Альтернативные источники электрической энергии: Виды альтернативной энергетики. Справка — РИА Новости, 13.11.2009

Содержание

Томский завод электротехники. Производство ВРУ, модульных зданий и монтажные работы

Электротехническое оборудование: распределение энергии в сочетании с надежностью и безопасностью. Представить сегодняшнюю действительность без электричества не просто трудно, но и невозможно. При исчезновении электроснабжения жизнь современного человека была бы просто парализована, а промышленности, экономике был бы нанесен невосполнимый урон. Надо ли говорить, какую значимость представляет сегодня качественное электрическое оборудование, эффективно распределяющее электроэнергию и обеспечивающее ее стабильность, надежность и безопасность?

Томский завод электротехники — динамичное, современное и успешно развивающееся предприятие – специализируется на производстве электротехнического оборудования (трансформаторные подстанции различных типов исполнения, щитовая продукция), мобильных зданий и сооружений, отвечающих наиболее строгим отраслевым стандартам и ГОСТам, требованиям технических регламентов.

Томский завод электротехники уже на протяжении нескольких лет обеспечивает нефтегазодобывающие, химические, строительные компании качественным электротехническим оборудованием. Современные технологии в производстве, квалифицированные специалисты, неуклонное совершенствование и расширение функциональных возможностей выпускаемой продукции, разработка и внедрение новых видов изделий позволили заводу занять лидирующие позиции на рынке электрооборудования.

Наша миссия — внесение посильного вклада в развитие экономики Западно-Сибирского региона России. Обеспечение населения рабочими местами, социальная политика предприятия, участие завода в общественной жизни города и области – все это весомые факторы в улучшения социально-экономической жизни Сибирского региона.

Востребованная качественная продукция, гибкая ценовая политика и постоянное развитие предприятия позволяют нам с каждым годом укреплять авторитет Томского завода электротехники не только в сфере промышленности и строительства, но и в Западной Сибири в целом.

Документы по альтернативные источники энергии

Энергия тёмной стороны

Похоже, что у Солнца, ветра, биомассы, морской волны и прочих альтернативных источников энергии появился конкурент с тёмной стороны. В Национальном университете Сингапура научились добывать электричество из тени. «Нас окружают тени. Однако никакого особого технического решения для их использования до сих пор придумано не было. Мы представляем генератор энергии, основанный на эффекте тени (shadow-effect energy generator (SEG), который способен «утилизировать» световой контраст, возникающий на устройстве…

8 июня 2020 в 16:33 Путин поручил кабмину уделить особое внимание возобновляемым источникам энергии

Президент РФ Владимир Путин поручил правительству при разработке документов стратегического планирования уделить особое внимание повышению энергоэффективности экономики, включая создание возобновляемых источников энергии, передаёт ПРАЙМ со ссылкой на опубликованные на сайте Кремля поручения главы государства.

«Правительству РФ… предусмотреть при разработке документов стратегического планирования и комплексного плана действий правительства РФ на 2017–2025 годы в качестве одной из основных целей…

26 января 2017 в 13:42 Алексей Текслер: к 2024 году рост мощности объектов ВИЭ на ОРЭМ достигнет 6 ГВт

В интервью американскому порталу TriplePundit.com первый заместитель министра энергетики Российской Федерации Алексей Текслер рассказал о планах по развитию использования возобновляемых источников энергии в России. «К 2024 году мы предусматриваем рост мощности объектов ВИЭ на оптовом рынке электроэнергии и мощности до 6 ГВт», – отметил Алексей Текслер. Достижению этого показателя, по мнению первого заместителя министра, могут способствовать новые крупномасштабные проекты, реализация которых запланирована…

18 января 2017 в 15:21 Греф и Чубайс не сошлись во мнениях относительно солнечной и ветряной энергетики в РФ

. .. России солнечной и ветряной энергетики в ближайшие десять лет в отличие от главы «Роснано» Анатолия Чубайса, который убеждён в том, что альтернативные источники энергии надо развивать. Выступая на сессии Гайдаровского форума, Чубайс заявил, что солнечная энергетика в РФ …

17 января 2017 в 11:39 Китайская компания TBEA может локализовать производство в Хабаровском крае

Китайская компания Tebian Electric Apparatus Stock Co. (TBEA) рассматривает возможность локализации производства электросетевого оборудования в Хабаровском крае, сообщил журналистам гендиректор АО «Фонд развития Дальнего Востока и Байкальского региона» Алексей Чекунков. Варианты сотрудничества обсуждались 14 декабря во Владивостоке на встрече вице-премьера – полпреда президента в ДФО Юрия Трутнева с руководством TBEA. В ходе встречи ФРДВ и TBEA подписали меморандум о сотрудничестве.

Чекунков пояснил…

15 декабря 2016 в 16:08 ГД рекомендовала принять в I чтении законопроект об «альтернативной котельной»

Комитет Госдумы РФ по энергетике рекомендовал принять в первом чтении поправки в закон «О теплоснабжении», вводящие в тарифообразование в этой сфере принцип «альтернативной котельной». Законопроект был внесён правительством 30 мая. Госдума рассмотрит его 14 декабря. По мнению замминистра энергетики РФ Вячеслава Кравченко, в настоящее время этот законопроект предлагает оптимальный способ привлечения инвестиций в теплоснабжение. Однако, по заявлению главы комитета, президента Российского газового…

8 декабря 2016 в 15:10 Вячеслав Кравченко подчеркнул необходимость модернизации электроэнергетики

… которых нельзя отказываться. Кроме того, Россия находится в другой климатической зоне, нежели страны, которые сейчас активно использую альтернативные источники энергии. Вячеслав Кравченко призвал все компании, работающие в отрасли, развивать рыночные условия ведения бизнеса …

25 ноября 2016 в 15:02 Трамп отменит запрет на добычу углеводородов

В ближайшее время запрет на добычу углеводородов в США может быть отменён. Об этом сообщил Дональд Трамп в видеообращении к американцам. В числе существенных изменений в разных областях жизни страны, которые в ближайшие 100 дней собирается предпринять избранный президент США, – отмена запрета на производство углеродов, включая шельфовые месторождения. Администрация Барака Обамы проводила политику использования альтернативных источников энергии, сохраняя ограничения на добычу ряда энергоресурсов…

22 ноября 2016 в 12:52 Копилки для энергетики

Международное энергетическое агентство прогнозирует рост глобальной доли возобновляемой энергетики в общей выработке энергии до 28% к 2021 году. Одновременно будут развиваться технологии, способные решить главную проблему «зелёной» энергетики – неравномерность выработки электроэнергии. Специалисты уверены, что индустрию хранения энергии ожидает бурный рост уже в ближайшем будущем. Солнечная электростанция эффективно работает только в светлое время дня и при безоблачном небе, а ветряк – когда дует…

28 октября 2016 в 13:31 Владимир Путин не видит реальных оснований для «заката» эры углеводородов

… нефть более чем в два раза многие заговорили о том, что эра углеводородов идёт к закату, что надо уже сейчас полностью переориентироваться на альтернативные источники энергии

. Думаю, реальных оснований для таких далеко идущих выводов пока нет. Во всяком случае, пока», – заявил президент …

10 октября 2016 в 16:55 19 сентября состоится круглый стол на тему: «Экологизация угольной отрасли России в контексте Парижского протокола об изменении климата»

. .. отразиться Парижское соглашение об изменении климата на развитии угольной отрасли в стране? - Насколько активно стоит сегодня внедрять альтернативные источники энергии

в России? - Есть ли перспективы у угольной отрасли и угольной генерации в России? Стоит ли заниматься ее …

14 сентября 2016 в 11:51 Минэк считает Дальний Восток самой перспективной территорией для развития ВИЭ

Выступая сегодня на Восточном экономическом форуме эаместитель министра экономического развития РФ Николай Подгузов заявил, что именно Дальневосточный федеральный округ обладает наиболее фундаментальными предпосылками для развития альтернативных и локальных источников энергетики, включая возобновляемые источники энергии. «Учитывая большие расстояния, низкую плотность населения, удалённость потребителей от источников производства электроэнергии, обилие изолированных энергосистем и потребителей. ..

2 сентября 2016 в 11:52 Два пути повышения энергоэффективности зданий

… развиваются два подхода к созданию энергоэффективных домов будущего – пассивных и активных. И те и другие используют для электроснабжения альтернативные источники энергии, в первую очередь солнечную генерацию. Однако в части отопления пассивные здания в большей степени ориентированы …

28 июля 2016 в 17:42 Россия планирует в течение 20 лет увеличить производство электроэнергии на основе ВИЭ в 10 раз.

Об этом сегодня в интервью ТАСС сказал первый заместитель министра энергетики РФ Алексей Текслер. «Если мы говорим про наш энергобаланс, то объём производства электрической энергии на основе ВИЭ в течение 20 лет может увеличиться от текущего уровня в 10 раз. По сравнению с другими источниками это будут, конечно, небольшие объёмы, но ни один другой вид топлива не покажет таких темпов», — сказал он. По словам Текслера всего до конца 2024 года Министерство энергетики РФ планирует увеличить…

28 июня 2016 в 11:14 Энергетика Северной Америки планирует «позеленеть» до 50%

Старший советник президента США Брайан Диз сообщил журналистам, что на встрече лидеров США, Канады и Мексики, которая состоится 29 июня в Оттаве, будет официально объявлено о том, что эти страны намерены к 2025 году получать половину всей энергии в Северной Америке из возобновляемых источников. «Мы считаем, что это амбициозная цель, но три страны могут достичь её на территории континента», — заявил Брайан Диз по поводу планов производства 50% всей энергии за счёт альтернативных источников…

28 июня 2016 в 11:13

Суда на батарейках — будущее судоходства?

 

Развитие мирового судостроения сегодня определяется не только экономической эффективностью строительства и последующей эксплуатации судна, но и систематически ужесточающимися экологическими требованиями. Наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями.

Согласно Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов 1972 г. с изменениями 1978 г., количество вредных выбросов с судов с каждым годом должно неуклонно снижаться. Наибольшее влияние на виды используемого топлива оказывают правила MARPOL приложение I (загрязнения моря) и приложение VI (загрязнение атмосферного воздуха).

С учётом данных реалий, на протяжении последних десятилетий в отрасли, параллельно с классическим судостроением, активно развивается проектирование и строительство судов, использующих в качестве топлива альтернативные источники энергии.

В частности, согласно Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года, утверждённой распоряжением правительства Российской Федерации от 28 октября 2019 г. № 2553-р, одним из трендов российского судостроения является создание судов и морской техники, обеспечивающих соблюдение международных экологических норм и правил в акватории морей и в портах, а также защиту природной среды Арктики.

Из основных альтернативных источников энергии, работа над которыми ведётся в отрасли, можно отметить следующие: энергия ветра, водород, природный газ (в том числе СПГ), электроэнергия. Наиболее проработанными на сегодняшний день являются последние.

Использование СПГ уже активно применяется на судах различных типов и назначений: ледоколы, двухтопливные танкеры типоразмера «Афрамакс», буксиры.

Водородные двигатели и ветроэнергетика распространены гораздо меньше вследствие высокой стоимости и низкой производительности. В частности, единственным судном, использующем ветроэнергетику является построенное в 2010 году на верфи Cassens Werft (Германия) судно E-Ship 1. На судне, в дополнение к двум дизель-генераторам суммарной мощностью 7 МВт установлены 4 турбопаруса, позволяющие вырабатывать до 1,5 МВт в зависимости от погодных условий. Вместе с тем, конструкция ветрогенераторов значительно повышает ветровое сопротивление при движении судна, а выдаваемая мощность не позволяет применять данный вид топлива в качестве основного на судах.

Также следует отметить единственный в мире катамаран Energy Observer, использующий уникальную комбинацию возобновляемых источников энергии – ветер, солнечная энергия и водород. Данное судно построено научно-исследовательским институтом CEA-Liten, (Франция) и является плавучей лабораторией. Основным источником энергии на судне являются солнечные панели и две ветряные турбины, а система водородного источника – бортовой электролизер, который расщепляет морскую воду на кислород и водород. Последний хранится в газообразной форме в баках и используется в дни, когда безветренно и пасмурно.

Однако наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями. Сегодня в мире строится и эксплуатируется несколько десятков таких судов. Информация о некоторых из них приведена в таблице 1.

Таблица 1

Судно

Место постройки

Год постройки

Район эксплуатации

Мощность

Главные размерения и основные характеристики

BB Green

Latitude yachts (Латвия)

2016

Стокгольм, Швеция

2х280 кВт

Длина — 20 м

Ширина — 6 м,

Высота борта — 3 м

Ampere

Fjellstrand (Норвегия)

2014

Линия Лавик – Оппедаль, Норвегия

1000 кВт

Длина — 80 м Ширина — 21 м

Вместимость — 360 чел. и 120 автомобилей.

