задачи практически безостановочно, они потребляют много электроэнергии.

Специалисты из Кембриджского центра альтернативного финансирования, разработавшие онлайн-программу, которая рассчитывает потребление электроэнергии на производство криптовалют, говорят, что компьютеры, по всему миру добывающие криптовалюту, работают с разной эффективностью.

Но взяв за основу среднюю цену за киловатт-час электроэнергии и потребление энергии сетью компьютеров, которые занимаются майнингом, можно вычислить, сколько электричества расходуется на производство биткоинов в заданную единицу времени.

Эко-загадка

«Биткоин по сути анти-экономичен, — утверждает автор книги «Нападение 50-футового блокчейна» (Attack of the 50 Foot Blockchain) Дэвид Джерард, — так что более экономичная аппаратура для майнинга не поможет, ей придется соревноваться с другой, столь же экономичной. А это, в свою очередь, означает, что затраты энергии на производство биткоинов, и, стало быть, выбросы в атмосферу углекислого газа, будут лишь бесконечно расти. И очень плохо, что вся эта энергия тратится по сути дела на игру в лотерею».

В понедельник, после того как компания Tesla объявила, что инвестирует средства в криптовалюту, стоимость биткоинов вновь подскочила.

При этом аналитики усмотрели в таких инвестициях противоречие с прежней экологической позицией компании.

«Илон Маск одним махом перечеркнул хорошую работу по промотированию чистой энергии, которую вела Tesla, и это очень плохо, — считает Джерард. — Не представляю, как он сможет теперь отыграть назад».

«Tesla получила в прошлом году экологические субсидии на полтора миллиарда долларов, и все за счет налогоплательщиков, — продолжает писатель. — А потом сделала разворот и потратила полтора миллиарда на биткоины, которые добываются с помощью электричества, вырабатываемого при сжигании угля. Так что эти субсидии стоило бы пересмотреть».

Джерард в связи с этим предлагает ввести углеродный налог на криптовалюту, который частично уравновесил бы ущерб от потребления электроэнергии.

5 альтернативных способов получения электроэнергии — VINUR

Сегодня все больше внимания уделяется вопросу получения электрической энергии альтернативными способами. Как получить электричество? Скоро человечество столкнется с проблемой дефицита нефти, газа и угля. Также возможны сокращения добычи урана, который используется на атомных электростанциях. Поэтому у нас возникает логичный вопрос: что мы будем делать дальше? Ведь без электричества в мире начнется полный хаос, так как все глобальные сети работают за счет потребления электричества. К чему может привести конец эры углеводородов?

Решением данной проблемы ученые занимаются уже несколько десятилетий. Появляется все больше разработок, связанных с получением электрического тока из альтернативных источников. Некоторые из них используются человеком довольно успешно. Многие страны мира стали задействовать силы природы для преобразования их энергии в электричество. В новостях часто сообщается об открытии новых электростанций, которые работают с использованием силы ветра, отлива и прилива морей, солнечной энергии и других.

Но чтобы сократить потребление электричества и создать благоприятные условия для работы оборудования, человек использует трехфазный стабилизатор напряжения или бытовые стабилизирующие устройства. Это позволяет частично решать вопросы с перепадами напряжения в быту и на производстве, а также создает экономически выгодные условия его потребления. Мы начали уделять больше внимания экономии энергоресурсов и улучшению качества их потребления.

Наука не стоит на месте

Сегодня человечество разработало множество способов, как получить электрический ток за счет природных явлений. Мы решили рассказать сегодня про 5 способов вырабатывания электроэнергии, которые считаем необычными по той причине, что они не набрали достаточной популярности. Может, некоторые из вас скажут, что они являются экономически затратными и неэффективными, но это не говорит о том, что человечество от них откажется.

Эти инновационные способы в ближайшее время смогут использоваться человеком, как новые источники получения электрического тока. Даже с появлением нефти человечество считало этот природный ресурс неэффективным и неизвестным, но сегодня она используется во многих областях нашей деятельности.

Сегодня мы еще точно не можем сказать, чем человечество заменит привычные электрические источники. Возможно, один из способов, который мы опишем ниже, станет альтернативным.

Морская вода

Запасы соленой воды на планете просто огромны, поэтому ученые решили разработать электростанцию, которая будет работать на данном ресурсе. Единственная электрическая станция была построена в Европе фирмой Starkraft. Электрическая энергия добывается по технологии использования осмоса. Если говорить простым языком, происходит смешивание соленой и пресной воды, что приводит к образованию энергии из-за увеличения энтропии жидкостей. Данная энергия необходима для приведения в действие гидротурбин электрогенераторов.

Этот способ не такой эффективный, как атомные электростанции, но он не наносит большого вреда окружающей среде.

Топливные элементы

Сегодня также разработана электростанция, которая работает на элементах топливного типа, имеющая мощность до 0,5 ГВт. Работает она за счет горения топлива в элементе, который перерабатывает энергию тепла в электрический ток. По сути, это дизельный генератор, в котором не используется дизельное топливо и генератор. Электростанция не загрязняет окружающую среду, так как не выбрасывает в атмосферу продукты горения. Также такой источник получения электрической энергии имеет высокий КПД.

Термические генераторы

Для того чтобы получить электрический ток можно использовать энергию тепла. Этой теории уже больше 100 лет, но сегодня она стала популярной из-за большого применения технологий по энергетической экономии. Сегодня данный способ используют и в промышленных масштабах. Например, в коммунально-отопительных системах получают тепло и электроэнергию для своих нужд.

Пьезоэлектрические генераторы

Закон сохранения кинетической энергии стал основой работ для получения электричества в экспериментальных установках — пьезоэлектрических генераторах. Их применяют в качестве эксперимента в зонах большого передвижения людей, танцполах, на железнодорожных вокзалах и в метро. Есть даже идея создавать «зеленые» фитнес-центры и спортзалы, в которых посетители смогут своими действиями производить до 3,6 мегават электричества в год.

Наногенераторы

Вы знаете, что в организме человека происходят микроколебания, которые можно преобразовать в электрическую энергию? Для преобразования небольших колебаний в организме человека в электрический ток используются наногенераторы. Такие технологии можно применять для зарядки мобильных устройств. Любое движение человека можно использовать для получения электрической энергии. Сегодня существует много разработок, которые объединяют использование наногенераторов и солнечных батарей.

Какая из новых источников энергии самая дешевая?

Америка, да и весь мир в целом, работает на ископаемом топливе, таком как бензин и уголь. Но ни для кого не секрет, что эти ресурсы не могут длиться вечно.

Ежедневно в США используется около 19 миллионов баррелей нефти и сжигается 378 миллионов галлонов бензина. Но нефть и уголь не являются возобновляемыми источниками энергии — это означает, что, когда у нас заканчиваются эти ресурсы, они у нас заканчиваются навсегда. Поскольку многие экономисты и ученые полагают, что мы достигли пика добычи нефти, потребность в источниках энергии, не являющихся ископаемыми видами топлива, стала более очевидной, чем когда-либо.

Давайте поговорим о некоторых современных альтернативных источниках энергии. Есть солнечная энергия, которая использует солнечный свет и преобразует его в электричество. Очевидно, что солнечный свет — это источник, на который мы всегда можем положиться, но методы его использования и превращения в энергию заведомо неэффективны.

Ветроэнергетика — еще одна популярная и развивающаяся альтернатива — она ​​использует массивные ветряные турбины для выработки электроэнергии. Опять же, турбины дорогие и подходят не для всех мест.Есть также геотермальная энергия, которая собирает тепло и газы из глубины Земли. Но это тоже дорого и потенциально может спровоцировать землетрясения.

Итак, какой новый альтернативный источник энергии самый дешевый? Хотя это не возобновляемый ресурс, природный газ становится все более популярной альтернативой нефти. Природный газ состоит в основном из метана и добывается из земной коры. Разница между природным газом и нефтью заключается в изобилии первой — по некоторым оценкам, только в Северной Америке извлекается 1000 триллионов кубических футов, чего достаточно для удовлетворения потребностей страны в природном газе в течение следующих 45 лет.

Это также намного дешевле, чем нефть. А поскольку на нашем континенте имеется большое количество газа, использование природного газа снижает нашу зависимость от иностранной нефти из политически нестабильных стран.

Однако, поскольку он не возобновляемый, природный газ не является постоянным решением. Вернемся на мгновение к солнечной энергии. Хотя сейчас это не самый эффективный способ выработки энергии, он может быть когда-нибудь.

Институт инженеров по электротехнике и электронике недавно заявил, что в течение следующих 10 лет, когда солнечные энергетические системы станут более распространенными, а технологии станут более эффективными, стоимость солнечной энергии может сравняться с ценой на нефть.

Мы надеемся, что наш мир сможет проложить свой путь к более светлому и чистому будущему между природным газом, солнечной энергией и множеством других источников энергии.

Альтернативная электроэнергия для односемейных домов | Руководства по дому

Самый эффективный и наименее затратный метод электроснабжения большинства домов на одну семью — это подключить дом к электросети, питающей район или район. Однако некоторые дома расположены в отдаленных районах, недоступных для национальной электросети, и в этих районах могут быть частые отключения электроэнергии.Некоторые домовладельцы предпочитают снабжать свои дома электричеством, полностью или частично произведенным из возобновляемых источников. Доступны альтернативные источники электроэнергии. Что выбрать, зависит от вашей ситуации, бюджета и потребностей.

Требования к электрооборудованию

Проведите аудит электроэнергии в вашем доме, чтобы определить количество электроэнергии, которая вам понадобится. Обладая этой информацией, вы можете приобрести или спроектировать систему, способную удовлетворить ваши потребности и ожидания. Если вы планируете полностью отключиться от сети, самым важным требованием будет определение пиковой нагрузки, чтобы вы могли одновременно удовлетворить все свои потребности в электричестве.Если вы планируете резервную систему или систему, которая будет удовлетворять только часть электрических требований вашего дома, вам все равно потребуется аудит, чтобы спланировать систему, которая будет соответствовать вашим минимальным потребностям.

Ветер

Ветровая энергия, в которой ветряная мельница или турбина преобразует энергию ветра в электричество, в настоящее время является одним из старейших и наименее дорогих альтернативных источников электроэнергии. Чтобы компенсировать периоды слабого или тихого ветра, большинство систем для односемейных домов вырабатывают электричество для зарядки аккумуляторов.Аккумуляторная батарея заряжает дом электричеством. Хорошо спроектированная система будет иметь достаточную емкость аккумулятора, чтобы преодолеть периоды, когда их подзаряжает слабый или нулевой ветер. При определении того, является ли ветер приемлемым альтернативным источником энергии для вашего дома, необходимо учитывать региональные погодные условия и местную топографию. В некоторых районах страны, естественно, более ветрено, чем в других. Некоторые жилые дома, например, расположенные в глубоких долинах, не будут иметь такого количества ветра, как соседние дома, расположенные на вершине холма.

Солнечная энергия

Солнечная энергия в настоящее время является наиболее популярным источником альтернативной электроэнергии. Большинство домовладельцев используют сетевые системы для обеспечения некоторых или всех потребностей в электроэнергии для своего дома в яркие солнечные дни, а затем полагаются на электричество из сети ночью или в пасмурные дни. Системы, предназначенные для использования в качестве единственного источника электроэнергии для перезаряжаемых батарей в домашних условиях, обеспечивающие питание после наступления темноты или в пасмурные дни. Размер системы, необходимой для вашего дома, будет определяться как потребностями в электричестве, так и количеством солнечного света, которое обычно бывает в вашем регионе.Связанные с сеткой системы часто имеют площадь менее 100 квадратных футов. Автономная система, способная питать дом среднего размера с обычными потребностями в электричестве в большинстве районов страны, поместится на крыше дома.

MicroCHP

Комбинированная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — это система, часто используемая в тяжелой промышленности. Вместо отвода избыточного тепла от угля, газа или других видов топлива, используемых в производственном процессе, тепло используется для производства электроэнергии. Теперь доступны блоки MicroCHP, сочетающие в себе отопление дома, нагрев воды и производство электроэнергии.Эти агрегаты, которые в настоящее время работают на природном газе или сжиженном пропане, становятся более эффективными и вскоре могут стать излюбленной альтернативой для домовладельцев, стремящихся сократить свои счета за электроэнергию.