Tycho Brahe

STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB

1991

(модернизация — 2018)

 

Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)

4,16 МВт

Длина – 111 м

Ширина – 28 м

Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров

Aurora

STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB

1991

(модернизация — 2018)

 

Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)

4,16 МВт

Длина – 111 м

Ширина – 28 м

Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров

Elektra

Crist (Польша)

2017

Архипелаг Турку (Финляндия)

2х530 кВт

Длина – 97,87 м

Ширина – 15,47 м

Вместимость — 90 автомобилей

Ellen

Havyard Group (Норвегия)

2019

Линия Сёбю – Фюнсхав (Дания)

4,3 МВт/ч

Длина – 60 м

Ширина – 13 м

 

Разработки электрических судов также ведутся в Финляндии, Нидерландах, Великобритании, Франции, Китае, Японии, Республике Корея и США.

Как видно из таблицы 1, суда на электродвижении уже не являются штучным товаром для частных заказчиков. На электродвижение переводятся всё более крупные суда, осуществляющие в том числе коммерческие перевозки, что свидетельствует об экономической эффективности их эксплуатации.

Именно данный показатель является определяющим в дальнейшей реализации аналогичных проектов. Применение классического подхода или альтернативных видов топлива, а также определение конкретного вида такого топлива должно осуществляться исходя из района эксплуатации судна, его типа, необходимой автономности, продолжительности рейса, количества экипажа и пассажиров. В частности, согласно исследованиям компании Siemens (реализовавший систему электродвижения на пароме Ampere), экономически оправдывают себя электрические паромы, эксплуатирующиеся на коротких дистанциях.

Согласно данным компании-оператора парома Ampere, опыт его эксплуатации показал сокращение на 95% вредных выбросов в атмосферу и уменьшение на 80% эксплуатационных расходов. На борту судна находится батарея 800 кВт*ч весом 11 тонн, которая и питает два электромотора. Паром использует всего 150 кВт*ч в пути на отрезке в 6 км через фьорд, а стоимость электричества для перевозки 360 пассажиров и 120 машин составляет всего около 6 $. На фоне данных результатов правительство Норвегии обязало перевозчиков закупать только экологически чистые паромы, гибридные или полностью электрические. Так власти борются с вредными выбросами в атмосферу и экономят на дизельном топливе. В этом регионе Норвегии повсеместно используются гидроэлектростанции и электроэнергия для парома получается экологически чистой, и даже косвенно электропаром не загрязняет окружающую среду.

Российские судостроители также не остаются в стороне. В рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы и государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений» за период 2009-2019 годы было выполнено (выполняется) более 20 НИОКР по разработке систем электродвижения и их компонентов.

Однако, несмотря на оснащение некоторых судов системами электродвижения, в качестве основных источников электроэнергии на отечественных кораблях и судах до недавнего времени применялись дизель- и газотурбогенераторы, либо атомные энергетические установки. Аккумуляторные батареи в основном применялись в качестве вспомогательных и аварийных источников питания.

Перелом произошёл в прошлом году, когда на выставке «Нева-2019» компания «Морсвязьавтоматика» представила публике созданное в инициативном порядке 18-метровое судно Ecovolt пассажировместимостью до 86 человек. Судно приводится в движение электромоторами, работающими на общей шине постоянного тока. Источником энергии выступают высокоэнергетические батарейные накопители. Эксплуатация таких судов планируется в Санкт-Петербурге.

Также в 2019 года по заказу Минпромторга России началась разработка среднемагистрального автомобильно-пассажирского экологически чистого парома на электроходу, предназначенного для линии Балтийск – Балтийская коса (Калининградская область). Электрический паром заменит на Балтике два меньших по размеру дизельных — 1974 и 1960 годов выпуска.

В качестве основного источника питания на судне будет предусмотрена установка аккумуляторных батарей. Также как альтернативный вариант подзарядки в проекте будет рассмотрена возможность использования индукционной береговой зарядной станции. Вместимость создаваемого парома — 100 человек и 15 легковых автомобилей. По оценке головного исполнителя — Калининградского государственного технического университета и проектанта – АО «Нордик Инжиниринг», создание парома на электрической тяге позволит вдвое снизить эксплуатационные расходы за счет отказа от классических двигателей внутреннего сгорания, которые потребляют дизельное топливо и требуют регулярного обслуживания. Ввод парома в эксплуатацию планируется в 2021 году.

Электрический паром является судном нового типа. То есть его создание возможно только при проведении научно-технических и опытно-конструкторских, а также проектных работ, в ходе которых будет использован ранее созданный научно-технический задел и созданы новые результаты интеллектуальной деятельности. Следует отметить, что в настоящее время существует 9 изобретений и полезных моделей по всем направлениям деятельности, которые могут быть использованы при создании парома. Но ни одно из этих изобретений не может быть использовано непосредственно по лицензионному договору, т.к. каждое из них необходимо доработать на уровне формулы. Изменение конструкции повлечёт изменение дизайна и конструктивных решений внешнего вида парома. По этой причине его дизайн будет охраноспособным в статусе промышленного образца. По состоянию на сегодня ни один из промышленных образцов в части паромов не может быть использован при создании электоропарома. Создание электрического парома также потребует разработки принципиально новой системы управления судном, т.к. в настоящее время не зарегистрировано ни одной программы для ЭВМ, которая могла бы быть использована для данных целей.

Опыт строительства и эксплуатации судов данного типа позволит оценить эффективность внедрения электропаромов и в других регионах, во многих из которых водный транспорт является безальтернативным. Всего в Российской Федерации на 2020 год по данным Российского Речного Регистра насчитывается 120 речных паромов (не считая барж, барж-площадок, буксиров и толкачей, используемых на переправах), средний возраст которых составляет 39 лет. При этом принятие решение о замене действующих паромов на электроходы должно приниматься индивидуально в каждом отдельном случае после комплексной оценки такого варианта с учётом мнения контролирующих и надзорных организаций.

Одновременно, учитывая инновационность решений, применяемых в судах на альтернативных видах топлива, представляется целесообразным рассмотреть возможность выдачи разрешительной документации при соблюдении минимально необходимого набора требований, а в отдельных случаях – и по упрощённой схеме (исходя из условий эксплуатации). Такое решение позволит сократить стоимость строительства современных судов и как следствие – увеличение числа экологически чистых судов на реках России.

Алексей Тимофеев.

Подробнее о теме электродвижения в ходе конференции «СПГ-флот, СПГ-бункеровка и другие альтернативы» 28 октября 2020 года расскажет председатель совета директоров «Нордик Инжиниринг» Николай Шабликов. Информация о конференции доступна по ссылке >>>

Еще больше интересного отраслевого контента на наших страницах в соцсетях: в FaceBook, канале в YouTube, паблике в Telegram, странице в Twitter и канале в Яндекс.Дзен

 

Альтернативные источники энергии

Краснодарский край по своим природно-климатическим характеристикам является одним из самых привлекательных в России для развития генерации на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

В Краснодарском крае сложился многолетний опыт практического использования солнечной энергии и геотермального тепла, ветро и гидроэнергии, а также других энергоисточников

В частности, наибольшим потенциалом с точки зрения освоения инвестиций имеют следующие направления.

Во-первых, солнечная электроэнергетика, использование которой имеет большие перспективы развития в регионе, так как Краснодарский край является одним из немногих субъектов Российской Федерации, обладающих значительными ресурсами солнечной энергии. Непосредственно для выработки электроэнергии используются фотоэлектрические преобразователи.

Во-вторых, солнечная теплоэнергетика, которая может использоваться с целью оснащения современными гелиосистемами объектов социального назначения и предприятий санаторно курортного комплекса по всему побережью Черного и Азовского морей, где количество солнечных дней составляет 260-280 суток в году.

Также ключевым направлением, обладающим инвестиционным потенциалом в этой области и позволяющим обеспечить заметный вклад в развитие солнечной теплоэнергетики, является строительная отрасль. Требуется разработка и внедрение систем солнечного теплоснабжения зданий с помощью встроенных в стены солнечных коллекторов с вакуумными стеклопакетами. Облицовка фасадов зданий солнечными коллекторами с вакуумными стеклопакетами в Краснодарском крае позволит круглогодично обеспечить солнечное теплоснабжение зданий.

В-третьих, ветроэнергетика, масштабное развитие которой целесообразно в условиях обширных прибрежных зон Азовского и Черного морей (Приморско-Ахтарский, Калининский, Славянский, Крымский, Темрюкский и Туапсинский районы, города-курорты Сочи, Анапа и Геленджик), а также протяженной области Армавирского ветрового коридора (зона интенсивных постоянных по силе и направлению ветров).

В-четвертых, геотермальная энергетика. Суммарная тепловая мощность эксплуатируемых геотермальных месторождений в Краснодарском крае составляет 238 МВт. Практическое значение имеют месторождения на 60 % территории региона.

В Краснодарском крае используются в системах теплоснабжения лишь 6-7 % потенциала геотермальных месторождений.

Более подробную информацию можно получить, обратившись в министерство топливно-энергетического комплекса и жилищно- коммунального хозяйства Краснодарского края тел: +7 (861) 259-09-31

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) | Министерство жилищно-коммунального хозяйства и энергетики Новосибирской области

Объявление

о предоставлении инвестиционных проектов возобновляемых источников энергии на рассмотрение

Предлагаем разработчикам проектов по использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на основе биоресурсов (солнечная энергия, ветер, солома, древесные отходы и т. д.) представить свои проекты на рассмотрение техническому общественному совету при министерстве жилищно-коммунального хозяйства и энергетики Новосибирской области.

Использование альтернативных источников энергии особую актуальность имеет для сельской местности, где повышение энергетической эффективности предприятий сельского хозяйства может достигаться за счет отходов сельскохозяйственного производства ‑ соломы, лузги в растениеводстве и навоза в животноводстве. Также, перспективными для использования в энергетических целях можно рассматривать отходы предприятий лесозаготовительного и деревообрабатывающего комплекса (опилки, щепа, отходы санитарных рубок).

Использование альтернативных или возобновляемых источников энергии позволит за счет снижения стоимости топливной составляющей повысить энергетическую эффективность муниципальных котельных.

В рамках государственной программы Новосибирской области «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности Новосибирской области», утвержденной постановлением Правительства Новосибирской области от 16. 03.2015 № 89-п, осуществляется мероприятие «Содействие предприятиям, осуществляющим инвестиционную деятельность совместно с муниципальными образованиями Новосибирской области, в реализации инвестиционных проектов по использованию возобновляемых источников энергии на основе биоресурсов (солома, древесные отходы и т.д.)».

Мероприятие направлено на поддержку и содействие в реализации инвестиционных проектов по созданию перерабатывающих производств топливных ресурсов с использованием возобновляемых источников энергии, для обеспечения энергией потребителей Новосибирской области, удаленных от централизованных энергоисточников. Для территории Новосибирской области использование возобновляемых источников энергии может быть целесообразным в качестве локального источника.

Реализацию проектов по использованию возобновляемой энергии предприятие-инвестор может осуществить, например, на муниципальных котельных, поставляющих тепловую энергию муниципальным учреждениям, через заключение энергосервисных контрактов.

Проекты предлагаем направлять в министерство жилищно-коммунального хозяйства и энергетики Новосибирской области (отдел энергетики), на электронный адрес: [email protected], телефон для справок 8(383)238-76-41, Ерина Елена Николаевна.

Альтернативные источники энергии — ALTENEX.RU

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд. К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения. 

Виды альтернативной энергетики 

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.  

Энергия солнца

Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии. Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов. Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния. Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя. Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций. 

Энергия ветра 

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями. Основой ветровых установок служит ветровой генератор. Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.). 

Сила воды 

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях. К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций. Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.  

Тепло земли

Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты. Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии. Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики. Тепловые насосы различаются по мощности и своей конструкции, зависящей от первичного источника энергии, определяющей их тип, это системы: «грунт-вода» и «вода-вода», «воздух-вода» и «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух», «фреон-вода» и «фреон-воздух». 

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии. Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель. 

Плюсы и минусы использования 

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования. Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плисы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся: Плюсами использования являются: Возобновляемость альтернативных источников энергии; Экологическая безопасность; Доступность и возможность использования в широком спектре применения; Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования. Минусы использования: Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа; Низкий КПД установок; Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.; Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций. 