Двигатель внутреннего сгорания

В большинстве случаев генераторы с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине, природном газе, жидком пропане или дизельном топливе, являются наименее дорогостоящим альтернативным источником электроэнергии для покупки и установки, но они являются наиболее дорогими в эксплуатации . Это делает их очень популярными в качестве аварийных резервных устройств в районах, где происходят частые отключения электроэнергии, но менее популярны для использования в качестве основного источника электроэнергии в доме.

Источники

Ресурсы

Биография писателя

Майк Шунвельд пишет с 1989 года и имеет журналы, в том числе «Outdoor Life», «Fur-Fish-Game», «The Rotarian» и многочисленные региональные публикации. Шунвельд получил лицензию капитана береговой охраны. Он имеет степень бакалавра наук о дикой природе Университета Пердью.

Альтернативы энергии: Электричество без углерода

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Эту статью лучше всего просматривать в формате PDF

Производство электроэнергии обеспечивает 18 000 тераватт-часов энергии в год, около 40% от общего потребления энергии человечеством. При этом он производит более 10 гигатонн углекислого газа ежегодно, что является крупнейшим отраслевым вкладом в выбросы человечества от ископаемого топлива.Тем не менее, существует широкий спектр технологий — от солнечной и ветровой до ядерной и геотермальной, — которые могут генерировать электричество без чистых выбросов углерода из топлива.

Самый простой способ сократить выбросы углерода при производстве электроэнергии — повысить эффективность. Но у такой выгоды есть пределы, и есть известный парадокс, что большая эффективность может привести к большему потреблению. Таким образом, глобальный ответ на изменение климата должен включать переход на безуглеродные источники электроэнергии.Это требует свежего осмысления цен на углерод и, в некоторых случаях, новых технологий; это также означает новые системы передачи и более умные сети. Но, прежде всего, необходимо расширить масштабы различных источников безуглеродной генерации, чтобы они могли обеспечить все более требовательный мир. В этой специальной функции Природа Команда новостей изучает, сколько безуглеродной энергии может быть в конечном итоге доступно — и какие источники имеют наибольший смысл.

Предоставлено: Дж.ТЭЙЛОР

В мире много плотин — 45 000 крупных, по данным Мирового энергетического совета, и еще больше плотин малых размеров. Его гидроэлектростанции имеют генерирующую мощность 800 гигаватт (информацию о мощности см. В разделе «По цифрам»), и в настоящее время они производят почти одну пятую электроэнергии, потребляемой во всем мире. В качестве источника электроэнергии плотины уступают только ископаемому топливу и производят в 10 раз больше энергии, чем геотермальная, солнечная и ветровая энергия вместе взятые.Плотина «Три ущелья» в Китае, заявленная полная мощность которой составляет 18 гигаватт, может производить более или менее вдвое больше энергии, чем все солнечные батареи в мире. Еще 120 гигаватт мощности находятся в стадии разработки.

Одна из причин успеха гидроэнергетики заключается в том, что это широко распространенный ресурс — 160 стран в той или иной степени используют гидроэнергетику. В некоторых странах гидроэнергетика вносит наибольший вклад в электроэнергию из сетей — в развивающихся странах нередко большая плотина является основным источником энергии.Тем не менее, именно в крупных промышленно развитых странах с большими реками гидроэнергетика проявляется в наиболее ярком аспекте. Бразилия, Канада, Китай, Россия и США в настоящее время производят более половины мировой гидроэнергетики.

Стоимость: По данным Международной гидроэнергетической ассоциации (IHA), затраты на установку обычно находятся в диапазоне от 1 миллиона долларов США до более 5 миллионов долларов США на мегаватт мощности, в зависимости от места расположения и размера станции. Плотины в низинах и плотины с небольшим перепадом между уровнем воды и турбиной, как правило, дороже; большие плотины дешевле на ватт мощности, чем небольшие плотины в аналогичных условиях.Годовые эксплуатационные расходы низкие — 0,8–2% от капитальных затрат; электроэнергия стоит 0,03–0,10 доллара за киловатт-час, что делает плотины конкурентоспособными с углем и газом.

Вместимость: Абсолютный предел гидроэнергетики — это скорость, с которой вода течет вниз по рекам мира, превращая потенциальную энергию в кинетическую энергию при движении. Количество энергии, которое теоретически могло бы быть произведено, если бы весь мировой сток был «спущен» до уровня моря, составляет более 10 тераватт. Однако редко когда можно использовать 50% мощности реки, и во многих случаях эта цифра ниже 30%.

По данным IHA, эти цифры по-прежнему открывают значительные возможности для новых мощностей. В настоящее время Европа устанавливает ориентир для использования гидроэнергетики, причем 75% того, что считается возможным, уже эксплуатируется. Чтобы Африка достигла такого же уровня, ей необходимо увеличить мощность гидроэлектроэнергии в 10 раз до более чем 100 гигаватт. Азия, которая уже имеет наибольшую установленную мощность, также имеет наибольший потенциал роста. Если бы он утроил свои генерирующие мощности, используя таким образом почти европейскую часть своего потенциала, он удвоил бы общие гидроэлектрические мощности в мире.IHA заявляет, что при достаточных инвестициях производственные мощности во всем мире могут утроиться.

Преимущества: Тот факт, что гидроэлектрические системы не требуют топлива, означает, что они также не требуют инфраструктуры для извлечения топлива и транспорта топлива. Это означает, что гигаватт гидроэлектроэнергии спасает мир не только на гигаватт угля, сжигаемого на электростанции, работающей на ископаемом топливе, но и на углеродные затраты на добычу и транспортировку этого угля. Поскольку кран легко открыть, плотины могут почти мгновенно реагировать на изменение спроса на электроэнергию независимо от времени суток или погоды.Такая простота включения делает их полезной резервной копией менее надежных возобновляемых источников. Тем не менее, вариации в использовании в зависимости от потребности и сезона означают, что плотины вырабатывают около половины своей номинальной мощности.

Гидроэлектрические системы уникальны среди генерирующих систем тем, что они могут, если они правильно спроектированы, накапливать энергию, произведенную в другом месте, перекачивая воду в гору, когда энергии много. Создаваемые ими водохранилища могут также обеспечивать воду для орошения, что является способом борьбы с наводнениями и создания условий для отдыха.

Недостатки: Не все регионы обладают большими гидроэнергетическими ресурсами — например, Ближний Восток относительно дефицитен. А водоемы занимают много места; сегодня площадь искусственных озер достигает двух Италии. Большие плотины и водохранилища, которые составляют большую часть этой площади и производят более 90% электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями во всем мире, требуют длительного и дорогостоящего планирования и строительства, а также переселения людей с территории водохранилища. За последние несколько десятилетий миллионы людей были переселены в Индию и Китай.Плотины оказывают экологическое воздействие на экосистемы вверх и вниз по течению и являются препятствием для миграции рыб. Накопление наносов может сократить срок их эксплуатации, а отложения, захваченные плотиной, недоступны для тех, кто находится ниже по течению. Биомасса, которая разлагается в резервуарах, выделяет метан и углекислый газ, и в некоторых случаях эти выбросы могут иметь такой же порядок величины, что и выбросы, которых можно избежать, если не сжигать ископаемое топливо. Изменение климата само по себе может ограничить пропускную способность плотин в некоторых районах за счет изменения количества и характера годового стока из таких источников, как ледники Тибета.

Поскольку гидроэнергетика является зрелой технологией, мало возможностей для повышения эффективности производства электроэнергии. Кроме того, были использованы более очевидные и простые места, поэтому можно ожидать, что остающийся потенциал будет труднее использовать. Небольшие (менее 10 мегаватт) «русловые» системы, вырабатывающие электроэнергию из естественного потока воды — как это делали мельники на протяжении четырех тысячелетий — привлекательны, поскольку они, естественно, имеют меньшее воздействие. Однако они примерно в пять раз дороже и их сложнее масштабировать, чем более крупные схемы.

Вердикт: Дешевая и зрелая технология, но со значительными экологическими издержками; можно добавить примерно тераватт мощности.

Предоставлено: J. TAYLOR

Когда 26 апреля 1986 года произошел расплав 4-го реактора Чернобыльской атомной электростанции в Украине, радиоактивные осадки загрязнили большую часть Европы. Эта катастрофа и более ранний инцидент на Три-Майл-Айленде в Пенсильвании на целое поколение разрушили ядерную промышленность Запада.Однако во всем мире картина не изменилась так резко.

В 2007 году строилось 35 атомных станций, почти все в Азии. По последним данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), которое выполняет функции мировой ядерной инспекции, 439 уже действующих реакторов имеют общую мощность 370 гигаватт и дают около 15% электроэнергии, производимой во всем мире.

Затраты: В зависимости от конструкции реактора, требований площадки и нормы амортизации легководные реакторы, составляющие большую часть мировых ядерных мощностей, вырабатывают электроэнергию по цене от 0 долларов США.025 и 0,07 доллара за киловатт-час. Технология, которая делает это возможным, выиграла от десятилетий дорогостоящих исследований, разработок и закупок, субсидируемых правительствами; без этого ускорения трудно представить, что в настоящее время использовалась бы ядерная энергия.

Вместимость: Поскольку ядерная энергетика требует топлива, она ограничена запасами топлива. Согласно последнему изданию «Красной книги», в которой МАГАТЭ и Организация экономического сотрудничества могут с выгодой извлечь около 5,5 миллионов тонн урана в известных запасах по цене 130 долларов США за килограмм или меньше, Операция и развитие (ОЭСР) оценивают ресурсы урана.При текущем использовании 66 500 тонн в год, это примерно на 80 лет топлива. Текущая цена на уран превышает этот порог в 130 долларов.

Геологически схожие рудные месторождения, которые еще не доказаны — «неоткрытые запасы», как полагают, примерно вдвое превышают доказанные запасы, а руды с более низким содержанием содержат значительно больше. Уран — не особо редкий элемент — он почти так же часто входит в состав земной коры, как цинк. Оценки конечных извлекаемых ресурсов сильно различаются, но 35 миллионов тонн можно считать доступными.И уран не единственный природный элемент, который можно превратить в ядерное топливо. Хотя они еще не разработаны, реакторы на ториевом топливе возможны; введение тория в игру удвоило бы имеющиеся запасы топлива.

Кроме того, хотя в нынешних конструкциях реакторов топливо используется только один раз, это можно изменить. Реакторы-размножители, которые производят плутоний из изотопов урана, которые сами по себе не являются полезными для производства энергии, могут эффективно создавать больше топлива, чем они используют.Система, построенная на таких реакторах, могла бы получить в 60 раз больше энергии на каждый введенный килограмм природного урана, хотя более низкие коэффициенты могут быть более реалистичными.

С реакторами-размножителями, которые еще предстоит испытать на коммерческой основе, мир в принципе мог бы стать на 100% ядерным. Без них все еще возможно, что объем ядерных мощностей вырастет в два или три раза и будет работать на этом уровне в течение столетия или более.

Преимущества: Атомная энергетика имеет относительно низкие затраты на топливо и может работать на полную мощность почти постоянно — электростанции в США вырабатывают 90% своей номинальной мощности.Это делает их хорошо подходящими для обеспечения постоянного питания «базовой нагрузки» для национальных сетей. Уран достаточно широко распространен, поэтому мировым запасам ядерного топлива вряд ли угрожают политические факторы.

Недостатки: Не существует согласованного решения проблемы обращения с ядерными отходами, образовавшимися на атомных станциях за последние 50 лет. Без долгосрочных решений, которые требуют больше с политической, чем с технической точки зрения, развитие ядерной энергетики, по понятным причинам, является трудной задачей.Еще одна проблема заключается в том, что распространение ядерной энергии трудно отделить от распространения возможностей ядерного оружия. Особую тревогу вызывают топливные циклы, которые включают рециркуляцию и, следовательно, обязательно производят плутоний. Даже без опасений по поводу распространения, атомные электростанции могут стать заманчивыми целями для террористов или сил противника (хотя в последнем случае то же самое можно сказать и о гидроэлектростанциях).