Альтернативные источники энергии в России 

В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива. В разных регионах страны получили развитие разные виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением и возможностью использования того или иного первичного источника получения энергии. Солнечная энергетика Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии. В промышленных масштабах, данный вид энергетики, также присутствует в нашей стране. Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт, из них наиболее крупными являются: Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области; Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан; На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая. На стадии разработки проектной документации и различных этапах строительства, находятся более 50 объектов солнечной генерации, расположенных в различных регионах, от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны. Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт. Ветровая энергетика Ветровые энергетические установки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, также существуют на территории нашей страны, хотя их доля, в общей мощности энергетической системы, значительно ниже, чем солнечных электростанций. Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет немногим больше 100,0 МВт, из них наиболее мощные, это: Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области; Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым. На стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки, общей мощностью более 2500,0 МВт. Гидроэнергетика Этот вид альтернативной энергетики наиболее распространен на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20,0 % от общей генерации всей энергосистемы РФ. Суммарная установленная мощность гидроэлектростанций, на начало 2017 года, составляет 48085,94 МВт, а их количество – 191 объект генерации, различной мощности и конструкции. Энергию приливов также используют в нашей стране, для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция, которая в 2007 году была реконструирована и в настоящее время, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт. В настоящее время ведется разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом (Мезенская) морях. Геотермальная энергетика Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская). Использование биотоплива Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание. Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии. Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий. Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Использование для частного дома

Использование альтернативных источников для отопления загородного дома или дачи, а также для его электроснабжения, может быть осуществлено достаточно успешно. В этом случае все зависит от региона проживания пользователя и места расположения объекта потребления энергии. Способность вырабатывать электрический ток солнечными станциями и ветровыми установками зависит от активности солнца и скорости ветра в месте их размещения, а также прочих погодных явлений, характеризующих этот регион. Устройство микро ГЭС возможно только при наличии вблизи объекта потребления реки или иного водоема, а геотермальной станции – при присутствии близко расположенных к поверхности земли геотермальных вод. Биотопливо в виде дров и продуктов отходов деревопереработки, возможно в регионах страны богатых лесами, с развитой промышленностью данного направления. Получение биогаза и жидкого топлива — доступно там, где большие территории отведены под выращивание сельскохозяйственных культур, что позволяет иметь большой запас биомассы, используемой для производства этих видов топлива. Можно ли сделать своими руками в домашних условиях При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии. Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для: Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок. Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов. Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности. Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.

Обзор методов получения альтернативной энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО-И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.311

С. Н. Саликеева, Ф. Т. Галеева

ОБЗОР МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

Ключевые слова: альтернативная энергетика, ветрогенератор, гелиоэнергетика, солнечный коллектор, охрана

окружающей среды.

Рассмотрены основные методы получения альтернативной энергии в контексте возможности их использования в качестве источников энергии энергонезависимых зданий и сооружений. Приведены данные по стоимости выработки электроэнергии различными источниками альтернативной энергии. Приводятся рекомендации по совместному использованию источников альтернативной энергии.

Keywords: alternative energy, wind generator, solar power, solar collector, environment.

Basic methods of alternative energy obtaining in the context of their possibility as sources of volatile energy buildings are considerated in this article. Cost of electricity generation by various sources of alternative energy datas are shown. Recommendations are presented for the sharing of alternative energy sources.

На фоне снижения мировых запасов невозобновляемых источников энергии актуальным является поиск новых и внедрение известных альтернативных источников получения энергии. При современном уровне энергопотребления доступных или рентабельных невозобновляемых источников энергии осталось по разным источникам приблизительно от 50 до 100 лет. Наряду с поиском альтернативных источников энергии сегодня на первый план выходит экологическая безопасность применяемых видов энергии [1, 2, 3].

Данная работа посвящена обзору методов получения альтернативной энергии (электрической, тепловой и в виде био- или иного топлива) малой мощности (до 10 кВт) для бытовых нужд в качестве источника электроэнергии энергонезависимых зданий и сооружений.

Среди основных альтернативных способов получения энергии, не претендуя на полный обзор методов, можно выделить следующие:

— ветроэнергетика;

— гелиоэнергетика;

— гидроэнергетика;

— биоэнергетика.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, основанная на преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую [4]. Преобразование энергии, как правило, осуществляется различными конструкциями ветрогенераторов. На сегодняшний день — это один наиболее распространенных источников альтернативной энергии, по разным источникам ее доля в общемировом производстве электроэнергии может достигать 2 %. В некоторых странах европейского союза доля энергии, вырабатываемой при помощи ветрогенераторов, составляет более 40 %.

Основным условием работы ветрогенератора является наличие воздушных масс движущихся со скорость более 3 м/с, поэтому, как правило, область их расположения — это прибрежные зоны,

возвышенности, холмы, шельфы (расположенные в прибрежной зоне). Современные ветрогенераторы могут достигать высоты более 100 м, а диаметр лопастей нескольких десятков метров. Выходная мощность при номинальных режимах работы (скорость ветра 10 м/с) составляет до 10 МВт.

По конструкции ветрогенераторы можно подразделить на горизонтальные и вертикальные. Второй тип более перспективен, поскольку более бесшумный и менее требователен к скорости ветровых масс (от 1 м/с), однако по историческим причинам большее распространение получили горизонтальные конструкции ветрогенераторов. Срок службы вертикальных ветрогенераторов может достигать 20 лет [5].

Себестоимость электроэнергии полученной при помощи ветрогенераторов сопоставима со стоимостью электроэнергии полученной при помощи традиционной энергетики 1,5-2 р./(кВт*ч).

Среди недостатков ветрогенераторов также следует отметить относительно высокий уровень шума (до 100 дБ около ротора ветрогенератора, и не более 45 дБ на расстоянии 300 м), большие вибрационные нагрузки. По этой причине ветрогенераторы не рекомендуется устанавливать на расстоянии менее 300 м от жилых помещений.

Еще один из способов использования энергии ветра, является преобразование ее в тепловую для обогрева зданий и сооружений, при таком подходе значительно упрощается схема подключения ветрогенератора и его управление.

Структура ветряной установки включает в себя генератор, мачту на которой располагается генератор, лопасти, аккумуляторы, инвертор.

Ветрогенераторы малой мощности до 10 кВт чаще всего бывают автономными, т.е. без подключения к энергосетям.

Гелиоэнергетика (ЬеНоз — солнце греч.) -получение тепловой и электрической энергии путем преобразования энергии солнца различными

способами. Мощность солнечного излучения на территории европейских стран в среднем составляет 100 Вт/кв.м.

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические

преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43,5 % [2].

Физический принцип работы ФЭП основан на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения [6].

Несмотря на бытующее заблуждение, использование фотоэлементов возможно как в солнечную погоду, так и в пасмурную.

Достоинством данного метода является его полная экологичность, недостаток — малая мощность на единицу поверхности фотоэлемента и высокая цена.

Стоимость вырабатываемой ФЭП

электроэнергии составляет ~ 6-8 р/(кВт*ч), что примерно в 3-4 раза выше стоимости электроэнергии, получаемой в результате сгорания органических топлив.

Еще один способ использования энергии солнца — это нагревание теплоносителя для обогрева помещений посредством солнечного излучения. Такие устройства называются солнечными коллекторами.

Эту тепловую энергию можно также использования для получения электроэнергии посредством ее использования в различного рода тепловых машинах. Солнечные коллекторы могут быть различного типа: плоские, трубчатые вакуумные, коллекторы концентраторы, параболические концентраторы и т.д. Стоимость вырабатываемой энергии может доходить до 5 р/(кВт*ч). Этот тип преобразователя солнечной энергии способен нагревать теплоноситель до температуры кипения даже в зимнее время при температуре воздуха ниже минус 30° С.

Гидроэнергетика использует кинетическую энергию движущихся водных масс (приливы, волны течения, водопады, использование тепловой энергии океанов) для выработки энергии. Условно альтернативную гидроэнергетику можно подразделить на приливные и волновые электростанции, мини- и микроГЭС, водопадные электростанции.

Приливные гидроэлектростанции на сегодняшний день нашли наибольшее применение, строятся они в областях с большими приливными течениями, которые могут составлять до 13 метров в высоту. Энергию приливов можно использовать при помощи установки плотин, что экологически не очень безопасно, а также установкой приливных низкооборотистых турбин на участках морского дна с приливными течениями без использования плотин. Такие турбины практически не приносят вреда для морских флоры и фауны. Мощность приливных

электростанций на сегодняшний день может составлять до нескольких сотен МВт.

Использование энергии волн несколько сложнее и позволяет получать более дорогостоящую электроэнергию. Волновая гидроэлектростанция представляет из себя неподвижную платформу, прикрепленную к морскому дну, к которой на рычагах (траверсах) закреплены большие поплавки диаметром до нескольких метров, которые перемещаются на морских волнах вверх и вниз приводя в движение через гидравлические цилиндры генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Несмотря на относительно небольшие количества вырабатываемой таким образом на сегодняшний день электроэнергии, суммарный энергетический потенциал этого вида возобновляемого энергоресурса практически безграничен.

Мини- и микроГЭС позволяют вырабатывать электроэнергию в небольших количествах, до нескольких десятков кВт, используя кинетическую энергии водных масс в ручьях, малых реках, водопадах. При перепаде высот от 1,3 м и расходе воды 1 м3/с микроГЭС по принципу водоворота позволяет получать до 10 кВт*ч электрической энергии. Состоят они из генераторов с крыльчаткой особой формы, позволяющей максимально использовать кинетическую энергию водных масс [7].

Главное преимущество малой

гидроэнергетики энергии заключается в том, что она не зависит от погодных условий и в любое время года стабильно обеспечивает выработку электроэнергии [8].

Недостатком данного вида альтернативной энергетики является влияние на скорость вращения нашей планеты, это влияние по расчетам составляет порядка 10-9 с замедления периода вращения планеты, что на 5 порядков ниже влияния приливных течений.

Биоэнергетика

На сегодняшний день уже достаточно широко используются технологии получения электроэнергии путем переработки отходов животнодчества, существуют установки, в том числе и в поволжском регионе, мощностью от 40 кВт до 5 МВт. Энергетическая эффективность 1 куб.м биогаза (55-70 % — СН4, 45-30 % — С02) может составлять до 6 кВт*ч, причем при ее использовании, для получения электроэнергии двигателя внутреннего сгорания, 45 % энергии выделяется в виде электроэнергии и 55 % в виде тепловой энергии. Выход биогаза составляет от 20 (навоз крупного рогатого скота) до 600 (меласса) в редких случаях 1300 куб.м. на 1 тонну субстракта [9].

Еще одно направление — получение готового биотоплива, к примеру биометана, аналога природного газа, из отходов переработки зерновых культур путем очистки биогаза от СО2.

Следующий шаг развития этой технологии связан с переработкой бытового мусора, в этом

случае решаются две очень важные задачи, получение электроэнергии и безопасная утилизация бытового и промышленного мусора, т.е. улучшение экологической ситуации [10].

Как правило, выше приведенные установки имеют мощность более 40-100 кВт*ч и создаются на базе производств, в результате деятельности которых, выделяется большое количество энергоэффективной биомассы, а именно животноводческие производства, производство продуктов питания и т.д.

Общие проблемы практически всех способов получения альтернативной энергии заключаются в следующем:

— как правило, это нерегулируемые источники энергии, т. е. выработка электроэнергии зависит от интенсивности светового излучения, погодных условий, времени года, температуры окружающей среды, скорости и направления ветра и т.д., что значительно осложняет их интеграцию в общие электрические сети и удорожает стоимость вырабатываемой альтернативной энергии;

— необходимость приведения получаемой электроэнергии к промышленному стандарту 220 В, 50 Гц, для чего используются дорогостоящие инверторы (преобразователи электрических параметров получаемой энергии), их стоимость может достигать до 50 % от стоимости всего оборудования для получения альтернативной энергии, при этом при их работе на теплообразование расходуется большая часть электроэнергии;

— необходимость использования

аккумуляторных батарей (стоимость которых может достигать до 25 % от общей стоимости всего комплекса) в связи с необходимостью аккумулировать электроэнергию при отсутствии выработки альтернативной энергии в автономных системах.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что универсального способа получения альтернативной энергии не существует. Необходимо использовать несколько способов, сочетая их достоинства и недостатки. Примером такого удачного сочетания для получения небольшого количества электроэнергии может служить комплекс, состоящий из ФЭП и ветрогенерата малой мощности, работающих в связке с инвертором и аккумуляторными батареями. На сегодня такой комплекс имеет достаточно высокую стоимость, однако в перспективе с увеличением стоимости невозобновляемых энергоресурсов, сможет

стать реальной альтернативой традиционным источникам энергии.

В качестве источников альтернативной энергии для снабжения электричеством энергонезависимых зданий и сооружений, наиболее подходящими, являются солнечная энергетика, ветроэнергетика и малая гидроэнергетика, остальные виды альтернативной энергетики наиболее эффективны при производстве больших количеств электроэнергии.

Литература

1. Нужна ли России альтернативная энергетика?

[Электронный ресурс] / Energi Fresh. Научнопопулярный портал, 2009. Режим доступа:

http://www.energy-fresh.ru/solarenergy/analitics/?id=1252, свободный

2. Рынок альтернативной энергетики. Аналитический обзор (отчет) Демонстрационная версия РБК [Электронный ресурс] / РосБизнесКонсалтинг, 2010. -Режим доступа http://marketing.rbc.ru/research/ 562949977031667.shtml, свободный.

3. Бугарчева Е.А. Научные исследования в области энергосберегающих технологий как объект философской рефлексии в постиндустриальном обществе// Вестник Казан. технол. ун-та 2010 — № 9. -C.857-859.

4. Альтернативная энергетика [Электронный ресурс] / Википедиа. Свободная энциклопедиа. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/

альтернативная_энергетика, свободный.

5. Краткое руководство по ветроэнергетике

[Электронный ресурс] — Режим доступа:

http://www.luna1.ru/page/page54.html, свободный

6. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев

В.Д. Фотоэлектрическое преобразование

концентрированного солнечного излучения — Л.: Наука, 1989. — 310 с. — ISBN 5-02-024384-1.

7. Гидротурбина — Проточная — Осбергер [Электронный

ресурс] / CINK Hydro — Energy k. s, 2012. — Режим доступа: http://www.cink-hydro-energy.com/ru/turbina-

ossberger, свободный.

8. Мини-ГЭС [Электронный ресурс] / ООО «АЭнерджи».

— Режим доступа: http://aenergy.ru/category /energydevice/gidro, свободный.

9. Выходы биогаза [Электронный ресурс] / Zorg Biogas. -Режим доступа: http://zorgbiogas.ru/biogas-plants/biogas-out?lang=ru, свободный

10. Солодова Н.Л., Терентьева Н.А. Немного о биотопливах// Вестник Казан. технол. ун-та 2010 — № 11.

— C.348-358.

svetmt@rambler. ru;

© С. Н. Саликеева — ст. препод. каф. иностранных языков в профессиональной коммуникации КНИТУ, Ф. Т. Г алеева — ст. препод. той же кафедры.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства (EV) — собирательно именуемые подзаряжаемыми электромобилями (PEV) — накапливают электричество в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей. Батареи заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенной из природного газа, угля, ядерной энергии, энергии ветра, гидроэнергии и солнечной энергии.

Электромобили

, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выхлопных газов.Однако есть выбросы, связанные с производством большей части электроэнергии в Соединенных Штатах. См. Раздел о выбросах для получения дополнительной информации о местных источниках электроэнергии и выбросах.

Производство

По данным Управления энергетической информации США, в 2019 году большая часть электроэнергии в стране была произведена за счет природного газа, угля и ядерной энергии.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, биомасса, ветер, геотермальная энергия и солнечная энергия.В совокупности возобновляемые источники энергии произвели около 17% электроэнергии страны в 2019 году.

За исключением фотоэлектрической (PV) генерации, первичные источники энергии используются прямо или косвенно для перемещения лопаток турбины, подключенной к электрическому генератору. Турбогенератор преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной энергии и солнечной энергии выделяемое тепло используется для создания пара, который перемещает лопасти турбины.В случае ветроэнергетики и гидроэнергетики лопасти турбины перемещаются непосредственно потоком ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет напрямую в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем районе. Чтобы узнать больше, см. Раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии в Управлении энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электроэнергия в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих объектов до местных распределительных подстанций через сеть высоковольтных электропередач протяженностью почти 160 000 миль.Генерирующие объекты обеспечивают энергоснабжение сети при низком напряжении от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях. Когда электричество покидает генерирующую установку, напряжение повышается или «повышается» с помощью трансформатора (типичные диапазоны от 115 кВ до 765 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. Поскольку электричество передается через сеть и поступает в зоны нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазоны от 69 кВ до 4.16 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые клиенты используют 120/240 В; коммерческие и промышленные клиенты обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Подключаемые автомобили и электрическая инфраструктура

Полностью электрические автомобили и гибридные электромобили с подзарядкой от электросети представляют собой новый спрос на электроэнергию, но они вряд ли в ближайшем будущем перегрузят большую часть наших существующих генерирующих ресурсов. Значительное увеличение количества этих транспортных средств в Соединенных Штатах не обязательно потребует добавления новых мощностей по выработке электроэнергии в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности заряжаются транспортные средства.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны удовлетворять спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени электроэнергетическая инфраструктура не работает на полную мощность. В результате электромобили и PHEV могут создавать небольшую потребность в дополнительных мощностях или вовсе не нуждаться в них.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США обладает достаточной мощностью, чтобы удовлетворить около 73% потребностей в энергии легковых автомобилей страны.Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие бытовых электрических нагрузок и электрических нагрузок должно позволить введение и рост рынка PEV при расширении сетей «умных сетей». Интеллектуальные сетевые сети обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его потребителями, а также контроль линий электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергоэффективных ресурсов. Интеллектуальные сетевые сети могут предоставить возможность контролировать и защищать жилую распределительную инфраструктуру от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию со стороны транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают расходы для коммунальных предприятий, операторов сетей и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергизма между PEV и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечить чистую энергию для транспортных средств, так и снизить спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии вблизи точки использования.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы обеспечить плавную интеграцию PEV в U.S. электроэнергетическая инфраструктура. Некоторые коммунальные предприятия предлагают более низкие тарифы в непиковое время, чтобы стимулировать зарядку жилых автомобилей, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для подачи электромобилей или EVSE) можно запрограммировать так, чтобы зарядка была отложена до непиковых периодов. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов / домов, что позволяет им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее наиболее благоприятны; например, когда цены самые низкие, согласованные с потребностями местного распределения (например, температурные ограничения) или согласованные с возобновляемой генерацией.

Возобновляемые источники энергии: текущие и потенциальные проблемы | Бионаука

Соединенные Штаты столкнутся с нехваткой энергии и ростом цен на электроэнергию на в течение следующих нескольких десятилетий (Duncan 2001). Уголь, нефть, природный газ и другие виды топлива обеспечивают 75% электроэнергии США и 93% других потребностей США в энергии (USBC 2001). В среднем каждый американец ежегодно использует около 93 000 киловатт-часов (кВт-ч), что эквивалентно 8 000 литров масла, для всех целей, включая транспортировку, обогрев и охлаждение (USBC 2001).Около 12 кВтч (один литр бензина) стоит 0,50 доллара США, и, по прогнозам, эта стоимость значительно возрастет в следующем десятилетии (Schumer 2001).

Соединенные Штаты, израсходовавшие от 82% до 88% своих доказанных запасов нефти (API 1999), в настоящее время импортируют более 60% своей нефти при годовой стоимости приблизительно 75 миллиардов долларов (USBC 2001). Общие тенденции и прогнозы производства, импорта и потребления предполагают, что в течение 20 лет Соединенные Штаты будут импортировать от 80% до 90% своей нефти.Население США, составляющее более 285 миллионов человек, растет каждый год, и 3,6 трлн кВтч электроэнергии, производимой ежегодно по цене от 0,07 до 0,20 доллара США за кВтч, становятся недостаточными для текущих потребностей страны. По мере того, как энергия становится все более дефицитной и более дорогой, будущий вклад возобновляемых источников энергии будет иметь жизненно важное значение (USBC 2001).

Потребление ископаемого топлива является основным фактором увеличения концентрации углекислого газа (CO 2 ) в атмосфере, ключевой причины глобального потепления (Schneider et al.2000). Глобальное потепление снижает сельскохозяйственное производство и вызывает другие биологические и социальные проблемы (Schneider et al. 2000). Соединенные Штаты, где проживает менее 4% мирового населения, выбрасывают 22% CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива, больше, чем любая другая страна. Снижение потребления ископаемого топлива может замедлить темпы глобального потепления (Schneider et al. 2000).

Разнообразные возобновляемые источники энергии в настоящее время обеспечивают лишь около 8% потребностей США и около 14% мировых потребностей (таблица 1), хотя ожидается, что разработка и использование возобновляемых источников энергии будет увеличиваться по мере сокращения запасов ископаемого топлива.По прогнозам, несколько различных технологий будут обеспечивать США большей частью возобновляемой энергии в будущем: гидроэлектрические системы, биомасса, энергия ветра, солнечные тепловые системы, фотоэлектрические системы, пассивные энергетические системы, геотермальные системы, биогаз, этанол, метанол и растительное масло. . В этой статье мы оцениваем потенциал этих различных технологий использования возобновляемых источников энергии для удовлетворения будущих потребностей США и мира с точки зрения требований к земле, экологических выгод и рисков, а также энергетических и экономических затрат.

Гидроэнергетические системы

Гидроэнергетика вносит значительный вклад в мировую энергетику, обеспечивая 6,5% поставок (таблица 1). В Соединенных Штатах гидроэлектростанции производят приблизительно 989 миллиардов кВтч (1 кВтч = 860 килокалорий [ккал] = 3,6 мегаджоулей), или 11% электроэнергии в стране, каждый год по цене 0,02 доллара США за кВтч (таблица 2; USBC 2001). . Развитие и восстановление существующих плотин в Соединенных Штатах может дать дополнительно 60 миллиардов кВтч в год (таблица 3).

Гидроэлектростанции, однако, требуют значительных земель для их водохранилищ. В среднем 75 000 гектаров (га) площади водохранилища и 14 триллионов литров воды требуется на 1 миллиард кВтч в год, производимый (таблица 2; Pimentel et al. 1994, Gleick and Adams 2000). Согласно региональным оценкам землепользования в США и среднегодовой выработки энергии, водохранилища в настоящее время покрывают примерно 26 миллионов га из 917 миллионов га земельной площади в Соединенных Штатах (Pimentel 2001).Для развития оставшихся наилучших участков-кандидатов, если исходить из требований к земле, аналогичных тем, которые использовались в прошлом, потребуется дополнительно 17 млн ​​га земли для хранения воды (таблица 3).

Несмотря на преимущества гидроэнергетики, станции вызывают серьезные экологические проблемы. Заполненная вода часто покрывает ценные, сельскохозяйственно продуктивные аллювиальные поймы. Кроме того, плотины изменяют существующие в экосистеме растения, животных и микробы (Ligon et al. 1995, Nilsson and Berggren 2000).Виды рыб могут значительно уменьшиться в речных системах из-за этих многочисленных экологических изменений (Brown and Moyle 1993). В водохранилищах колебания уровня воды изменяют береговую линию, вызывают эрозию ниже по течению, изменяют физико-химические факторы, такие как температура воды и химические вещества, и влияют на водные сообщества. Отложения накапливаются за плотинами, снижая их эффективность и создавая еще одну серьезную экологическую проблему.

Энергетические системы на биомассе

Хотя большая часть биомассы сжигается для приготовления пищи и обогрева, ее также можно преобразовать в электричество.При устойчивых лесных условиях как в умеренных, так и в тропических экосистемах можно устойчиво собирать примерно 3 сухих метрических тонны (т) древесной биомассы на гектар в год (Birdsey 1992, Repetto 1992, Trainer 1995, Ferguson 2001). Хотя это количество древесной биомассы дает валовой выход энергии в размере 13,5 миллионов ккал, примерно 33 литра дизельного топлива на гектар, плюс воплощенная энергия, расходуются на вырубку и сбор древесины для транспортировки на электростанцию. Таким образом, соотношение ввода-вывода энергии для такой системы составляет 1:22.

Стоимость производства 1 кВтч электроэнергии из древесной биомассы составляет около 0,058 доллара США, что является конкурентоспособным по сравнению с другими системами производства электроэнергии (таблица 2). Приблизительно 3 кВт · ч тепловой энергии расходуется на производство 1 кВт · ч электроэнергии, соотношение ввода-вывода энергии составляет 1: 7 (таблица 2; Pimentel 2001).

Потребление древесной биомассы для обогрева на душу населения в Соединенных Штатах составляет 625 килограммов (кг) в год. В развивающихся странах использование разнообразных ресурсов биомассы (древесина, пожнивные остатки и навоз) колеблется от 630 кг на душу населения (Kitani 1999) до примерно 1000 кг на душу населения (Hall 1992).Развивающиеся страны используют только около 500 литров нефтяного эквивалента ископаемой энергии на душу населения по сравнению с почти 8000 литрами нефтяного эквивалента ископаемой энергии на душу населения в Соединенных Штатах.