Долгосрочная приверженность значительному расширению использования ядерной энергии потребует принятия общественностью не только существующих технологий, но и новых — например, ториевых и реакторов-размножителей.Эти технологии также должны будут привлечь инвесторов и регулирующих органов (о ядерном синтезе см. «Дальше»).

Атомная энергетика также является чрезвычайно капиталоемкой; Затраты на электроэнергию в течение всего срока службы станции сравнительно невысоки только потому, что растения долговечны. Таким образом, в краткосрочной перспективе атомная энергетика является дорогостоящим вариантом. Еще одним препятствием может быть нехватка квалифицированных рабочих. Для строительства и эксплуатации атомных станций требуется очень много высококвалифицированных специалистов, и расширение этого резерва талантов, достаточное для того, чтобы удвоить скорость ввода в эксплуатацию новых станций, может оказаться очень сложной задачей.Инженерные мощности для изготовления ключевых компонентов также потребуют увеличения.

В свете этих препятствий прогнозы будущей роли ядерной энергетики значительно различаются. В «Перспективе мировых энергетических технологий — 2050» Европейской комиссии содержится оптимистичный сценарий, который предполагает, что при принятии общественностью и разработке новых реакторных технологий ядерная энергия может обеспечить около 1,7 тераватт к 2050 году. Аналитики МАГАТЭ более осторожны. Ханс-Хольгер Рогнер, руководитель отдела планирования и экономических исследований агентства, считает, что к 2050 году мощность увеличится не более чем до 1200 гигаватт.В междисциплинарном исследовании, проведенном в 2003 году Массачусетским технологическим институтом, описан конкретный сценарий увеличения мощности в три раза до 1000 гигаватт к 2050 году, сценарий, основанный на лидерстве США, продолжающейся приверженности Японии и возобновлении активности со стороны Европы. Этот сценарий основывался только на улучшенных версиях сегодняшних реакторов, а не на какой-либо радикально другой или улучшенной конструкции.

Вердикт: Достижение мощности в тераваттном диапазоне технически возможно в течение следующих нескольких десятилетий, но может оказаться трудным с политической точки зрения.Атмосфера общественного мнения, которая пришла к согласию с ядерной энергией, вполне могла быть очень уязвима для неблагоприятных событий, таких как еще одна авария масштаба Чернобыля или террористическая атака.

Предоставлено: J. TAYLOR

Биомасса была первым источником энергии человечества и до двадцатого века оставалась самым крупным; даже сегодня он уступает только ископаемым видам топлива. Древесина, растительные остатки и другие биологические источники являются важным источником энергии для более чем двух миллиардов человек.В основном это топливо сжигается в кострах и кухонных печах, но в последние годы биомасса стала источником электроэнергии, не использующей ископаемые виды топлива. По оценкам Всемирного энергетического совета, по состоянию на 2005 год мощность производства биомассы составляла не менее 40 гигаватт, что больше, чем у любого возобновляемого ресурса, кроме ветра и гидроэнергетики. Биомасса может дополнять уголь или, в некоторых случаях, газ на обычных электростанциях. Биомасса также используется во многих когенерационных установках, которые могут улавливать 85–90% доступной энергии за счет использования отходящего тепла, а также электроэнергии.

Затраты: Цена на электроэнергию из биомассы широко варьируется в зависимости от наличия и типа топлива, а также стоимости его транспортировки. Капитальные затраты аналогичны затратам на электростанции, работающие на ископаемом топливе. Затраты на электроэнергию могут составлять всего 0,02 доллара за киловатт-час, когда биомасса сжигается вместе с углем на традиционной электростанции, но возрастают до 0,03–0,05 доллара за киловатт-час на специальной электростанции, работающей на биомассе. Затраты увеличиваются до 0,04–0,09 долл. США за киловатт-час для когенерационной установки, но рекуперация и использование отходящего тепла делает процесс намного более эффективным.Самая большая проблема для новых электростанций, работающих на биомассе, — это найти надежное и концентрированное сырье, доступное на месте; Снижение транспортных расходов означает, что электростанции, работающие на биомассе, будут привязаны к местному доступному топливу и будут достаточно небольшими, что увеличивает капитальные затраты на мегаватт.

Вместимость: Биомасса ограничена доступной поверхностью земли, эффективностью фотосинтеза и запасом воды. Круглый стол ОЭСР в 2007 году подсчитал, что около полумиллиарда гектаров земель, не используемых в сельском хозяйстве, будут пригодны для производства неорошаемой биомассы, и предположил, что к 2050 году эта земля, а также растительные остатки, лесные остатки и органические отходы могут поставлять достаточно горючего материала каждый год, чтобы обеспечить 68 000 тераватт-часов.Преобразованный в электричество с КПД 40%, он может обеспечить максимум 3 тераватта. Межправительственная группа экспертов по изменению климата оценивает потенциал примерно на уровне 120 000 тераватт-часов в 2050 году, что составляет чуть более 5 тераватт на основе более крупной оценки доступной земли.

Эти прогнозы включают некоторые довольно крайние предположения о преобразовании земель для производства энергетических культур. И даже в той степени, в которой эти предположения оказываются жизнеспособными, электричество — не единственное возможное применение таких плантаций.Сохраняя солнечную энергию в форме химических связей, биомасса лучше других возобновляемых источников энергии поддается производству топлива для транспорта (см. Стр. 841). Хотя превращение биомассы в биотопливо не так эффективно, как простое сжигание, оно позволяет производить более ценный продукт. Биотопливо может легко превзойти производство электроэнергии в качестве использования биомассы в большинстве случаев.

Преимущества: Растения по своей природе углеродно-нейтральные и возобновляемые, хотя в сельском хозяйстве используются ресурсы, особенно если для этого требуется большое количество удобрений.Технологии, необходимые для сжигания биомассы, являются зрелыми и эффективными, особенно в случае когенерации. Небольшие системы, использующие пожнивные остатки, могут минимизировать транспортные расходы.

При сжигании на электростанциях, оснащенных оборудованием для улавливания и хранения углерода, биомасса из углеродно-нейтральной становится углеродно-отрицательной, эффективно высасывая диоксид углерода из атмосферы и сохраняя его в земле (см. «Улавливание и хранение углерода» ). Это делает его единственной энергетической технологией, которая действительно может снизить уровень углекислого газа в атмосфере.Однако, как и в случае с углем, улавливание углерода связано с расходами как с точки зрения создания капитала, так и с точки зрения эффективности.

Недостатки: В мире не так много земли, и большая ее часть потребуется для обеспечения продовольствием растущего населения Земли. Неясно, желательно ли позволить рыночным механизмам управлять распределением земли между топливом и продуктами питания, или это политически осуществимо. Изменение климата само по себе может повлиять на доступность подходящей земли.Вероятно, будет противодействие расширению и все более интенсивному выращиванию энергетических культур. Использование отходов и остатков может удалить углерод с земли, который в противном случае обогатил бы почву; долгосрочная устойчивость может оказаться недостижимой.

Зависимость от биоэнергетики также может открыть двери для энергетических кризисов, вызванных засухой или эпидемией, а изменения в землепользовании могут иметь собственные климатические последствия: расчистка земель для выращивания энергетических культур может приводить к выбросам со скоростью, которую сами культуры трудно компенсировать .

Вердикт: Если значительное увеличение урожая энергетических культур окажется приемлемым и устойчивым, большая его часть может быть использована в топливном секторе. Однако маломасштабные системы могут быть желательны во все большем числе условий, а возможность использования углеродно-отрицательных систем, которые подходят для производства электроэнергии, но не для биотоплива, является уникальной и привлекательной возможностью.

Предоставлено: J. TAYLOR

Энергия ветра расширяется быстрее, чем несколько лет назад могли бы пожелать даже ее самые ярые сторонники.Соединенные Штаты добавили 5,3 гигаватт ветровой мощности в 2007 году — 35% новых генерирующих мощностей страны — и еще 225 гигаватт находятся на стадии планирования. В Соединенных Штатах планируется больше ветроэнергетических мощностей, чем для угольных и газовых электростанций вместе взятых. По данным Глобального совета по ветроэнергетике, в мире за последние пять лет мощность увеличивалась почти на 25%.

Wind Power Monthly оценивает, что установленная мощность ветра в мире на январь 2008 года составляла 94 гигаватта.Если рост продолжится на уровне 21%, эта цифра утроится за шесть лет.

Несмотря на это, цифры остаются небольшими в глобальном масштабе, особенно с учетом того, что ветряные электростанции исторически производили только 20% своей мощности.

Затраты: Стоимость установки ветроэнергетики составляет около 1,8 миллиона долларов США за мегаватт для наземных разработок и от 2,4 до 3 миллионов долларов для морских проектов. Это составляет 0,05–0,09 доллара за киловатт-час, что делает ветер конкурентоспособным по сравнению с углем в нижней части диапазона.При субсидиях, которыми пользуются многие страны, затраты намного ниже, чем на уголь — отсюда и бум. Основным ограничением для ветроэнергетических установок в настоящее время является то, насколько быстро производители могут производить турбины.

Эти затраты представляют собой значительные улучшения в технологии. В 1981 году ветряная электростанция могла состоять из набора 50-киловаттных турбин, которые производили энергию примерно по 0,40 доллара за киловатт-час. Сегодняшние турбины могут производить в 30 раз больше энергии при одной пятой цены с гораздо меньшим временем простоя.

Вместимость: Количество энергии, генерируемой движением атмосферы Земли, огромно — сотни тераватт. В статье 2005 года пара исследователей из Стэнфордского университета подсчитала, что не менее 72 тераватт могут быть эффективно произведены с использованием 2,5 миллионов современных более крупных турбин, размещенных в 13% мест по всему миру со скоростью ветра не менее 6,9 метра в секунду. и, таким образом, являются практическими сайтами (CL Archer и MZ Jacobson J. Geophys.Res. 110, Д12110; 2005).

Преимущества: Главное преимущество ветра состоит в том, что, как и гидроэнергетика, ему не нужно топливо. Таким образом, единственные затраты связаны со строительством и обслуживанием турбин и линий электропередач. Турбины становятся больше и надежнее. Развитие технологий улавливания ветра на больших высотах могло бы предоставить источники с небольшими следами, способными генерировать энергию гораздо более устойчивым образом.

Недостатки: Конечным ограничением Wind может быть его прерывистость.Обеспечить от ветра до 20% мощности сети не так уж и сложно. Помимо этого, коммунальным предприятиям и операторам сетей необходимо предпринять дополнительные шаги, чтобы справиться с изменчивостью. Еще одна проблема с сетью, которая определенно ограничивает в ближайшем будущем, заключается в том, что самые ветреные места редко бывают самыми густонаселенными, и поэтому ветровая электроэнергия требует развития инфраструктуры, особенно для прибрежных районов.

Ветровая энергия не только прерывистая, но и, как и другие возобновляемые источники энергии, по своей природе имеет довольно низкую плотность. Большая ветряная электростанция обычно вырабатывает несколько ватт на квадратный метр — 10 — это очень много. Таким образом, энергия ветра зависит от дешевой земли, или от земли, используемой для других целей одновременно, или от того и другого.Кроме того, его трудно развернуть в районе, где население придает большое значение безтурбинному ландшафту.

Энергия ветра также распределяется неравномерно: она благоприятствует странам, имеющим доступ к ветреным морям и их береговым бризам или огромным пустым равнинам. Германия покрыла большую часть своей самой ветреной земли турбинами, но, несмотря на эти новаторские усилия, ее совокупная мощность в 22 ГВт обеспечивает менее 7% потребностей страны в электроэнергии. По данным Британской ассоциации ветроэнергетики, Великобритания, которая гораздо медленнее внедряла ветроэнергетику, на сегодняшний день обладает самым большим в Европе оффшорным потенциалом — достаточным для трехкратного удовлетворения ее потребностей в электроэнергии.По оценкам отрасли, Европейский Союз может удовлетворить 25% своих текущих потребностей в электроэнергии за счет освоения менее 5% территории Северного моря.