Древесная биомасса могла бы обеспечить Соединенные Штаты примерно 1,5 × 10 12 кВтч (5 квадратов теплового эквивалента) от их общего валового энергоснабжения к 2050 году при условии наличия приблизительно 102 миллионов га (таблица 3). Городу с населением 100 000 человек, использующим биомассу из устойчивого леса (3 т на га в год) для производства электроэнергии, потребуется около 200 000 га лесной площади, исходя из средней потребности в электроэнергии чуть более 1 миллиарда кВтч (электрическая энергия [e] ) (860 ккал = 1 кВтч) (таблица 2).

Воздействие сжигания биомассы на окружающую среду менее вредно, чем воздействие угля, но более вредно, чем воздействие природного газа (Pimentel 2001). Сжигание биомассы приводит к выбросу в атмосферу более 200 различных химических загрязнителей, включая 14 канцерогенов и 4 коканцерогенных вещества (Alfheim and Ramdahl 1986, Godish 1991). Во всем мире, но особенно в развивающихся странах, где люди готовят пищу на дровах на открытом огне, примерно четыре миллиарда человек страдают от постоянного воздействия дыма (Всемирный банк, 1992 г., ВОЗ / ЮНЕП, 1993 г., Редди и др.1997). В Соединенных Штатах от древесного дыма ежегодно умирает 30 000 человек (EPA 2002). Однако загрязняющие вещества от электростанций, использующих древесину и другую биомассу, можно контролировать.

Энергия ветра

На протяжении многих веков энергия ветра служила источником энергии для перекачивания воды и работы мельниц и других машин. Сегодня турбины мощностью не менее 500 кВт производят большую часть коммерческой электроэнергии, вырабатываемой ветром. При работе в идеальном месте одна из этих турбин может работать с максимальным КПД 30% и обеспечивать выходную мощность 1.3 миллиона кВтч (эл.) В год (AWEA 2000a). Первоначальные инвестиции в размере приблизительно 500 000 долларов США для турбины мощностью 500 кВт (Nelson 1996), работающей с КПД 30%, обеспечат соотношение ввода-вывода 1: 5 в течение 30 лет эксплуатации (таблица 2). В течение 30-летнего срока службы системы ежегодные эксплуатационные расходы составляют 40 500 долларов (Nelson 1996). Ориентировочная стоимость произведенной электроэнергии составляет 0,07 доллара США за кВтч (эл.) (Таблица 2).

В США 2502 мегаватт (МВт) установленных ветряных генераторов производят около 6.6 миллиардов кВтч электроэнергии в год (Chambers 2000). Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA 2000b) оценивает, что Соединенные Штаты могут поддерживать мощность 30 000 МВт к 2010 г., производя 75 млрд кВтч (эл.) В год при мощности 30%, или примерно 2% годовой мощности США. потребление электроэнергии. Если бы все экономически целесообразные земельные участки были застроены, полный потенциал ветровой энергии составил бы около 675 миллиардов кВтч (эл.) (AWEA 2000b). Морские объекты могут обеспечить дополнительно 102 миллиарда кВтч (эл.) (Gaudiosi 1996), в результате чего общий оценочный потенциал ветровой энергии составит 777 миллиардов кВтч (эл.), Или 23% от текущего потребления электроэнергии.

Широкое развитие ветроэнергетики ограничено наличием участков с достаточным ветром (не менее 20 километров [км] в час) и количеством ветряных машин, которые могут быть размещены на площадке. В районе ветроэнергетических ресурсов Калифорнийского перевала Альтамонт в среднем одна турбина мощностью 50 кВт на 1,8 га обеспечивает достаточное расстояние для выработки максимальной мощности (Смит и Ильин, 1991). Исходя из этого числа, необходимо приблизительно 13 700 га земли для обеспечения 1 миллиарда кВтч в год (таблица 2). Поскольку сами турбины занимают только около 2% площади, большую часть земли можно использовать для выращивания овощей, питомников и крупного рогатого скота (DP Energy 2002, NRC 2002).Однако выращивание кукурузы или других зерновых культур может оказаться непрактичным, поскольку тяжелое оборудование, используемое в этом виде сельского хозяйства, не может легко работать между турбинами.

Исследование воздействия производства энергии ветра на окружающую среду выявило несколько опасностей. Размещение ветряных турбин на пролетных путях перелетных птиц и убежищах диких животных или рядом с ними может привести к столкновению птиц с опорными башнями и вращающимися лопастями (Kellet 1990). По этой причине Кларк (1991) предлагает размещать ветряные электростанции на расстоянии не менее 300 метров (м) от заповедников, чтобы снизить риск для птиц.По оценкам, 13 000 ветряных турбин, установленных в Соединенных Штатах, убивают менее 300 птиц в год (Kerlinger 2000). Правильное размещение и улучшенные технологии репеллентов, такие как стробоскопы или рисунки окраски, могут еще больше снизить количество погибших птиц.

Вращающиеся магниты в турбинном электрическом генераторе создают низкий уровень электромагнитных помех, которые могут влиять на телевизионные и радиосигналы в пределах 2–3 км от крупных установок (IEA 1987). К счастью, с повсеместным использованием кабельных сетей или спутниковой микроволновой передачи в прямой видимости, как телевидение, так и радио не подвержены этим помехам.

Шум, вызываемый вращающимися лопастями, является еще одним неизбежным побочным эффектом работы ветряной турбины. Однако за пределами 2,1 км самые большие турбины не слышны даже с подветренной стороны. На расстоянии 400 м уровень шума составляет около 56 децибел (IEA 1987), что примерно соответствует уровню шума домашнего кондиционера.

Солнечные системы преобразования тепловой энергии

Солнечные системы тепловой энергии собирают лучистую энергию солнца и преобразуют ее в тепло. Это тепло можно использовать непосредственно для бытовых и промышленных целей или для производства пара для привода турбин, вырабатывающих электричество.Эти системы варьируются по сложности от солнечных водоемов до параболических желобов, вырабатывающих электричество. В следующем материале мы преобразуем тепловую энергию в электричество, чтобы облегчить сравнение с другими технологиями использования солнечной энергии.

Солнечные водоемы.

Солнечные водоемы используются для улавливания радиации и хранения энергии при температуре около 100 градусов Цельсия (° C). Построенные водоемы можно превратить в солнечные водоемы, создав слоистый градиент концентрации соли. Слои предотвращают естественную конвекцию, удерживая тепло, собираемое от солнечного излучения, в нижнем слое рассола.Горячий рассол со дна пруда выводится по трубопроводу для использования в качестве тепла, для выработки электроэнергии или и того, и другого.

Для успешной эксплуатации солнечного пруда необходимо поддерживать градиент концентрации соли и уровень воды. Солнечный пруд, покрывающий 4000 га, теряет около 3 миллиардов литров воды в год (750 000 литров на га в год) в засушливых условиях (Tabor and Doran 1990). Солнечные пруды в Израиле закрыты из-за таких проблем. Чтобы противодействовать потере воды и восходящей диффузии соли в прудах, разбавленную соленую воду на поверхности прудов необходимо заменить пресной водой и добавить соль в нижний слой.

Эффективность солнечных водоемов по преобразованию солнечной радиации в тепло оценивается примерно как 1: 4 (то есть 1 кВтч входной мощности обеспечивает 4 кВтч выходной мощности), исходя из 30-летнего срока службы солнечного пруда (таблица 2). . Электроэнергия, производимая солнечным прудом на 100 га (1 км 2 ), стоит примерно 0,15 доллара за кВтч (Kishore 1993).

Некоторые опасности связаны с солнечными прудами, но большинства можно избежать при тщательном обращении. Важно использовать пластиковые вкладыши, чтобы сделать пруд герметичным и предотвратить загрязнение прилегающей почвы и грунтовых вод солями.Ухудшение качества почвы, вызванное хлоридом натрия, можно избежать, используя удобрение на основе соли аммония (Hull 1986). Рыхущих животных нужно держать подальше от прудов с помощью заглубленных скрижалей (Dickson and Yates 1983).

Параболические желоба.

Другой гелиотермической технологией, которая концентрирует солнечное излучение для крупномасштабного производства энергии, является параболический желоб. Параболический желоб, имеющий форму нижней половины большой водосточной трубы, отражает солнечный свет в центральную приемную трубу, которая проходит над ним.Вода под давлением и другие жидкости нагреваются в трубке и используются для выработки пара, который может приводить в действие турбогенераторы для производства электроэнергии или обеспечивать тепловую энергию для промышленности.

Параболические желоба, которые вышли на коммерческий рынок, обладают потенциалом для эффективного производства электроэнергии, поскольку они могут обеспечивать высокие температуры на входе в турбину (Winter et al. 1991). Предполагая максимальную эффективность и благоприятные условия солнечного света, требования к земле для технологии центрального приемника составляют примерно 1100 га на 1 миллиард кВтч в год (таблица 2).Соотношение ввода-вывода энергии рассчитано как 1: 5 (таблица 2). По оценкам, солнечные тепловые приемники вырабатывают электроэнергию по цене приблизительно от 0,07 до 0,09 доллара за кВтч (DOE / EREN 2001).

Потенциальное воздействие солнечных тепловых приемников на окружающую среду включает случайный или аварийный выброс токсичных химикатов, используемых в системе теплопередачи (Baechler and Lee 1991). Нехватка воды также может быть проблемой в засушливых регионах.

Фотоэлектрические системы

Фотоэлементы потенциально могут обеспечить значительную часть будущей электроэнергии США и мира (Gregory et al.1997). Фотоэлектрические элементы производят электричество, когда солнечный свет возбуждает в них электроны. Наиболее перспективными с точки зрения стоимости, массового производства и относительно высокого КПД являются фотоэлементы, изготовленные с использованием кремния. Поскольку размер блока является гибким и адаптируемым, фотоэлектрические элементы можно использовать в домах, на промышленных предприятиях и в коммунальных службах.

Однако фотоэлектрические элементы нуждаются в усовершенствованиях, чтобы сделать их экономически конкурентоспособными, прежде чем их использование станет широко распространенным. Испытательные элементы достигли эффективности в диапазоне от 20% до 25% (Sorensen 2000), но необходимо увеличить срок службы фотоэлектрических элементов и снизить производственные затраты в несколько раз, чтобы сделать их использование экономически целесообразным.

Производство электроэнергии из фотоэлементов в настоящее время стоит от 0,12 до 0,20 доллара за кВтч (DOE 2000). Используя серийно производимые фотоэлектрические элементы с КПД около 18%, можно производить 1 миллиард кВтч электроэнергии в год примерно на 2800 га земли, что достаточно для удовлетворения потребностей в электроэнергии 100 000 человек (таблица 2; DOE 2001). Размещение фотоэлементов на крышах домов, промышленных предприятий и других зданий снизит потребность в дополнительной земле примерно на 20% и снизит затраты на передачу электроэнергии.Однако, поскольку системы хранения, такие как батареи, не могут хранить энергию в течение продолжительных периодов времени, для фотогальваники требуются обычные системы резервного копирования.

Подсчитано, что затраты энергии на изготовление конструкционных материалов фотоэлектрической системы, способной обеспечить выработку 1 миллиарда кВтч в течение 30 лет, составляют примерно 143 миллиона кВтч. Таким образом, соотношение ввода-вывода энергии для модулей составляет примерно 1: 7 (таблица 2; Knapp and Jester 2000).

Основной экологической проблемой, связанной с фотоэлектрическими системами, является использование токсичных химикатов, таких как сульфид кадмия и арсенид галлия, при их производстве (Bradley 1997).Поскольку эти химические вещества очень токсичны и сохраняются в окружающей среде на протяжении веков, утилизация и переработка материалов в неработающих ячейках может стать серьезной проблемой.

Водород и топливные элементы

Используя солнечные электрические технологии для его производства, газообразный водород, полученный путем электролиза воды, может служить возобновляемым топливом для энергии транспортных средств и выработки электроэнергии. Кроме того, водород можно использовать в качестве системы хранения энергии для различных электрических технологий солнечной энергии (Winter and Nitsch 1988, MacKenzie 1994).

Материальные и энергетические затраты для установки по производству водорода — это в первую очередь те, которые необходимы для строительства и эксплуатации установки по производству солнечной электроэнергии, такой как фотоэлектрическая и гидроэнергетика. Энергия, необходимая для производства 1 миллиарда кВтч водорода, составляет 1,4 миллиарда кВтч электроэнергии (Ogden and Nitsch 1993, Kreutz and Ogden 2000). Для фотоэлектрических элементов (таблица 2) в настоящее время требуется 2800 га на 1 миллиард кВтч; Таким образом, для производства водородного топлива, эквивалентного 1 миллиарду кВтч, потребуется в общей сложности 3920 га.Вода, необходимая для электролитического производства 1 миллиарда киловатт-часов в год, эквивалентного водороду, составляет примерно 300 миллионов литров в год (Voigt 1984). В расчете на душу населения это составляет 3000 литров воды в год. Сжижение водорода требует значительных затрат энергии, потому что водород необходимо охлаждать примерно до -253 ° C и повышать давление. Около 30% водородной энергии требуется для процесса сжижения (Peschka 1992, Trainer 1995).