Согласно исследованию Дэвида Кейта, главы Группы по энергетическим и экологическим системам Университета Калгари в Канаде, такое действительно крупномасштабное развертывание схем ветроэнергетики может повлиять на местный и, возможно, глобальный климат, изменяя характер ветра. Ветер имеет тенденцию к охлаждению, поэтому температура вокруг очень большой ветряной электростанции может повыситься, поскольку турбины замедляют ветер для извлечения его энергии.Кейт и его команда предполагают, что мощность ветра 2 ТВт может повлиять на температуру примерно на 0,5 ° C, с потеплением в средних широтах и ​​похолоданием на полюсах — возможно, в этом отношении компенсирует эффект глобального потепления (DW Keith et al . Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 16115–16120; 2004).

Вердикт: При широкомасштабном развертывании на равнинах Соединенных Штатов и Китая и более дешевом доступе к морю, мощность ветроэнергетики в тераватт или более является вероятной.

Предоставлено: J. TAYLOR

Внутри Земли содержится огромное количество тепла, часть которого осталась от первоначального слияния планеты, часть образовалась в результате распада радиоактивных элементов. Поскольку порода плохо проводит тепло, скорость, с которой это тепло течет к поверхности, очень низкая; если бы это было быстрее, ядро ​​Земли замерзло бы, и ее континенты давно перестали бы дрейфовать.

Медленный поток тепла Земли делает ее трудным ресурсом для выработки электроэнергии, за исключением нескольких конкретных мест, например, тех, где много горячих источников.Лишь пара десятков стран производят геотермальную электроэнергию, и только пять из них — Коста-Рика, Сальвадор, Исландия, Кения и Филиппины — вырабатывают таким образом более 15% своей электроэнергии. Установленная мощность геотермальной электроэнергии в мире составляет около 10 гигаватт и растет очень медленно — около 3% в год в первой половине этого десятилетия. Десять лет назад мощность геотермальной энергии превышала мощность ветра; теперь это почти в десять раз меньше.

Тепло Земли также можно использовать напрямую.В самом деле, небольшие геотермальные тепловые насосы, которые напрямую обогревают дома и предприятия, могут внести самый большой вклад, который тепло Земли может внести в мировой энергетический бюджет.

Стоимость: Стоимость геотермальной системы зависит от геологических условий. Джефферсон Тестер, инженер-химик, входивший в команду, которая подготовила влиятельный отчет Массачусетского технологического института (MIT) по геотермальной технологии в 2006 году, объясняет ситуацию как «похожую на минеральные ресурсы».Существует целый ряд категорий ресурсов — от неглубоких высокотемпературных областей высокопористой породы до более глубоких низкопористых областей, которые сложнее эксплуатировать ». В этом отчете стоимость эксплуатации лучших участков — участков с большим количеством горячей воды, циркулирующей близко к поверхности — составляет около 0,05 доллара США за киловатт-час. Гораздо более богатые ресурсы с низким содержанием полезных ископаемых можно эксплуатировать с помощью современных технологий только по гораздо более высоким ценам.

Абсолютная мощность: Земля теряет тепло от 40 до 50 ТВт в год, что составляет в среднем чуть меньше одной десятой ватта на квадратный метр.Для сравнения, солнечный свет в среднем составляет 200 Вт на квадратный метр. Сегодняшние технологии позволяют использовать 70 ГВт глобального теплового потока. С более продвинутыми технологиями можно было бы использовать как минимум вдвое больше. В исследовании Массачусетского технологического института было высказано предположение, что использование усовершенствованных систем закачки воды на глубину с использованием сложных систем бурения позволит обеспечить 100 ГВт геотермальной электроэнергии только в Соединенных Штатах. При аналогичных предположениях может быть достигнута глобальная цифра в тераватт или около того, предполагая, что геотермальная энергия могла бы, с большими инвестициями, обеспечить столько же электроэнергии, сколько сегодня плотины.

Преимущества: Геотермальные ресурсы не требуют топлива. Они идеально подходят для электроснабжения при базовой нагрузке, поскольку питаются от очень регулярного источника энергии. При 75% геотермальные источники имеют более высокий коэффициент использования, чем любые другие возобновляемые источники. Низкопотенциальное тепло, оставшееся после выработки, можно использовать для отопления жилых помещений или в промышленных процессах.

Исследование и бурение ранее не использовавшихся геотермальных ресурсов стало намного проще благодаря картографической технологии и буровому оборудованию, разработанным в нефтяной промышленности.Значительная программа развития технологий — Tester предлагает 1 миллиард долларов на 10 лет — может значительно расширить достижимую мощность по мере открытия ресурсов более низкого качества.

Недостатки: Высококачественные ресурсы довольно редки, и даже низкокачественные ресурсы распределяются неравномерно. Углекислый газ может просачиваться из некоторых геотермальных полей, и могут возникнуть проблемы с загрязнением; вода, которая переносит тепло на поверхность, может переносить соединения, которые не должны попадать в водоносные горизонты.В засушливых регионах доступность воды может быть ограничением. Для крупномасштабной эксплуатации требуются технологии, которые, хотя и правдоподобны, не были продемонстрированы в виде надежных работающих систем.

Вердикт: Емкость может быть увеличена более чем на порядок. Без впечатляющих улучшений он вряд ли сможет обогнать гидро- и ветер и достичь тераватта.

Предоставлено: J. TAYLOR

Чтобы ничего не отнять от чуда фотосинтеза, но даже в самых лучших условиях растения могут преобразовать только около 1% солнечной радиации, попадающей на их поверхности, в энергию, которую может использовать любой другой.Для сравнения: стандартная коммерческая солнечная фотоэлектрическая панель может преобразовывать 12–18% энергии солнечного света в полезную электроэнергию; Высококачественные модели имеют КПД выше 20%. Увеличение производственных мощностей и снижение затрат привели к значительному росту отрасли за последние пять лет: в 2002 году по всему миру было отправлено 550 МВт ячеек; в 2007 году этот показатель был в шесть раз больше. Общая установленная мощность солнечных элементов оценивается примерно в 9 ГВт. Однако фактическое количество вырабатываемой электроэнергии значительно меньше, поскольку ночь и облака уменьшают доступную мощность.Из всех возобновляемых источников энергии у солнечной энергии самый низкий коэффициент использования мощности — около 14%.

Солнечные элементы — не единственная технология, с помощью которой солнечный свет можно превратить в электричество. Концентрированные солнечные тепловые системы используют зеркала для фокусировки солнечного тепла, обычно нагревая рабочую жидкость, которая, в свою очередь, приводит в движение турбину. Зеркала могут быть установлены в желобах, в параболах, отслеживающих Солнце, или в массивах, которые фокусируют тепло на центральной башне. Пока что установленная мощность довольно мала, и технология всегда будет ограничиваться местами, где много дней без облаков — для этого требуется прямое солнце, тогда как фотоэлектрические батареи могут обходиться более рассеянным светом.

Затраты: Стоимость производства солнечных элементов в настоящее время составляет 1,50–2,50 долларов США за ватт генерирующей мощности, а цены находятся в диапазоне 2,50–3,50 долларов США за ватт. Затраты на установку оплачиваются дополнительно; цена полной системы обычно примерно в два раза дороже ячеек. То, что это означает с точки зрения стоимости киловатт-часа в течение срока службы установки, зависит от местоположения, но получается около 0,25–0,40 доллара США. Снижаются производственные затраты и затраты на установку, поскольку фотоэлектрические элементы, интегрированные в строительные материалы, заменяют отдельно стоящие панели для бытовых применений.Текущие технологии должны производиться по цене менее 1 доллара за ватт в течение нескольких лет (см. _Nature_ 454, 558–559; 2008).

Стоимость киловатт-часа концентрированной солнечной тепловой энергии оценивается Национальной лабораторией возобновляемой энергии США (NREL) в Голдене, штат Колорадо, примерно в 0,17 доллара.

Вместимость: Земля получает около 100 000 ТВт солнечной энергии на своей поверхности — энергии каждый час достаточно, чтобы обеспечить потребности человечества в энергии в течение года. Есть части пустыни Сахара, пустыни Гоби в Центральной Азии, Атакамы в Перу или Большого бассейна в Соединенных Штатах, где гигаватт электроэнергии может быть произведен с использованием сегодняшних фотоэлектрических элементов в массиве 7 или 8 километров в поперечнике.Теоретически все мировые потребности в первичной энергии могут быть удовлетворены менее чем на десятой части площади Сахары.

Сторонники солнечных элементов указывают на расчет NREL, утверждающий, что солнечные панели на всех пригодных для использования поверхностях жилых и коммерческих крыш могут обеспечивать Соединенные Штаты таким же количеством электроэнергии в год, сколько страна использовала в 2004 году. В более умеренном климате дела обстоят иначе. так многообещающе: в Британии можно было бы ожидать ежегодной инсоляции около 1000 киловатт-часов на метр на южной панели, наклоненной с учетом широты: при 10% эффективности это означает, что потребуется более 60 квадратных метров на человека для соответствовать текущему потреблению электроэнергии в Великобритании.

Преимущества: The Sun представляет собой практически неограниченный запас топлива без каких-либо затрат, которое широко распространяется и не оставляет следов. Общественность принимает солнечные технологии и в большинстве мест одобряет их — они менее важны с геополитической, экологической и эстетической точек зрения, чем ядерные, ветряные или гидроэнергетические установки, хотя чрезвычайно большие установки в пустыне могут вызвать протесты.

Фотоэлектрические системы часто можно устанавливать по частям — дом за домом и бизнес за бизнесом.В этих условиях стоимость производства электроэнергии должна конкурировать с розничной ценой на электроэнергию, а не со стоимостью ее производства другими способами, что дает значительный прирост солнечной энергии. Эта технология также, очевидно, хорошо подходит для автономной генерации и, следовательно, для районов без хорошо развитой инфраструктуры.

И фотоэлектрические, и концентрированные солнечные тепловые технологии нуждаются в улучшении. Вполне разумно представить, что через одно-два десятилетия новые технологии могут снизить стоимость ватта для фотоэлектрической энергии в десять раз, что почти невозможно представить для любого другого неуглеродного источника электроэнергии.

Недостатки: Конечным ограничением солнечной энергии является темнота. Солнечные батареи не производят электричество ночью, а в местах с частой и обширной облачностью генерация непредсказуемо колеблется в течение дня. Некоторые концентрированные солнечные тепловые системы обходят это, накапливая тепло в течение дня для использования в ночное время (расплавленная соль является одним из возможных средств хранения), что является одной из причин, по которой они могут быть предпочтительнее фотоэлектрических для больших установок. Другая возможность — распределенное хранение, возможно, в батареях электрических и гибридных автомобилей (см. Стр. 810).

Другая проблема заключается в том, что крупные установки обычно будут располагаться в пустынях, и поэтому распределение произведенной электроэнергии будет создавать проблемы. Исследование, проведенное в 2006 году Немецким аэрокосмическим центром, показало, что к 2050 году Европа может импортировать 100 ГВт из ассортимента фотоэлектрических и солнечных тепловых электростанций через Ближний Восток и Северную Африку. Но в отчете также отмечается, что для этого потребуются новые системы распределения электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.

Возможный недостаток некоторых усовершенствованных фотоэлектрических элементов заключается в том, что они используют редкие элементы, стоимость которых может увеличиваться, а поставки могут быть ограничены.Однако неясно, является ли какой-либо из этих элементов действительно ограниченным — больше резервов можно было бы сделать экономически жизнеспособными, если бы спрос был выше, — или незаменимыми.

Вердикт: В среднесрочной и долгосрочной перспективе размер ресурса и потенциал для дальнейшего технологического развития не позволяют не рассматривать солнечную энергию как наиболее многообещающую безуглеродную технологию. Но без значительно расширенных возможностей хранения он не может решить проблему полностью.