Жидкое водородное топливо занимает примерно в три раза больше энергетического эквивалента бензина.Для хранения 25 кг бензина требуется бак весом 17 кг, тогда как для хранения 9,5 кг водорода требуется бак весом 55 кг (Peschka 1987, 1992). Хотя резервуар для хранения водорода большой, водород горит в 1,33 раза эффективнее, чем бензин в автомобилях (Bockris and Wass 1988). В ходе испытаний автомобиль на жидком водороде Plymouth с баком весом около 90 кг и 144 литрами жидкого водорода имел запас хода 480 км при топливной эффективности 3,3 км на литр (MacKenzie 1994).Однако даже с учетом его большей топливной эффективности коммерческий водород в настоящее время дороже бензина. Примерно 3,7 кг бензина продается примерно за 1,20 доллара, в то время как 1 кг жидкого водорода с таким же эквивалентом энергии продается примерно за 2,70 доллара (Ecoglobe 2001).

Топливные элементы, использующие водород, представляют собой экологически чистый, бесшумный и эффективный метод производства электроэнергии и тепла из природного газа и других видов топлива. Топливные элементы — это электрохимические устройства, похожие на аккумуляторные батареи, которые используют энергию химического синтеза воды для производства электроэнергии.Топливный элемент позволяет сжигать водород с помощью кислорода, улавливая высвобождаемую электрическую энергию (Larminie and Dicks 2000). Накопленный водород подается в устройство топливных элементов вместе с кислородом из атмосферы, производя эффективную электрическую энергию (Larminie and Dicks 2000). Преобразование водорода в постоянный ток (DC) с использованием топливного элемента составляет около 40%.

Основные затраты на топливные элементы — это электролиты, катализаторы и хранение. Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (PAFC) и топливные элементы с протонообменной мембраной (PEM) являются наиболее широко используемыми и наиболее эффективными.PAFC имеют КПД от 40% до 45% по сравнению с КПД дизельного двигателя от 36% до 39%. Однако PAFC сложны и имеют высокую стоимость, поскольку работают при температурах от 50 до 100 ° C (DOE 1999). Двигатель PEM на топливных элементах стоит 500 долларов за кВт, по сравнению с 50 долларами за кВт для бензинового двигателя (DOE 1999), что приводит к общей цене около 100 000 долларов за автомобиль, работающий на топливных элементах (Ogden and Nitsch 1993). Эти цены относятся к специально созданным автомобилям, и их стоимость должна снизиться, поскольку они производятся серийно.В США существует высокий спрос на автомобили, оборудованные топливными элементами (Larminie and Dicks 2000).

Водород представляет собой серьезную опасность взрыва, поскольку его трудно удержать в стальных резервуарах. Смешивание с кислородом может привести к сильному пламени, потому что водород горит быстрее, чем бензин и дизельное топливо (Peschka 1992). Другие воздействия на окружающую среду связаны с солнечными электрическими технологиями, используемыми при производстве водорода. Вода для производства водорода может быть проблемой в засушливых регионах США и мира.

Пассивное отопление и охлаждение зданий

Примерно 20% (5,5 кВтч × 10 12 [19 квадратов]) ископаемой энергии, используемой каждый год в Соединенных Штатах, используется для отопления и охлаждения зданий и для нагрева горячей воды ( USBC 2001). В настоящее время только около 0,3 квадрата энергии экономится за счет технологий, использующих пассивное и активное солнечное отопление и охлаждение зданий (таблица 3), что означает, что потенциал экономии энергии за счет повышения энергоэффективности и использования солнечных технологий в зданиях потрясающе.По оценкам, количество энергии, теряемой через плохо изолированные окна и двери, составляет приблизительно 1,1 × 10 12 кВтч (3,8 квадратов) ежегодно — это приблизительный энергетический эквивалент всей нефти, перекачиваемой на Аляске в год (EETD 2001).

Как новые, так и старые дома могут быть оборудованы системами солнечного отопления и охлаждения. Установка пассивных солнечных систем в новых домах обходится дешевле, чем модернизация существующих домов. Исходя из стоимости строительства и количества сэкономленной энергии, измеряемой с точки зрения снижения затрат на отопление и охлаждение за 10 лет, расчетная прибыль от пассивного солнечного отопления и охлаждения составляет от 0 долларов США.02 до 0,10 доллара за кВтч (Balcomb, 1992).

Улучшения в пассивной солнечной технологии делают ее более эффективной и менее дорогой, чем в прошлом (Bilgen 2000). Текущие исследования в области дизайна окон сосредоточены на разработке «суперокон» с высокими изоляционными качествами и «умных» или электрохромных окон, которые могут реагировать на электрический ток, температуру или солнечный свет, чтобы контролировать поступление световой энергии (Roos and Karlsson 1994, DOE 2000 ).

Хотя ни одна из технологий пассивного отопления и охлаждения не требует земли, они не без проблем.Могут возникнуть некоторые косвенные проблемы с землепользованием, касающиеся таких вопросов, как вырубка деревьев, затенение и права на солнце (Simpson and McPherson 1998). Ослепление от коллектора и остекление может создать опасность для водителей автомобилей и пилотов авиакомпаний. Кроме того, когда дома спроектированы так, чтобы быть чрезвычайно энергоэффективными и герметичными, качество воздуха в помещении становится проблемой из-за загрязнителей воздуха в помещении. Однако грамотно спроектированные системы вентиляции с теплообменниками могут решить эту проблему.

Геотермальные системы

Геотермальная энергия использует естественное тепло, присутствующее в недрах Земли.Примеры — гейзеры и горячие источники, например, в национальном парке Йеллоустоун в США. Источники геотермальной энергии делятся на три категории: гидротермальные, геотермальные геотермальные и горячая сухая порода. Гидротермальная система — самая простая и наиболее часто используемая для производства электроэнергии. Кипящая жидкость под землей утилизируется через скважины, приводы высокого внутреннего давления или насосы. В Соединенных Штатах почти 3000 МВт установленной электроэнергии производится за счет гидротермальных ресурсов, и, по прогнозам, эта цифра увеличится на 1500 МВт в течение следующих 20 лет (DOE / EIA 1991, 2001).

Большинство геотермальных площадок для производства электроэнергии расположены в Калифорнии, Неваде и Юте (DOE / EIA 1991). Затраты на производство электроэнергии для геотермальных электростанций на Западе колеблются от 0,06 до 0,30 доллара за кВтч (Gawlik and Kutscher 2000), что позволяет предположить, что эта технология предлагает потенциал для экономичного производства электроэнергии. Министерство энергетики США и Управление энергетической информации (DOE / EIA 1991, 2001) прогнозируют, что производство геотермальной электроэнергии может вырасти в три-четыре раза в течение следующих 20-40 лет.Однако другие исследования не столь оптимистичны и, фактически, предполагают, что геотермальные энергетические системы не являются возобновляемыми, поскольку их источники имеют тенденцию к сокращению в течение 40–100 лет (Bradley 1997, Youngquist 1997, Cassedy 2000). Существующие возможности бурения геотермальных ресурсов ограничены несколькими участками в Соединенных Штатах и ​​во всем мире (Youngquist 1997).

Потенциальные экологические проблемы, связанные с геотермальной энергией, включают нехватку воды, загрязнение воздуха, сброс сточных вод, осадки и шум (DOE / EIA 1991).Отходы, образующиеся в иле, включают токсичные металлы, такие как мышьяк, бор, свинец, ртуть, радон и ванадий (DOE / EIA 1991). Нехватка воды является серьезным ограничением в некоторых регионах (OECD 1998). Геотермальные системы производят сероводород, потенциальный загрязнитель воздуха; однако этот продукт можно переработать и изъять для использования в промышленности (Bradley 1997). В целом, экологические издержки геотермальной энергии кажутся минимальными по сравнению с системами ископаемого топлива.

Биогаз

Влажные материалы биомассы могут быть эффективно преобразованы в полезную энергию с помощью анаэробных микробов.В Соединенных Штатах навоз домашнего скота обычно подается под действием силы тяжести или периодически перекачивается через варочный котел с поршневым потоком, который представляет собой длинную изолированную яму с футеровкой в ​​земле. Бактерии расщепляют летучие твердые частицы навоза и превращают их в метан (65%) и диоксид углерода (35%) (Pimentel 2001). Гибкий лайнер натягивается на яму и собирает биогаз, надуваясь, как воздушный шар. Биогаз можно использовать для обогрева варочного котла, для обогрева сельскохозяйственных зданий или для производства электроэнергии. Большое предприятие, способное перерабатывать помет от 500 коров, стоит почти 300 000 долларов (EPA 2000).По оценкам Агентства по охране окружающей среды (EPA 2000), в США можно было бы экономично установить более 2000 метантенков.

Количество производимого биогаза определяется температурой системы, присутствующими микробами, содержанием летучих твердых веществ в сырье и временем удерживания. Варочный котел с поршневым потоком со средним временем удерживания навоза около 16 дней в зимних условиях (-17,4 ° C) производил 452000 ккал в день и потреблял 262000 ккал в день для нагрева варочного котла до 35 ° C (Jewell et al.1980). При использовании того же варочного котла в летних условиях (15,6 ° C), но при сокращении времени выдержки до 10,4 дней выход биогаза составил 524 000 ккал в день, из которых 157 000 ккал в день использовались для нагрева варочного котла (Jewell et al. 1980). Соотношение энергозатрат для варочного котла в этих зимних и летних условиях составляло 1: 1,7 и 1: 3,3 соответственно. Выработка энергии биогазовыми метантенками мало изменилась за последние два десятилетия (Sommer and Husted 1995, Hartman et al. 2000).

В развивающихся странах, таких как Индия, биогазовые установки обычно обрабатывают навоз от 15 до 30 голов крупного рогатого скота из одной семьи или небольшой деревни.Получаемая в результате энергия, производимая для приготовления пищи, спасает леса и сохраняет питательные вещества в навозе. Капитальные затраты на индийскую биогазовую установку колеблются от 500 до 900 долларов (Kishore 1993). Стоимость одного кВтч биогаза в Индии составляет около 0,06 доллара США (Dutta et al. 1997). Общая стоимость производства около 10 миллионов ккал биогаза оценивается в 321 доллар, исходя из затрат на рабочую силу в 7 долларов в час; следовательно, биогаз стоит 356 долларов. Навоз, перерабатываемый для получения биогаза, имеет слабый запах и сохраняет свою ценность удобрения (Pimentel 2001).

Биотопливо: этанол, метанол и растительное масло

Нефть, необходимая для транспортного сектора и химической промышленности, составляет примерно 40% от общего потребления энергии в США. Очевидно, что по мере сокращения предложения потребуется переход от нефти к альтернативным жидким видам топлива. Этот анализ фокусируется на потенциале трех видов топлива: этанола, метанола и растительного масла. Эти виды топлива, сжигаемые в двигателях внутреннего сгорания, выделяют меньше оксида углерода и диоксида серы, чем бензин и дизельное топливо; однако, поскольку для производства большей части этого биотоплива требуется больше ископаемой энергии, чем для производства биотоплива, они вносят свой вклад в загрязнение воздуха и глобальное потепление (Pimentel 2001).

Производство этанола в Соединенных Штатах с использованием кукурузы в значительной степени субсидируется за счет государственных налогов (Pimentel 2001). Однако многочисленные исследования показали, что производство этанола не повышает энергетическую безопасность, не является возобновляемым источником энергии, не является экономичным топливом и не обеспечивает чистый воздух. Кроме того, для его производства используются земли, пригодные для выращивания сельскохозяйственных культур (Weisz and Marshall 1980, Pimentel 1991, Youngquist 1997, Pimentel 2001). Этанол, произведенный с использованием сахарного тростника, более энергоэффективен, чем полученный с использованием кукурузы; однако для производства литра этанола по-прежнему требуется больше ископаемой энергии, чем для выработки энергии в этаноле (Pimentel et al.1988).

Общее количество потребляемой энергии для производства 1000 литров этанола на большом заводе составляет 8,7 миллиона ккал (Pimentel 2001). Однако 1000 литров этанола имеют энергетическую ценность всего 5,1 миллиона ккал и представляют собой чистую потерю энергии в размере 3,6 миллиона ккал на 1000 литров произведенного этанола. Другими словами, для производства этанола требуется примерно на 70% больше энергии, чем энергии, содержащейся в этаноле (Pimentel 2001).