Предоставлено: Дж.ТЭЙЛОР

Океаны обладают двумя видами доступной кинетической энергии — энергией приливов и волн. Ни один из них в настоящее время не вносит значительного вклада в мировое производство электроэнергии, но это не мешает энтузиастам разрабатывать схемы их использования. Несомненно, есть места, где благодаря особенностям географии приливы являются мощным ресурсом. В некоторых ситуациях этот потенциал лучше всего использовать плотиной, которая создает резервуар, похожий на резервуар гидроэлектростанции, за исключением того, что он регулярно пополняется за счет притяжения Луны и Солнца, а не медленно пополняется за счет стока воды. падающий дождь.Но хотя обсуждаются различные схемы создания приливных заграждений — в первую очередь, Севернская плотина между Англией и Уэльсом, которая, по утверждениям сторонников, может предложить до 8 ГВт, — электростанция в устье Рэнса в Бретани, мощностью 240 МВт, остается мировым лидером. крупнейшая приливная электростанция спустя более 40 лет после ее ввода в эксплуатацию.

Есть также места, хорошо подходящие для систем приливного течения — затопленные турбины, которые вращаются во время прилива, как ветряные мельницы в воздухе. Турбина мощностью 1,2 МВт, установленная этим летом в устье Странгфорд-Лох, Северная Ирландия, является самой крупной из установленных на сегодняшний день такой системой.

Большинство технологий для захвата мощности волн все еще находятся на стадии тестирования. Отдельные компании работают над множеством потенциальных проектов, включая машины, которые колеблются на волнах, как змея, подпрыгивают вверх и вниз, когда вода проходит по ним, или устраиваются на береговой линии, чтобы их регулярно переполняли волны, которые приводят в действие турбины, когда вода стекает. . Испытательный стенд Европейского центра морской энергии на Оркнейских островах Соединенного Королевства, где производители могут подключить прототипы к морской электросети и проверить, насколько хорошо они выдерживают удары волн, является ведущим центром исследований.Например, компания Pelamis Wave Power, базирующаяся в Эдинбурге, Великобритания, перешла от тестирования к установке трех машин у побережья Португалии, которые вместе в конечном итоге вырабатывают 2,25 МВт.

Затраты: Затраты на заграждение заметно различаются от площадки к площадке, но в целом сопоставимы с затратами на гидроэнергетику. При ориентировочной стоимости в 15 миллиардов фунтов стерлингов (30 миллиардов долларов США) или более капитальные затраты на строительство плотины Северн составят около 4 миллионов долларов на мегаватт. В отчете British Carbon Trust за 2006 год, который стимулирует инвестиции в неуглеродную энергетику, затраты на электричество приливных потоков оцениваются в 0 долларов.Диапазон 20–0,40 за киловатт-час, с волновыми системами, работающими до 0,90 доллара за киловатт-час. Ни одна из технологий не приближается к крупномасштабному производству, необходимому для значительного снижения таких затрат.

Вместимость: Взаимодействие массы Земли с гравитационными полями Луны и Солнца, по оценкам, производит около 3 ТВт приливной энергии — довольно скромно для такого астрономического источника (хотя и достаточно, чтобы играть ключевую роль в сохранении океаны смешанные — см. Nature 447, 522–524; 2007).Из них, возможно, 1 ТВт находится на достаточно мелководье, чтобы его можно было легко эксплуатировать, и только небольшая часть из них реально доступна. EDF, французская энергетическая компания, разрабатывающая приливную энергию у берегов Бретани, заявляет, что потенциал приливных потоков у берегов Франции составляет 80% от потенциала, доступного для всей Европы, и все же он все еще немногим больше гигаватта.

Мощность океанских волн оценивается более чем в 100 ТВт. Европейская ассоциация океанической энергетики оценивает, что доступный глобальный ресурс составляет от 1 до 10 тераватт, но считает, что с помощью современных технологий можно извлечь гораздо меньше.Анализ, представленный в бюллетене MRS Bulletin в апреле 2008 г., показывает, что около 2% береговой линии мира имеют волны с плотностью энергии 30 кВт · м ₋₁ , что дает технический потенциал около 500 ГВт для устройств, работающих на 40 кВт. % эффективность. Таким образом, даже при большом объеме разработки мощность волн вряд ли приблизится к существующей установленной мощности гидроэлектростанций.

Преимущества: Приливы в высшей степени предсказуемы, а в некоторых местах плотины действительно предлагают потенциал для крупномасштабной генерации, которая будет значительной в масштабах страны.Заграждения также предлагают некоторый встроенный потенциал для хранения вещей. Волны непостоянны, но они надежнее ветра.

Недостатки: Доступный ресурс сильно зависит от географического положения; не у каждой страны есть береговая линия, и не на каждой береговой линии есть сильные приливы или приливные потоки, или особенно впечатляющие волны. Районы с особенно жаркими волнами включают западное побережье Австралии, Южную Африку, западное побережье Северной Америки и западноевропейское побережье. Строить турбины, которые могут десятилетиями работать в море в суровых условиях, сложно.Заграждения оказывают воздействие на окружающую среду, обычно затопляя ранее приливно-болотные угодья, а системы волн, которые окружают длинные участки впечатляющей береговой линии, могут быть трудны для восприятия общественностью. Приливы и волны по своей природе имеют тенденцию обнаруживаться на дальнем конце электрических сетей, поэтому возвращение энергии представляет собой дополнительную трудность. Известно, что серферы возражают…

Вердикт: Маргинальное значение в мировом масштабе.

Вставка 1: По номерам

В 2005 году было произведено 18 000 тераватт-часов электроэнергии.При почти 9000 часов в год это в среднем составляет около 2 ТВт. Генерирующая мощность намного выше, потому что есть пики и спады, и никакие станции не работают на полную мощность все время.

Нет аналогии, чтобы легко вообразить тераватт. Тысячная часть тераватта, гигаватт, более понятна. Это мощность довольно большой электростанции: Sizewell B, одна из крупнейших атомных электростанций Великобритании, имеет мощность около 1,2 ГВт; плотина Гувера на реке Колорадо может производить около 1.8 ГВт.

Мегаватт — одна тысячная гигаватта. Для питания большинства современных поездов требуется 3–5 МВт (или, если вы чувствуете вспышку, вы можете представить один как мощность двух машин Формулы-1). Киловатт легко представить как электрический тепловентилятор.

Внутреннее потребление энергии измеряется в киловатт-часах. В 2004 году самый высокий уровень потребления электроэнергии на душу населения был в Исландии, где он достиг 28 200 кВт / ч в год. В США это около 13 300 кВт / ч в год; Таким образом, 300 миллионов американцев потребляют около 400 ГВт электроэнергии.В Чили уровень на душу населения составляет 3100 кВтч, в Китае 1600 кВтч, в Индии 460 кВтч. Самый низкий уровень на Гаити составляет 30 кВтч.

Вставка 2: Дальше

Термоядерная энергия может удовлетворить все потребности Земли в энергии. Для этого нужны только два тяжелых изотопа водорода и технология их использования. Реакторы будут производить некоторые радиоактивные отходы с низким уровнем активности, но лишь в меньшем количестве по сравнению с ядерным делением. Проблема в необходимой технологии — коммерческие реакторы вряд ли появятся раньше 2040-х годов.

Еще одна далекая мечта — космический спутник на солнечной энергии. На орбите солнечные панели могут впитывать солнечный свет 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, излучая его на Землю в виде микроволн. Это требует действительно дешевых космических путешествий, чтобы вывести на орбиту тысячи тонн солнечных элементов. На данный момент, к сожалению, космические путешествия действительно дороги.

Вставка 3: Улавливание и хранение углерода

Предоставлено: J. TAYLOR

Альтернативой отказу от ископаемого топлива является отказ от выброса CO ² в атмосферу.Технология улавливания и хранения углерода (CCS) удаляет CO ² из выхлопных газов и хранит его под землей. Эта технология может снизить выбросы углерода электростанциями на 80–90%, хотя с учетом факторов жизненного цикла это число может снизиться до 67%. Оценки дополнительных затрат на CCS широко варьируются в зависимости от технологии и местоположения, но это может добавить 0,01–0,05 доллара США к стоимости киловатт-часа. На угольных электростанциях технология могла бы быть конкурентоспособной, если бы CO ² стоил около 50 долларов за тонну.

Часть дополнительных затрат на CCS — это капитал, вложенный в новый завод; частично из-за снижения эффективности из-за затрат энергии на удаление углерода. Для обычной угольной электростанции потеря эффективности может достигать 40%. На более современных электростанциях с комбинированным циклом с интегрированной газификацией (IGCC), капитальные затраты на которые выше, на стадии газификации образуется поток CO ² , с которым легче справиться. Таким образом, CCS снижает эффективность установок IGCC менее чем на 20%, и их эффективность изначально выше.Пока существует очень мало заводов IGCC, но возможность введения налогов на выбросы углерода или более дорогой уголь может склонить рынок в их сторону.

Хотя ранние реализации CCS, вероятно, будут сосредоточены на закачке CO ² в истощенные нефтяные месторождения (где он уже используется для извлечения осадка), технология, вероятно, в конечном итоге будет нацелена на солевые водоносные горизонты, которые представляют собой несомненные преимущества. самая большая емкость хранения CO ² . Оценочная емкость глобального водоносного горизонта колеблется от 2 000 Гт CO ² до почти 11 000 Гт CO ² , хотя этот ресурс неравномерно распределен по миру.Программа стратегии глобальных энергетических технологий, возглавляемая исследователями из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, оценивает, что 8 100 крупных предприятий по всему миру, которые могут быть кандидатами на УХУ, в настоящее время выбрасывают около 15 Гт CO ² ежегодно. Таким образом, водоносные горизонты могут обеспечивать столетия хранения при текущих уровнях CO ² , а также позволяют продолжать использование угля, пока продолжается работа по созданию менее грязной технологии базовой нагрузки.

Задача огромна, и серьезные промышленные исследования по проверке концепции осуществимости CCS еще только начинались.Вероятность широкого распространения CCS через 10 или даже 20 лет очень мала, если технология не будет продвигаться намного более агрессивно. Самая большая проблема — масштаб. По данным Массачусетского технологического института в 2007 г., улавливание 60% CO ² на угольных электростанциях США будет означать ежедневную обработку объема CO ² , который конкурирует с 20 миллионами баррелей нефти, перемещаемых нефтяной промышленностью. учиться. Создание такой инфраструктуры не невозможно, но создать ее за одно-два десятилетия — непростая задача.

Вставка 4: Ветровая энергия

[изображение 10 справа] Средняя мощность мировых ветров во время северной зимы (вверху) и лета. Возвратная энергия примерно на два порядка ниже из-за расположения турбин и технических ограничений. Предоставлено: W. T. Liu et al. Geophys. Res. Lett. 35, L13808 (2008)

Ссылки

1. 1

   Основные статистические данные мировой энергетики, 2007 г. (Международное энергетическое агентство, 2007 г.).

2. 2

   Hohmeyer, O. & Trittin, T. (ред.) Proc. Предварительное совещание МГЭИК по возобновляемым источникам энергии 20–25 января 2008 г., Любек, Германия (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, 2008 г.).

   Google ученый

3. 3

   Смил В. Энергия в природе и обществе: общая энергетика сложных систем (MIT Press, 2008).

   Google ученый

4. 4

   Мец, Б., Дэвидсон, О., Бош, П., Дэйв, Р., Мейер, Л. (ред.) Изменение климата 2007: Смягчение последствий изменения климата (Cambridge Univ. Press, 2007).

   Google ученый

Скачать ссылки

Дополнительная информация

См. Редакционная статья, стр. 805. Авторы и сообщения: Квирин Ширмайер, Джефф Толлефсон, Тони Скалли, Александра Витце и Оливер Мортон.

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Schiermeier, Q., Толлефсон, Дж., Скалли, Т. и др. Альтернативы энергии: Электричество без углерода. Природа 454, 816–823 (2008). https://doi.org/10.1038/454816a

Скачать цитату

Поделиться этой статьей

Все, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, смогут прочитать это содержание:

К сожалению, в настоящее время ссылка для совместного использования недоступна доступно для этой статьи.

Предоставлено инициативой по обмену контентом Springer Nature SharedIt

Дополнительная литература

• Получение квантовых точек сульфида кадмия литообионным антарктическим штаммом Pedobacter sp.UYP1 и их применение в качестве фотосенсибилизатора в солнечных элементах

  • V. Carrasco
  • , V. Amarelle
  • , S. Lagos-Moraga
  • , CP Quezada
  • , R. Espinoza-González
  • , R. Faccio
  • , E. Fabiano
  Pérez & JM Доносо

  Фабрики микробных клеток (2021 год)

• Оптимизация компоновки трибоэлектрических наногенераторов с приводом от воды с учетом капиллярного явления между гидрофобными поверхностями

  • Хон Рюль Пак
  • , Чон Вон Ли
  • , Дон Сон Ким
  • , Джэ Юн Сим
  • , Инсанг Сон
  • и Вунбон Хван

  Научные отчеты (2020)

• Электролиз низкосортных и засоленных поверхностных вод

  • Венминг Тонг
  • , Марк Форстер
  • , Фабио Диониджи
  • , Сорен Дресп
  • , Рогае Садеги Эрами
  • , Питер Штрассер
  • , Александр Дж.Коуэн
  • и Пау Фаррас

  Энергия природы (2020)

• Влияние пространственной конфигурации ниже по потоку на характеристики извлечения энергии тандемно-параллельных комбинированных колеблющихся подводных крыльев.

  • Ф. Дахмани
  • и С.Х. Сон

  Журнал механических наук и технологий (2020)

Восемь самых интересных на будущее

Поскольку Всемирный энергетический совет предупредил, что потребление энергии достигнет пика в 2030 году и удвоится к 2060 году, современные ученые ищут будущие методы производства электроэнергии с использованием различных материалов и методов.От топливных элементов с питанием от кофе до использования «солнечного ветра» (и всего, что между ними) — вот восемь интересных альтернативных источников энергии, которые стоит рассмотреть.

Кофейная мощность

Ученые из Университета Суррея в Великобритании в сотрудничестве с колумбийскими исследователями разработали топливный элемент, который использует микробы, поедающие кофейные отходы, для выработки небольшого количества электроэнергии.

Кофейная промышленность производит огромные объемы жидких отходов при превращении сырых кофейных ягод в конечный продукт, по оценкам, около 9.5 миллионов тонн кофе в год по всему миру.

Обычным побочным продуктом процесса производства кофе являются сточные воды, которые используются для мытья кофейных зерен и при производстве растворимого кофе. Команда из Университета Суррея разработала способ удаления загрязняющих веществ из сточных вод, а также выработки электроэнергии.

Университета Суррея доктор Клаудио Авиньоне Росса сказал The Guardian : «Вы не собираетесь освещать Лондон этими вещами, но вы собираетесь зажечь свет там, где его не было.

«Фермер будет получать немного энергии из выбрасываемых отходов. Так будет чище окружающая среда. Финансы фермы улучшатся ».

Микробные топливные элементы имеют размер примерно 330 мл банки из-под кока-колы и могут быть изготовлены из плексигласа и нержавеющей стали по цене от 300 до 500 фунтов стерлингов или с использованием керамики и одноразовых пластиковых ящиков по цене менее 2 фунтов стерлингов за штуку. Ед. изм. Неплохо для одного из м

Коровья сила

Превратить метеоризм коров в возобновляемый биогаз? Как теперь, спросите вы.Выбросы метана от крупного рогатого скота широко известны как один из основных факторов изменения климата, причем последние данные показывают, что на газы коров приходится 25% всех выбросов метана. Считается, что метан более чем в 20 раз эффективнее углекислого газа удерживает тепло в атмосфере Земли в течение 100 лет.

Однако калифорнийская компания BioGas Solutions разработала метод выделения и улавливания метана из коровьих выбросов, превращая его в биогазовое топливо, которое можно включить в традиционную цепочку поставок природного газа.Используя эту систему, компания смогла преобразовать 650 000 кубических футов биогаза из экскрементов коров, что эквивалентно обеспечению 200 000 домашних хозяйств в США.

Более того, в Аргентине насчитывается 55 миллионов коров, что эквивалентно 1,25 на каждого жителя. Исследователи изобрели рюкзак для крупного рогатого скота, улавливающий выбросы метана прямо из желудка коровы. Используя трубку, ученые обнаружили, что каждое животное производит от 800 до 1000 литров газа в день.

Сахарная сила

Сахар — быстро высвобождающийся источник энергии для человека.Но может ли он приводить в действие электромобили? Это то, что пытаются разработать ученые из Технологического университета Вирджинии в США. Процесс включает в себя объединение в реакторе растительных сахаров и 13 мощных ферментов и преобразование смеси в водород, хорошо известный источник топлива, который производит только воду в качестве побочного продукта.

Водород улавливается и прокачивается через топливный элемент для получения энергии. Этот метод производит в три раза больше водорода, чем при использовании электролиза, а также является более дешевым и экологически чистым.

Ведущий исследователь Ихэн Персиваль Чжан сказал в пресс-релизе: «Сахар — идеальное природное хранилище энергии. Поэтому вполне логично, что мы пытаемся использовать эту природную силу экологически безопасным способом для производства батареи ».

Чжан добавил, что его топливный элемент может быть адаптирован для создания долговечных батарей для сотовых телефонов, планшетов, видеоигр и других электрических устройств, хотя до этого еще далеко.

Крепость виски

Знаете ли вы, что фактически потребляется только 10% от первоначального продукта процесса дистилляции виски?

Подавляющее большинство составляют побочные продукты, называемые драффом и горшечным элем.Draff (на фото) — это ядра ячменя с высоким содержанием сахара, а горшечный эль — это богатая дрожжами сахарная жидкость. Промышленность шотландского виски производит 750 000 тонн драффа и около двух миллиардов литров баночного эля в год.

Ученые из шотландской компании по производству экологически чистой энергии Celtic Renewables разработали метод превращения сквозняков и горшечного эля в биотопливный биобутанол. Компания адаптировала традиционный процесс ферментации Вейцмана, в котором бактерии дрожжей превращают глюкозу и крахмал в ацетон, бутанол и этанол.Компания Celtic Renewables, которая является ключевым членом Центра инноваций в промышленной биотехнологии (IBiolC), стремится производить миллионы литров биотоплива с помощью этого метода и доказала, что ее продукт может приводить в действие автомобиль.

Основатель Celtic Renewables профессор Мартин Тэнгни сказал в пресс-релизе: «В настоящее время наблюдается огромный импульс в развитии экономики замкнутого цикла в Шотландии, и процесс Celtic Renewables для преобразования малоценных остатков в высокоценные низкоуглеродные продукты является идеальным. подходят с этим приводом.

«Промышленная биотехнология станет основой этой новой биоэкономики, и IBioIC призвана сыграть ключевую роль в поддержке как существующих, так и новых компаний в этой области».

Текстовая сила

Текстовые сообщения — это большой бизнес. По данным компании Teckst, средний взрослый тратит на текстовые сообщения 23 часа в неделю. В 2006 году жители США отправили 12,5 миллиардов текстовых сообщений только за один месяц, в то время как британские текстовые сообщения нажимали кнопку отправки в среднем для одного миллиарда сообщений в неделю.

Менее известно, что каждый раз, когда нажимается кнопка на телефоне, возникает небольшой электрический ток, измеряемый около 0,5 Вт. Ученые, стоящие за системой Push to Charge, нашли способ использовать эту силу, известную как пьезоэлектричество, процесс, с помощью которого металлы производят электричество при ударе.

Согласно концепции, мобильный телефон будет состоять из пластиковых кнопок, расположенных на слое твердого металла, а нижний слой состоит из пьезоэлектрических кристаллов. Каждый раз, когда нажимается кнопка, твердый металл ударяет по пьезоэлектрическому слою как молоток, создавая небольшое напряжение.Энергия может храниться через небольшие провода, подключенные от слоя к батарее.

Изобретатель Push to Charge Александр Паркер рассказал Creotix : «А теперь представьте, если бы в каждую кнопку мобильного телефона было встроено устройство, которое вырабатывает всего 0,0005 кВт (0,5 Вт) на нажатие кнопки. Это будет означать, что посредством текстовых сообщений каждый день будет создаваться 0,115 кВт ».

«В среднем аккумулятор сотового телефона требует заряда в 0,006 кВт, умноженное на количество часов до полной зарядки, или около 0.012кВт в сутки. Если бы в том же сотовом телефоне использовалась такая технология, как Press to Charge, которая вырабатывала энергию при каждом нажатии кнопки, этот сотовый телефон больше не нужно было бы заряжать от внешнего источника, такого как розетки ».

Мощность Poo

Как и коровьи экскременты, человеческие отходы содержат значительные отложения метана. В столице США Вашингтоне, округ Колумбия, ученые превращают человеческие экскременты в энергию. DC Water, орган, отвечающий за регулирование систем водоснабжения столицы, стал первой коммунальной компанией в Северной Америке, которая использовала систему термогидролиза для преобразования осадка, оставшегося от процесса очистки воды, и преобразования его в электрическую энергию.

Генеральный директор компании DC Water Джордж С. Хокинс представил систему, сказав Washington Post : «Это огромное дело по многим направлениям. Это коммунальное предприятие, ведущее мировое предприятие в области инноваций и технологий. У нас есть частные и государственные компании по водоснабжению, приезжающие со всего мира, чтобы убедиться в этом ».

Когда человеческие отходы смываются, они попадают по трубопроводу на очистные сооружения Блю-Плейнс, где огромные центрифуги отделяют воду и концентрируют оставшиеся твердые частицы.Пока жидкость очищается и перекачивается обратно в реку Потомак, ил перекачивается в большой стальной реактор Cambi, названный в честь норвежской компании, которая изобрела систему. Реакторы готовят ил под высоким давлением с использованием пара 170 ° C.

Затем его переносят в резервуар низкого давления, который разрушает клеточные стенки опасных патогенов и других микробов, и оставляют для брожения в течение трех недель в одном из четырех «варочных котлов», где микробные клопы разъедают вещество и преобразовать его в метан.Газ очищается, и турбины сжигают его для производства электроэнергии.

Хотя это может быть одна из наиболее отвратительных энергетических альтернатив, считается, что вырабатываемая электроэнергия обеспечивает очистные сооружения площадью 157 акров одной третью своей мощности, что экономит правительству округа 10 миллионов долларов в год. Также ожидается, что это позволит дополнительно сэкономить 2 млн долларов на химикатах и ​​11 млн долларов на транспортных расходах в год.

Угорь сила

Электрические угри по своей природе способны вырабатывать до 400 В электричества, которое угорь использует в качестве защитного механизма и помогает ему видеть глубины океана.

В 2010 году аквариум в Камакура, Япония, использовал одного из своих электрических угрей в качестве экологически чистого способа зажигать огни на рождественской елке. Каждый раз, когда угорь перемещался вокруг резервуара, две алюминиевые панели собирали электричество, чтобы осветить дерево.

Представитель по связям с общественностью Enoshima Aquarium Кадзухико Минава сообщил агентству Reuters : «Сначала мы решили заставить электрического угря зажечь рождественскую елку и ее верхнее украшение с помощью электричества. Поскольку электрические угри используют свои мышцы для генерации заряда, мы также думали, что люди могут использовать свои мышцы для освещения частей дерева и питания Санты.”

Хотя это, безусловно, новая идея, существуют логистические и этические соображения при развертывании энергии угря для домашнего или коммерческого использования.

«Во-первых, важно понимать, что угри преобразовывают энергию съеденной пищи в электричество. Нет никакой свободной энергии », — сказал д-р Дэвид ЛаВан из Национального института стандартов и технологий в интервью The Naked Scientists .

«Во-вторых, электрические угри просто не очень эффективны в производстве электроэнергии.Оказывается, они могут преобразовать около 15% энергии, содержащейся в пище, в электричество в идеальных условиях в их естественной среде обитания.