Метанол можно производить в реакторе газогенератора-пиролиза с использованием биомассы в качестве сырья (Hos and Groenveld 1987, Jenkins 1999).Выход из 1 т сухой древесины составляет около 370 литров метанола (Ellington et al. 1993, Osburn and Osburn 2001). Для того, чтобы предприятие с эффектом масштаба работало эффективно, потребовалось бы более 1,5 млн га устойчивых лесов для его снабжения (Pimentel 2001). Биомасса, как правило, недоступна в таких огромных количествах, даже из обширных лесов, по приемлемым ценам. Сегодня большая часть метанола производится из природного газа.

Переработанные растительные масла из подсолнечника, сои, рапса и других масличных культур могут использоваться в качестве топлива в дизельных двигателях.К сожалению, производство растительных масел для использования в дизельных двигателях требует больших затрат времени и энергии (Pimentel 2001).

Переход к альтернативам возобновляемой энергии

Несмотря на экологические и экономические преимущества возобновляемых источников энергии, переход к широкомасштабному использованию этой энергии представляет некоторые трудности. Технологии возобновляемых источников энергии, все из которых требуют земли для сбора и производства, должны конкурировать с сельским хозяйством, лесным хозяйством и урбанизацией за землю в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.Соединенные Штаты уже выделяют на производство продуктов питания как можно больше лучших пахотных земель на душу населения, учитывая размер населения США, и в мире имеется только половина пахотных земель на душу населения, необходимых для разнообразного питания и достаточного количества основных питательных веществ. (USBC 2001, USDA 2001). Фактически, более 3 миллиардов человек в мире уже страдают от недоедания (ВОЗ, 1996, 2000). Согласно некоторым источникам, население мира и США может удвоиться в следующие 50 и 70 лет соответственно; все доступные пахотные и лесные земли потребуются для обеспечения жизненно важными продуктами питания и лесными продуктами (PRB 2001).

Поскольку растущее население США и мира требует увеличения количества электроэнергии и жидкого топлива, такие ограничения, как наличие земли и высокие инвестиционные затраты, будут ограничивать потенциальное развитие технологий возобновляемых источников энергии. Прогнозируется, что потребление энергии на основе текущего роста увеличится с текущего потребления почти 100 квадроциклов до примерно 145 квадроциклов к 2050 году (USBC 2001). Доступность земли также является проблемой: население США увеличивается примерно на 3,3 миллиона человек каждый год (USBC 2001).Каждому добавленному человеку требуется около 0,4 га (1 акр) земли для урбанизации и автомагистралей и около 0,5 га пахотных земель (Вестерби и Крупа, 2001).

Системы возобновляемой энергии требуют больше труда, чем системы, работающие на ископаемом топливе. Например, для паровых электростанций, работающих на дровах, требуется в несколько раз больше рабочих, чем для электростанций, работающих на угле (Pimentel et al. 1988, Giampietro et al. 1998).

Дополнительным осложнением при переходе на возобновляемые источники энергии является взаимосвязь между расположением идеальных производственных площадок и крупных населенных пунктов.Идеальные места для технологий использования возобновляемых источников энергии часто находятся в удалении, например, в пустынях на юго-западе Америки или в ветряных электростанциях, расположенных в километрах от берега. Хотя эти объекты обеспечивают наиболее эффективное производство энергии, доставка этой энергии потребителям представляет собой логистическую проблему. Например, необходимо установить распределительные кабели стоимостью около 179 000 долларов за километр 115-киловольтных линий (DOE / EIA 2002). Потеря мощности в процентах зависит от электрического сопротивления в распределительном кабеле.В Северной Америке существует пять сложных электрических сетей переменного тока, четыре из которых связаны линиями постоянного тока (Casazz 1996). На основе этих сетей предполагается, что электроэнергия может передаваться на расстояние до 1500 км.

Шестикратное увеличение установленных технологий обеспечит США примерно 13,1 × 10 12 (тепловых) кВтч (45 квадратов) энергии, что составляет менее половины текущего потребления в США (таблица 1). Для этого уровня производства энергии потребуется около 159 миллионов га земли (17% территории США).Этот процент является приблизительным и может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, как развиваются технологии и поощряется энергосбережение.

Во всем мире около 408 квадроциклов всех видов энергии используется населением более 6 миллиардов человек (таблица 1). Используя доступные технологии использования возобновляемых источников энергии, по оценкам, во всем мире можно будет производить около 200 квадратов возобновляемой энергии примерно на 20% площади земного шара. Самоподдерживающаяся система возобновляемых источников энергии, производящая 200 квадратов энергии в год для примерно 2 миллиардов человек, будет обеспечивать каждого человека примерно 5000 литров нефтяного эквивалента в год — примерно половину текущего потребления Америки в год, но это увеличение для большинства людей. мир (Pimentel et al.1999).

Первым приоритетом энергетической программы США должно быть сохранение ресурсов ископаемого топлива отдельными лицами, сообществами и промышленностью за счет использования возобновляемых ресурсов и сокращения потребления. Другие развитые страны доказали, что высокая производительность и высокий уровень жизни могут быть достигнуты с использованием половины энергетических затрат Соединенных Штатов (Pimentel et al. 1999). В Соединенных Штатах необходимо отменить субсидии на ископаемое топливо в размере примерно 40 миллиардов долларов в год, а сэкономленные средства инвестировать в исследования и образование в области возобновляемых источников энергии, чтобы стимулировать разработку и внедрение возобновляемых технологий.Если Соединенные Штаты станут лидером в разработке технологий возобновляемых источников энергии, они, вероятно, захватят мировой рынок этой отрасли (Shute 2001).

Заключение

Эта оценка технологий использования возобновляемых источников энергии подтверждает, что эти методы могут предоставить стране альтернативы для удовлетворения примерно половины будущих потребностей США в энергии. Для развития этого потенциала Соединенным Штатам придется взять на себя обязательства по разработке и внедрению технологий, не связанных с ископаемым топливом, и энергосбережению.Внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии уменьшит многие из текущих экологических проблем, связанных с производством и использованием ископаемого топлива.

Непосредственным приоритетом США должно стать ускорение перехода от использования невозобновляемых ископаемых энергоресурсов к использованию технологий возобновляемых источников энергии. Следует разработать различные комбинации технологий использования возобновляемых источников энергии в соответствии с характеристиками различных географических регионов США.Комбинация возобновляемых технологий, перечисленных в таблице 3, должна обеспечить Соединенные Штаты примерно 45 квадратами возобновляемой энергии к 2050 году. Эти технологии должны быть в состоянии обеспечить такое количество энергии, не мешая необходимому производству продуктов питания и леса.

Если Соединенные Штаты не возьмут на себя обязательства по переходу от ископаемых к возобновляемым источникам энергии в течение следующих десяти или двух лет, экономика и национальная безопасность окажутся под угрозой. Чрезвычайно важно, чтобы жители США работали вместе для сохранения энергии, земли, воды и биологических ресурсов.Чтобы обеспечить разумный уровень жизни в будущем, должен существовать справедливый баланс между плотностью населения и использованием энергии, земли, воды и биологических ресурсов.

Благодарности

Мы благодарим следующих людей за чтение более раннего черновика этой статьи и за их многочисленные полезные предложения: Луи Олбрайт, Корнельский университет, Итака, Нью-Йорк; Аллен Бартлетт, Университет Колорадо, Боулдер, Колорадо; Ричард С. Дункан, Институт энергетики и человека, Сиэтл, Вашингтон; Эндрю Р.Б. Фергюсон, Optimum Population Trust, Oxon, Соединенное Королевство; Тиллман Гернгросс, Дартмутский колледж, Ганновер, Нью-Хэмпшир; О. Дж. Лугид, Иркутск, Сибирь; Норман Майерс, Оксфордский университет, Соединенное Королевство; Марсия Пиментель, Корнельский университет, Итака, Нью-Йорк; Нэнси Рейдер, Калифорнийская ассоциация ветроэнергетики; Курт Роос, Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия; Франк Розель-Калле, Королевский колледж, Лондон; Питер Салониус, Канадская лесная служба, Фредериктон, Нью-Брансуик, Канада; Джек Сёрлок, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси; Генри Стоун, Иония, штат Нью-Йорк; Тед Трейнер, Университет Нового Южного Уэльса, Австралия; Мохан К.Вали, Государственный университет Огайо, Колумбус, Огайо; Пол Б. Вайс, Государственный колледж, Пенсильвания; Уильям Джуэлл, Корнельский университет, Итака, Нью-Йорк; Уолтер Янгквист, Юджин, штат Орегон.

Цитированная литература

1

.

1986

. Мутагенные и канцерогенные соединения, образующиеся при производстве энергии. Осло (Норвегия): Центр промышленного развития.2

[API] Американский институт нефти

.

1999

. Справочник основных данных по нефти. Вашингтон (округ Колумбия): API.5

.

1991

. Последствия оценки внешних воздействий на окружающую среду для солнечных тепловых электростанций. Страницы.

151

158

. in Mancini TR, Watanabe K, Klett DE, eds. Солнечная инженерия, 1991. Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков. 6

.

1992

.Вступление. Страницы.

1

37

. в Balcomb JD, ed. Пассивные солнечные здания. Кембридж (Массачусетс): MIT Press.7

.

2000

. Пассивные солнечные массивные стеновые системы с ребрами, прикрепленными к обогреваемой стене и без остекления.

Журнал солнечной энергетики

.

122

:

30

34

,8

.

1992

. Хранение и накопление углерода в лесных экосистемах США.Вашингтон (округ Колумбия): Лесная служба Министерства сельского хозяйства США 9

.

1988

. О реальной экономике массового производства водорода в 2010 году нашей эры. Страницы.

101

151

. в Везироглу Т.Н., Проценко А.Н., ред. Прогресс водородной энергетики VII. Нью-Йорк: Pergamon Press 10

[BP] Бритиш Петролеум

.

2001

. Британский нефтяной статистический обзор мировой энергетики.Лондон: Служба корпоративных коммуникаций Бритиш Петролеум 11

.

1997

. Возобновляемая энергия: не дешевая, не «зеленая». Вашингтон (округ Колумбия): Институт Катона, 12

.

1993

. Распространение, экология и состояние рыб водосбора реки Сан-Хоакин, Калифорния.

Калифорния, рыба и дичь

.

79

:

96

114

.

13

.

1996

. Доступ к трансмиссии и розничная торговля: ключевые вопросы. Страницы.

77

102

. в Einhorn M, Siddiqui R, eds. Цены и технологии передачи электроэнергии. Бостон: Kluwer Academic.14

.

2000

. Перспективы устойчивой энергетики. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета, 15

.

2000

. Энергия ветра превращается в раздор.

Энергетика

.

104

:

14

18

.

16

.

1991

. Прогресс и потенциал ветроэнергетики.

Энергетическая политика

.

19

:

742

755

,17

.

1983

. Исследование воздействия на окружающую среду солнечных водоемов с градиентом соли в бассейне Красной реки в Техасе.Дентон: Университет штата Северный Техас, 18

[DOE] Министерство энергетики США

.

1999

. Топливные элементы для 21 века: сотрудничество для скачка в эффективности и сокращении затрат. Вашингтон (округ Колумбия): DOE.21

[DOE / EIA] Департамент энергетики США — Управление информации по энергетике

.

1991

. Геотермальная энергия в западных Соединенных Штатах и ​​на Гавайях: ресурсы и прогнозируемые поставки электроэнергии.Вашингтон (округ Колумбия): DOE / EIA.22

[DOE / EIA] Департамент энергетики США — Управление информации по энергетике

.

2001

. Ежегодный энергетический прогноз с прогнозами до 2020 г. Вашингтон (округ Колумбия): DOE / EIA.23

[DOE / EIA] Департамент энергетики США — Управление информации по энергетике

.

2002

. Ежегодный энергетический прогноз с прогнозами до 2020 года. Вашингтон (округ Колумбия): Министерство энергетики / EIA.24

[DOE / EREN] Министерство энергетики США — энергоэффективность и сеть возобновляемых источников энергии

.

2001

. Солнечные параболические желоба: концентрация солнечной энергии. (28 февраля 2001 г .; www.eren.doe.gov/csp/faqs.html ) 26

.

2001

. Мировое производство энергии, рост населения и дорога в Олдувайское ущелье.

Население и окружающая среда

.

22

:

503

522

,27

.

1997

. Биогаз: опыт индийских НПО. Дели (Индия): Институт энергетических исследований Тата 29

[EETD] Отдел экологических энергетических технологий — Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

.

2001

. Энергосбережение дома. (20 октября 2002 г .; http: // hes.lbl.gov ) .30

.