«Однако это значение не учитывает энергию, необходимую для поддержания их в искусственной среде обитания. Энергия, необходимая для нагрева и очистки воды, а также энергия, необходимая для выращивания и транспортировки пищи; все это снизило бы эффективность еще больше, если бы вы пытались их приручить ».

Солнечная ветровая энергия

Все знают о солнечной энергии и энергии ветра, но как насчет солнечной энергии ветра? Солнечный ветер — это непрерывный исходящий поток плазмы и частиц из внутренней атмосферы Солнца.Частицы, состоящие из электронов, протонов и альфа-нейронов, получают энергию от высокой температуры и разлетаются солнечным ветром со скоростью около 200-500 миль в час.

В отличие от традиционной ветряной турбины, в которой вращение лопастей генерирует электричество, спутник, отправляемый для сбора энергии солнечного ветра, будет использовать заряженный медный провод для улавливания высокоскоростных электронов, летящих от Солнца. Затем генерируемая энергия будет отправлена ​​на Землю через гигантские лазерные лучи на расстояние в миллионы миль.

Ученые из Университета штата Вашингтон, изучавшие эту концепцию, заявили, что солнечный ветер может генерировать один миллиард гигаватт, используя солнечный парус шириной 8400 км для сбора энергии.

Тем не менее, ученый из Университета Айовы Грег Хаус сказал Alternative Energy News : «Энергия есть, но чтобы использовать эту энергию из солнечного ветра, нам нужны большие спутники. В этом могут быть практические ограничения ».

Это может показаться футуристическим, но на данный момент существуют более серьезные практические ограничения, чем другие альтернативы энергии, такие как разработка лазерных лучей, которые могут перемещаться со спутника на Землю, не теряя при этом большую часть энергии.

Связанные компании

Пневмофора

Вакуумные насосы и компрессоры для улавливания паров, переработки газа и осушки трубопроводов

28 августа 2020

Темет

Спасение жизней с помощью TIC / CBRN и взрывозащиты для взрывоопасных промышленных сред

28 августа 2020

Альтернативные источники электроэнергии и внесетевые источники энергии

Поскольку новые технологические инновации продолжают предлагать новые формы чистой и зеленой энергии, возможность жить с меньшим использованием альтернативных источников энергии стала реальностью.

Альтернативные источники энергии

Кредит изображения: OFC Pictures / Shutterstock

Солнечные, ветровые, геотермальные и гидроэнергетические средства позволяют жить «вне сети», где зависимость от природных источников энергии заменяет зависимость от более традиционных энергосистем. Независимо от того, живете ли вы в удаленном районе или заинтересованы в экономии энергии, инновации в области автономных источников энергии естественного происхождения доступны во многих различных формах.

Солнечные энергетические системы

Автономные энергосистемы работают независимо от линий электропередач, генерируемая энергия которых может использоваться для питания устройств. Например, автономная солнечная система использует только солнечную энергию, собираемую для питания устройств в этой системе. С другой стороны, автономная гибридная система использует комбинацию солнечной, гидро- и ветровой энергии в качестве основного источника энергии для системы.

Когда дело доходит до солнечных систем, доступно множество различных конфигураций в зависимости от типа необходимой мощности (переменное или постоянное напряжение).Большинство систем, независимо от их выхода энергии, поглощают солнечную энергию аналогичным образом. Солнечные батареи — один из наиболее часто используемых методов использования солнечной энергии.

Солнечные панели состоят из нескольких солнечных элементов, называемых фотоэлектрическими элементами, которые поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в полезную энергию. Для этого фотоэлектрические элементы состоят из полупроводниковых материалов, таких как кремний или теллурид кадмия, которые поглощают солнечную энергию, которая, в свою очередь, высвобождает электроны.Металлические контакты на разных сторонах солнечной панели направляют свободные электроны в одном направлении, создавая ток. Ток в сочетании с напряжением, хранящимся в фотоэлектрических элементах, является конечным результатом и может использоваться для питания устройств.

Гидроэнергетические системы

Гидроэнергетическая система использует силу движущейся или падающей воды для выработки энергии. Эти системы различаются по размеру в зависимости от желаемого количества энергии: большая гидроэнергетическая система может производить достаточно энергии, чтобы обеспечить альтернативное электричество для миллионов домов, тогда как меньшие гидроэнергетические системы могут быть спроектированы для производства энергии, достаточной для обеспечения электроэнергией одного домашнего хозяйства.

Независимо от размера системы, большинство гидроэнергетических систем разделяют несколько элементов. Во-первых, должна быть создана плотина, которая является барьером, который существенно замедляет движущийся водоем, тем самым повышая уровень воды — в результате образуется небольшой водопад или контролируемый излив воды на другой стороне плотины. Когда вода выходит через плотину, она накапливает большую силу. Турбина, устройство, которое работает почти так же, как ветряная мельница, вращается, когда вода приводит в движение лопасти турбины, и преобразует энергию воды в механическую энергию.Турбина соединена с генератором, который вращается в результате вращения турбины и преобразует механическую энергию в электрическую. Наконец, электричество подается в линии электропередачи, по которым энергия передается в дома или устройства. Количество энергии, создаваемой гидроэнергетической системой, зависит от количества воды, проходящей через систему, и от того, насколько далеко вода падает.

Ветровые системы

Системы ветроэнергетики используют кинетическую энергию ветра и превращают ее в механическую или электрическую энергию, почти так же, как гидроэнергетические системы собирают энергию из воды.Основное устройство, используемое в ветровых системах, — это ветряная турбина, которая доступна как с вертикальной осью, так и с горизонтальной осью.

Наиболее часто используемый тип ветряной турбины — это турбина с горизонтальной осью, которая обычно используется в крупномасштабных ветровых системах мощностью 100 киловатт и выше. Большинство турбин включает в себя следующие элементы: ротор, гондолу, башню и некоторое электронное оборудование.

Точно так же, как гидротурбина зависит от вращения роторов, роторы ветряной турбины приводят турбину в движение, когда они сталкиваются с ветром.В гондоле находится генератор, который вращается вместе с роторами. Башня поддерживает ротор, narcelle и электронное оборудование, которое помогает подавать электричество, вырабатываемое ветряной турбиной, в линии электропередач. В зависимости от размера турбины может быть достигнута мощность до 5000 киловатт.

Прочие электротехнические изделия

Больше от компании Electric & Power Generation

Почему лучший путь к низкоуглеродному будущему — это не энергия ветра или солнца

Примечание редактора. В этом блоге Чарльз Франк отвечает на пять вопросов о низкоуглеродных и безуглеродных технологиях производства электроэнергии.Более подробно об альтернативных технологиях сокращения выбросов читайте в последней статье Фрэнка .

По мере того, как наука об изменении климата и его влиянии на мировую экономику становится все более ясной и актуальной, правительства все чаще ищут способы сократить выбросы парниковых газов. Самый крупный источник этих выбросов — сжигание ископаемого топлива, включая уголь, нефть и природный газ, для производства электроэнергии, что в 2012 году составило около 40 процентов выбросов в мире и 32 процента в США.Все больше и больше стран стремятся снизить выбросы в электроэнергетическом секторе, обращаясь к вариантам производства с низким и нулевым выбросом углерода. Однако до сих пор не проводилось тщательного эмпирического анализа того, какая из этих технологий наиболее эффективна, и которая обеспечивает наилучшую «окупаемость», когда мы стремимся сократить выбросы.

В моем новом рабочем документе Brookings подробно описаны затраты и выгоды пяти распространенных низкоуглеродных технологий производства электроэнергии: ветровой, солнечной, гидроэлектрической, ядерной и газовой комбинированного цикла (усовершенствованный, высокоэффективный тип газовой установки).Используя данные Управления энергетической информации США (EIA), в документе задается вопрос: «Какая из пяти низкоуглеродных альтернатив является наиболее рентабельной для снижения выбросов?» Результаты очень важны для политики и предлагают поучительные ответы на ряд вопросов, которые могут помочь правительствам в стремлении к низкоуглеродному будущему.

1. Сколько мне это будет стоить?

Это важный вопрос, потому что затраты на электроэнергию являются частными и оплачиваются обычными потребителями, тогда как выгоды от сокращения использования углерода разделяются как глобальное общественное благо.Итак, чего бы вам и мне стоило продвижение к миру, в котором мы производим электроэнергию в основном с помощью низкоуглеродных технологий? Как изменится стоимость мегаватт-часа (MWH) и киловатт-часа (KWH)?

Один из лучших сценариев предлагаемых нами низкоуглеродных альтернатив для каждой из них будет заключаться в замене использования угольных электростанций при умеренном спросе на электроэнергию, что в большинстве случаев, и газовых электростанций простого цикла в течение более коротких периодов времени. пиковое потребление энергии.

В приведенной выше таблице сравнивается стоимость киловатт-часа (кВтч) каждой из пяти низкоуглеродных технологий по сравнению со стоимостью киловатт-часа высокоуглеродных технологий, которые она заменяет.Все низкоуглеродные технологии позволяют экономить на энергозатратах по сравнению с угольными и газовыми установками простого цикла: ветряные, солнечные и гидроэнергетические, поскольку энергия ветра, солнца и воды бесплатна; ядерная, потому что уран дешевле угля или газа на единицу энергии; и газовый комбинированный цикл, потому что он намного более энергоэффективен, чем угольный или газовый простой цикл. Четыре из пяти низкоуглеродных технологий, за исключением газового комбинированного цикла, имеют гораздо более высокую чистую стоимость мощности, то есть стоимость строительства и обслуживания низкоуглеродных электростанций, потому что строительство и обслуживание всех четырех намного дороже, чем новая угольная или газовая установка простого цикла.Электростанция с комбинированным циклом на газе экономит затраты на мощность в основном потому, что ее строительство примерно на две трети меньше, чем строительство угольной станции.

Суммируя чистую стоимость энергии и чистую стоимость мощности пяти низкоуглеродных альтернатив, безусловно, самым дорогим является солнечная энергия. Она стоит почти на 19 центов больше за киловатт-час, чем энергия угольных или газовых электростанций, которые она вытесняет. На втором месте по стоимости стоит ветроэнергетика. Это стоит почти на 6 центов больше за киловатт-час. Газовый комбинированный цикл является наименее дорогим. Он стоит не больше, чем стоимость электроэнергии от угольных или менее эффективных газовых электростанций, которые он вытесняет.На самом деле, это стоит примерно на 3 цента меньше за киловатт-час.

Если рассматривать эти дополнительные затраты в контексте, средняя стоимость электроэнергии для потребителей в США в 2012 году составила 9,84 цента за кВт · ч, включая стоимость передачи и распределения электроэнергии. Это означает, что новая ветряная электростанция может стоить как минимум на 50 процентов больше за киловатт-час для производства электроэнергии, а новая солнечная электростанция может стоить как минимум на 200 процентов больше за киловатт-час, чем при использовании угольных и газовых технологий.

2. Оправданы ли дополнительные затраты на использование энергии ветра и солнца преимуществами сокращения выбросов углекислого газа?

Дополнительные затраты на ветер и солнечную энергию могут окупиться при условии, что величина выбросов, которых они избегают, достаточно велика.Однако, как показано в следующей таблице, если мы оценим сокращение выбросов в размере 50 долларов США за тонну углекислого газа, преимущества ветра и солнца, за вычетом их затрат, будут меньше, чем у трех других низкоуглеродных альтернатив.

Выгоды от выбросов четырех из пяти низкоуглеродных альтернатив на киловатт-час примерно одинаковы, около пяти центов на киловатт-час. Преимущества ветра и солнца за вычетом дополнительных затрат отрицательны. Чистая выгода от трех других альтернатив положительна и значительно выше.Комбинированный цикл с газом занимает первое место по чистой прибыли, а гидроэнергетика и атомная энергия — на втором и третьем.

Цена на двуокись углерода в 50 долларов за метрическую тонну придает довольно большое значение сокращению выбросов двуокиси углерода. Например, цена на выбросы углекислого газа в Европейской торговой системе достигла максимума около 30 евро в 2006 году и составляла около 5 евро в конце 2013 года. В последнее время цены в торговых системах в Калифорнии составляли около 12 долларов, а в некоторых восточных странах. США заявляют около 2 долларов за тонну.

3. Почему затраты на киловатт-час ветровой и солнечной энергии намного выше, а выгоды не сильно отличаются от трех других низкоуглеродных альтернатив?

Стоимость намного выше по трем причинам. Во-первых, стоимость МВт мощности для строительства ветряной или солнечной электростанции довольно высока (и намного выше, чем у газовой электростанции). Стоимость МВт солнечной мощности особенно высока. Снижение стоимости солнечно-гальванических панелей снизило стоимость строительства солнечной электростанции на 22 процента в период с 2010 по 2012 год, но дальнейшее снижение, вероятно, будет иметь меньший эффект, поскольку стоимость солнечных панелей составляет лишь часть общей стоимости солнечной электростанции.

Во-вторых, ветряная или солнечная электростанция работает на полную мощность только часть времени, когда дует ветер или светит солнце. Например, типичная солнечная электростанция в Соединенных Штатах работает только на 15 процентов от полной мощности, а ветряная установка — только на 25 процентов от полной мощности, в то время как угольная электростанция может работать на 90 процентов от полной мощности круглый год. Таким образом, для производства того же количества электроэнергии, что и одна угольная электростанция, требуется шесть солнечных и почти четыре ветряных электростанции.

В-третьих, мощность ветряных и солнечных электростанций сильно варьируется — год за годом, месяц за месяцем, день за днем ​​и час за часом — по сравнению с угольной электростанцией, которая может работать на полную мощность около 90 процентов времени. . Таким образом, требуется более шести солнечных и четырех ветряных электростанций для выработки такой же мощности с той же степенью надежности, что и угольная электростанция той же мощности. По нашим оценкам, для выработки такого же количества энергии с такой же надежностью, как угольная электростанция, требуется не менее 7,3 солнечных и 4,3 ветряных электростанций.

Напротив, новая низкоуглеродная газовая электростанция или атомная электростанция могут работать также на 90 процентов полной мощности и могут заменить угольную электростанцию ​​на индивидуальной основе. Гидроэлектростанция с хранилищем может работать со 100-процентной мощностью в периоды пиковой нагрузки и более 40 процентов в непиковые периоды. В долларовом выражении требуется вложить 29 миллионов долларов в солнечные мощности и 10 миллионов долларов в ветроэнергетику, чтобы произвести такое же количество электроэнергии с такой же надежностью, как и инвестиции в размере 1 миллиона долларов в газовые мощности с комбинированным циклом.

Преимущества снижения выбросов от ветра и солнца ограничены, поскольку они работают с максимальной производительностью лишь часть времени. Атомная или газовая установка с комбинированным циклом позволяет избежать гораздо большего количества выбросов на МВт мощности, чем ветровая или солнечная, поскольку она может работать на 90 процентов от полной мощности. Ограниченные выгоды и более высокие затраты делают ветер и солнечную энергию менее ценными для общества, чем ядерный, гидроэнергетический и комбинированный газ.

4. Как мы можем быть уверены, что новая низкоуглеродная установка заменит высокоуглеродистую угольную установку, а не какую-либо другую низкоуглеродную установку?

Мы не можем быть уверены.Если производителям электроэнергии не придется платить за выбросы углекислого газа, которые они выбрасывают, велика вероятность того, что новая низкоуглеродная установка заменит существующую низкоуглеродистую газовую установку с комбинированным циклом. Стоимость эксплуатации существующей угольной электростанции обычно намного меньше, чем эксплуатация существующей электростанции с комбинированным циклом, и электростанция с комбинированным циклом будет остановлена ​​раньше, чем угольная. Сокращение выбросов будет намного меньше, чем при остановке угольной электростанции, потому что угольная электростанция выбрасывает примерно в три раза больше углекислого газа, чем газовая электростанция с комбинированным циклом.

Однако, если производители электроэнергии должны платить достаточно высокую цену за выбросы углекислого газа, то угольная электростанция будет остановлена ​​раньше, чем газовая установка комбинированного цикла. Цена выбросов углекислого газа, необходимая для того, чтобы нарушить баланс между отключением угля и отключением газа, зависит от цены газа по сравнению с ценой на уголь. Это также зависит от того, говорим ли мы о краткосрочном выборе эксплуатации существующей газовой электростанции, а не существующей угольной электростанции, или о более долгосрочном выборе инвестирования в новую парогазовую установку, а не новую угольную электростанцию.

В Соединенных Штатах, где цена на природный газ невысока по сравнению с большинством других стран, цена за выбросы CO2 должна была составить около 5 долларов США или более в 2013 году, чтобы склонить краткосрочный баланс в пользу прекращения использования угля. При нынешних ценах на газ в США инвестиции в новый комбинированный цикл газа более выгодны, чем вложения в угольную электростанцию, даже без каких-либо штрафов за выбросы CO2.

В Европе, где цена на природный газ намного выше, чем в Соединенных Штатах, требуется цена выбросов CO2 в размере от 65 до 85 долларов за метрическую тонну, чтобы склонить краткосрочный баланс в пользу закрытия угля, что намного выше, чем текущая цена выбросов CO2 в Европейской торговой системе.Однако цена выбросов CO2 должна составлять всего около 12–22 долларов за метрическую тонну, чтобы склонить долгосрочный баланс в пользу инвестиций в новую газовую электростанцию ​​с комбинированным циклом, а не в новую угольную электростанцию.

5. Что предлагает этот документ для политиков, заинтересованных в сокращении выбросов углекислого газа по разумной цене?

Во-первых, стимулы для возобновляемых источников энергии, которые смещены в пользу ветра и солнечной энергии и против крупномасштабных гидро-, ядерных и газовых комбинированных циклов, являются очень дорогим и неэффективным способом сокращения выбросов углекислого газа.

Во-вторых, стимулы к возобновляемым источникам энергии при отсутствии достаточно высокой цены на двуокись углерода еще менее эффективны, потому что без цены на углерод возобновляемые источники энергии заменят электростанции, работающие на низкоуглеродном газе, а не на высокоуглеродистые угольные станции.

В-третьих, стимулы для возобновляемых источников должны основываться не на выработке возобновляемой энергии, а на сокращении выбросов CO2 за счет возобновляемых источников энергии. Это не одно и то же.

В-четвертых, цена на углерод гораздо более эффективна для сокращения выбросов углерода именно потому, что она не ориентирована на какую-либо одну технологию, а поощряет любую технологию, которая снижает выбросы по разумной цене.

В-пятых, преимущества установки комбинированного цикла природного газа не зависят от революции в области гидроразрыва природного газа в Соединенных Штатах. Установки с комбинированным циклом очень выгодны даже в Европе, где цены на природный газ выше, а гидроразрыв более ограничен. Проблема в Европе заключается в том, что цена выбросов CO2 в Европейской торговой системе слишком низка, чтобы стимулировать производство электроэнергии с помощью газа, а не угля.

В-шестых, несмотря на то, что на электроэнергетический сектор приходится только 40 процентов мировых выбросов углерода, более чистая электроэнергия может сократить выбросы CO2 в других секторах, например, за счет уменьшения углеродного следа электромобилей и отопления домов.

Наконец, электроэнергетика предлагает один из простейших и наиболее рентабельных способов сокращения выбросов углекислого газа. Простая замена всех высокоуглеродистых угольных электростанций в США любой из пяти низкоуглеродных альтернатив может снизить выбросы углекислого газа в США в электроэнергетическом секторе на 50-70 процентов. Потенциальные сокращения в других странах, таких как Китай, где уголь более важен, еще больше.

Наши источники энергии, электричество — Национальные академии

Электричество

Электричество нельзя добывать из земли, как уголь .Таким образом, он называется вторичным источником энергии, что означает, что он получен из первичных источников, включая уголь, природный газ, реакции ядерного деления, солнечный свет, ветер и гидроэнергетику. Наиболее прямое использование первичной энергии ограничивается генерированием тепла и движения. Электроэнергия, напротив, чрезвычайно универсальна и имеет широкий спектр сложных применений. Электроэнергия играет настолько важную роль в современной жизни Америки, что ее спрос и предложение часто рассматриваются отдельно от первичных источников, используемых для ее производства.

Управление энергетической информации США (EIA) прогнозирует увеличение производства электроэнергии в США на 11% в период с 2015 по 2040 год, или примерно на 0,4% в год. На практике это означает соответствующее увеличение спроса на уголь и газ, по крайней мере, в ближайшем будущем. Электростанции в настоящее время потребляют почти две пятых энергии США из всех источников, включая около 91% американского угля и 35% природного газа, а также биомассу и свалочный газ.Сжигание этого топлива производит большое количество парниковых газов (ПГ) и других загрязнителей.

Производство электроэнергии из возобновляемых источников — сложная задача, но в ней наблюдается определенный прогресс. Согласно прогнозам EIA, доля общей энергии, используемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, к 2040 году достигнет 28%. Однако интеграция энергии из многих из этих возобновляемых источников, вероятно, потребует расширения и улучшения системы электропередачи, например, добавление дополнительных линий электропередачи.

Согласно прогнозам, к 2040 году доля энергии, потребляемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, вырастет примерно до 28%.

Постоянные усилия и ускоренное внедрение новых технологий и эффективных возобновляемых источников могут обеспечить больший процент потребностей США в электроэнергии. Конечный результат будет зависеть от выбора потребителей, политики правительства США и рыночной цены на существующие и альтернативные источники энергии.

Ядерная энергия не производит парниковых газов в процессе производства электроэнергии и в настоящее время производит 20% электроэнергии Америки.Однако EIA прогнозирует, что общий объем производства электроэнергии ядерной энергетикой останется неизменным в течение следующих 25 лет. Усилия по увеличению мощности наталкиваются на три крупных, но не непреодолимых препятствия: высокие капитальные вложения, связанные со строительством новых атомных электростанций; сопротивление со стороны групп граждан, выступающих против ядерной энергетики и хранения радиоактивных материалов; и вопросы международной безопасности. (Как подготовка топлива ядерного реактора, так и утилизация топлива ядерного реактора после его использования создают возможности для производства материалов, которые могут быть использованы в ядерном оружии и которые, как правило, недоступны другими способами.)

Доставить электроэнергию потребителям может быть такой же сложной задачей, как и ее создание. Генерирующие станции обычно строятся вдали от центров нагрузки, потому что их легче найти, и меньшее количество людей обеспокоены наличием инфраструктуры. Электроэнергия поставляется сложной высоковольтной системой передачи и распределения («сеть»), которая состоит из более чем 19 000 электрических генерирующих единиц с генерирующей мощностью более 1 миллиона мегаватт, подключенных к более чем 450 000 миль линий электропередачи.Он эволюционировал постепенно на протяжении десятилетий, в последние годы на него все чаще обращают внимание, и растет беспокойство по поводу его уязвимостей. Большинству американцев известно, что массовые отключения электроэнергии вызывают повсеместные сбои: например, в результате единственного события в августе 2003 года отключили электричество около 50 миллионов потребителей от Огайо до Нью-Йорка и Канады, что принесло убытки примерно в 6 миллиардов долларов. Но немногие из нас знают, что даже в относительно спокойные периоды отключения электроэнергии и перебои в подаче электроэнергии обходятся американцам как минимум в 150 миллиардов долларов в год — около 500 долларов на каждого мужчину, женщину и ребенка, по данным U.S. Министерство энергетики (DOE).

Модернизация энергосистемы США до уровня «умной сети», то есть такой, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, — представляет собой значительные вложения, но принесет многочисленные выгоды. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству сбоев в системе и более быстрому восстановлению электроснабжения при отключении электроэнергии. Модернизированная сеть может способствовать большей зависимости от возобновляемых и прерывистых ресурсов, при условии разработки жизнеспособных методов хранения.А современная сеть позволит создать оптовые рынки энергии, более выгодные цены для потребителей и более распределенную систему производства электроэнергии.