1993

. Чистое воздействие на тепличное нагревание метанола, произведенного из биомассы.

Биомасса и биоэнергетика

.

4

:

405

418

.31

[EPA] Агентство по охране окружающей среды США

.

2000

. Дайджест AgSTAR. Вашингтон (округ Колумбия): EPA.33

[FERC] Федеральная комиссия по регулированию энергетики

.

1984

. Гидроэнергетические ресурсы США. Вашингтон (округ Колумбия): FERC.34

.

2001

. Биомасса и энергия. Манчестер (Соединенное Королевство): Optimum Population Trust 35

.

1996

. Оффшорная ветроэнергетика в мировом контексте.

Возобновляемая энергия

.

9

:

899

904

,36

.

2000

. Исследование возможностей малых геотермальных электростанций на западе США. Голден (Колорадо): Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии 37

.

1998

. Возможность крупномасштабного производства биотоплива.

Бионаука

.

47

:

587

600

,38

.

2000

. Вода: возможные последствия изменчивости и изменения климата. Окленд (Калифорния): Тихоокеанский институт исследований в области развития, окружающей среды и безопасности.39

.

1991

. Качество воздуха. Челси (Мичиган): Lewis Publishers, 40

.

1997

. Финансирование проектов в области возобновляемых источников энергии: Руководство для разработчиков.Лондон: Публикации по промежуточным технологиям. 41

.

1992

. Биомасса. Вашингтон (округ Колумбия): Всемирный банк 42

.

2000

. Увеличение анаэробной деградации твердых частиц органического вещества в полноразмерных биогазовых установках путем механической мацерации.

Водные науки и технологии

.

41

:

145

153

.43

.

1987

. Газификация биомассы. Страницы.

237

255

. в зале DO, Overend RP, ред. Биомасса. Чичестер (Великобритания): John Wiley and Sons.44

.

1986

. Солнечные водоемы с использованием солей аммония.

Солнечная энергия

.

36

:

551

558

,45

[ICLD] Международная комиссия по большим плотинам

.

1988

. Всемирный реестр плотин. Париж: ICLD.46

[IEA] Международное энергетическое агентство

.

1987

. Возобновляемые источники энергии. Париж: IEA.47

.

1999

. Пиролизный газ. Страницы.

222

248

. в Kitani O, Jungbluth T, Peart RM, Ramdani A, eds. CIGAR Справочник по сельскохозяйственной инженерии. Сент-Джозеф (Мичиган): Американское общество сельскохозяйственной инженерии.48

.

1980

. Анаэробная ферментация сельскохозяйственных остатков: потенциал для улучшения и внедрения. Вашингтон (округ Колумбия): Министерство энергетики США 49

.

1990

. Влияние развития ветроэнергетики на окружающую среду.

Обзор градостроительства

.

91

:

139

154

.50

.

2000

. Птичья смертность и коммуникационные башни: обзор новейшей литературы, исследований и методологии. Вашингтон (округ Колумбия): Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США, Управление по управлению мигрирующими птицами.51

.

1993

. Экономика создания солнечных водоемов. Страницы.

53

68

. в Кишоре ВВН. Использование возобновляемых источников энергии: масштабы, экономика и перспективы.Нью-Дели (Индия): Институт энергетических исследований Тата 52

.

1999

. Ресурсы биомассы. Страницы.

6

11

. в Kitani O, Jungbluth T, Peart RM, Ramdami A, eds. Энергетика и биомасса. Сент-Джозеф (Мичиган): Американское общество инженеров сельского хозяйства. 53

.

2000

. Эмпирический взгляд на время окупаемости фотоэлектрических модулей.Конференция Американского общества солнечной энергии Solar 2000; 16–21 июня 2000 г .; Мэдисон, Висконсин. (8 ноября 2002 г .; www.ecotopia.com/apollo2/knapp/pvepbtpaper.pdf ) 54

.

2000

. Оценка водородных топливных элементов с протонообменной мембраной для распределенной генерации и когенерации. Материалы 2000 г. Обзор водородной программы Министерства энергетики США; Вашингтон. NREL / CP-570-28890.55

.

2000

. Объяснение систем топливных элементов. Чичестер (Великобритания): Джон Уайли и сыновья 56

.

1995

. Экологические эффекты плотин ниже по течению: геоморфологическая перспектива.

Бионаука

.

45

:

183

192

.57

.

1994

. Ключи к автомобилю: электромобили и водородные автомобили 21 века.Вашингтон (округ Колумбия): Институт мировых ресурсов 58

.

1996

. Ветроэнергетика и ветряные турбины. Каньон (Техас): Институт альтернативной энергии 59

.

2000

. Изменения прибрежных экосистем, вызванные зарегулированием рек.

Бионаука

.

50

:

783

792

.61

[OECD] Организация экономического сотрудничества и развития

.

1998

. Воздействие возобновляемых источников энергии на окружающую среду. Париж: OCED.62

.

1993

. Солнечный водород. Страницы.

925

1010

. in Johansson TB, Kelly H, Reddy AKN, Williams RH, ред. Возобновляемые источники энергии: источники топлива и электроэнергии. Вашингтон (округ Колумбия): Island Press, 64

.

1987

. Состояние технологий обращения и хранения жидкого водорода в автомобилях.

Международный журнал водородной энергетики

.

12

:

753

764

0,65

.

1992

. Жидкий водород: топливо будущего. Нью-Йорк: Springer Verlag.66

.

1991

. Топливо на основе этанола: энергетическая безопасность, экономика и окружающая среда.

Журнал сельскохозяйственной и экологической этики

.

4

:

1

13

.67

.

2001

. Ограничения энергии биомассы. Страницы.

159

171

. Энциклопедии физических наук и технологий. Сан-Диего: Academic Press, 68

.

1988

. Продовольствие по сравнению с топливом из биомассы: социально-экономические и экологические последствия в США, Бразилии, Индии и Кении.

Продвинутые исследования пищевых продуктов

.

32

:

185

238

0,69

.

1994

. Возобновляемая энергия: экономические и экологические проблемы.

Бионаука

.

44

:

536

547

,70

.

1999

. Будет ли ограниченность ресурсов Земли контролировать человеческое население ?.

Окружающая среда, развитие и устойчивость

.

1

:

19

39

,71

[PRB] Справочное бюро по народонаселению

.

2001

. Таблица данных о населении мира. Вашингтон (округ Колумбия): PRB.72

.

1997

.Энергия после Рио: перспективы и вызовы. Нью-Йорк: Программа развития Организации Объединенных Наций.73

.

1992

. Учет экологических активов.

Научный американский

.

263

:

94

100

,74

.

1994

. Оптические и тепловые характеристики стеклопакетов с низким коэффициентом теплопередачи.

Солнечная энергия

.

52

:

315

325

,75

.

2000

. Адаптация: чувствительность к естественной изменчивости, предположениям агентов и динамическим климатическим изменениям.

Изменение климата

.

45

:

203

221

,76

.

2001

. Новый анализ показывает, что Америка находится на грани энергетического кризиса.Пресс-релиз сенатора Чарльза Э. Шумера. 26 апреля 2001 г. 77

.

2001

. Погода: глобальное потепление может вызвать засухи, болезни и политические потрясения. US News & World Report, 11 ноября 2001 г., стр.

44

52

,78

.

1998

. Моделирование воздействия тени деревьев на использование энергии в жилищах для кондиционирования помещений в Сакраменто.

Атмосферная среда

.

32

:

69

74

,79

.

1994

. Энергия в мировой истории. Боулдер (Колорадо): Westview Press.80

.

1991

. Ветровая и солнечная энергия: затраты и ценность. Страницы.

29

32

. in Berg DE, Veers PS, eds. 10-й ежегодный симпозиум по ветроэнергетике Американского общества инженеров-механиков; 20–23 января 1991 г .; Хьюстон, Техас.81

.

1995

. Система химического буфера в сыром и сброженном навозе животных.

Журнал сельскохозяйственных наук

.

124

:

45

53

,82

.

2000

. Возобновляемая энергия: ее физика, инженерия, использование, воздействие на окружающую среду, экономика и аспекты планирования. Сан-Диего: Academic Press. 83

.

1990

. Солнечная прудовая электростанция (СЭС) в Бейт-Хаарва мощностью 5 МВт (эл.): Отчет о ходе работ.

Солнечная энергия

.

45

:

247

253

.84

.

1995

. Могут ли возобновляемые источники энергии поддерживать процветающее общество ?.

Энергетическая политика

.

23

:

1009

1026

,85

[USBC] Бюро переписи населения США

.

2001

. Статистический сборник США.

1999

. Вашингтон (округ Колумбия): USBC.86

[USDA] Министерство сельского хозяйства США

.

2001

. Статистика сельского хозяйства. Вашингтон (округ Колумбия): USDA.87

.

2001

. Основные виды использования земли в Соединенных Штатах, 1997 г. Вашингтон (округ Колумбия): Отдел экономики ресурсов, Служба экономических исследований, Министерство сельского хозяйства США.Статистический бюллетень № 973. (20 октября 2002 г .; www.ers.usda.gov/publications/sb973/ ) .88

.

1984

. Материальные и энергетические потребности солнечных водородных установок.

Международный журнал водородной энергетики

.

9

:

491

500

,89

.

1980

. Топливо из биомассы: критический анализ технологии и экономики.Нью-Йорк: Марсель Деккер 90

[ВОЗ] Всемирная организация здравоохранения

.

1996

. Недоедание микронутриентами: затронута половина населения мира. Женева (Швейцария): ВОЗ. Пресс-релиз.92

[ВОЗ / ЮНЕП] Всемирная организация здравоохранения — Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде

.

1993

. Загрязнение городского воздуха в мегаполисах мира. Женева (Швейцария): ВОЗ / ЮНЕП.93

.

1988

. Водород как носитель энергии: технологии, системы, экономика. Берлин: Verlag.94

.

1991

. Солнечные тепловые электростанции: нет необходимости в энергетическом сырье — только технологии преобразования создают экологические проблемы. Страницы.

1981

1986

. в Arden ME, Burley SMA, Coleman M, eds.1991. Всемирный солнечный конгресс. Оксфорд (Великобритания): Per gamon Press 95

Всемирный банк

.

1992

. Китай: долгосрочные проблемы и возможности в переходный период в области здравоохранения. Вашингтон (округ Колумбия): Всемирный банк 96

.

1997

. GeoDestinies: неизбежный контроль земных ресурсов над народами и отдельными людьми. Портленд (Орегон): Национальная книжная компания.

Таблица 1.Использование ископаемой и солнечной энергии в Соединенных Штатах и ​​в мире в киловатт-часах и квадрациклах.

Таблица 1. Использование ископаемой и солнечной энергии в Соединенных Штатах и ​​в мире в киловатт-часах и квадрациклах.

Таблица 2. Потребность в земельных ресурсах и общие энергозатраты для строительства объектов, производящих 1 миллиард киловатт-часов электроэнергии в год.

Таблица 2. Потребность в земельных ресурсах и общие энергозатраты для строительства объектов, производящих 1 миллиард киловатт-часов электроэнергии в год.

Таблица 3. Текущие и прогнозируемые валовые годовые поставки энергии в США от различных технологий использования возобновляемых источников энергии на основе теплового эквивалента и требуемой площади земли.

Таблица 3. Текущие и прогнозируемые валовые годовые поставки энергии в США от различных технологий возобновляемых источников энергии, основанные на тепловом эквиваленте и требуемой площади земли.

Заметки автора

© 2002 Американский институт биологических наук

В центре внимания альтернативные источники энергии | Изучайте науку в Scitable

Сегодня почти все страны мира признают, что эпоха получения энергии из ископаемых видов топлива — в основном сырой нефти и угля — идет на убыль.На Земле не только ограниченное количество запасов ископаемого топлива, но и экологические (и даже политические) издержки использования этих запасов выше, чем готовы нести большинство стран. В результате поиск энергии, полученной из альтернативных источников, включая геотермальные, ядерные, солнечные, ветровые и гидроэлектрические технологии, приобрел огромное значение в политических и научных кругах. Некоторые страны добились значительных успехов в переводе своей энергетической базы с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии; например, Дания, которая поставляла более 95% своей национальной энергии из ископаемого топлива в начале 1970-х годов, в настоящее время поставляет более 30% энергии из ветра и других возобновляемых источников.Многие другие страны, в том числе США и Китай, по-прежнему в значительной степени основаны на ископаемом топливе, но начинают осознавать необходимость инвестировать на национальном уровне в инновации в области альтернативной энергетики, которые могут преобразовать их экономику в ближайшем будущем. Следующие двадцать лет вполне могут принести масштабное переосмысление мирового подхода к энергетике.

Есть много вопросов, на которые нужно ответить, и сотни путей, по которым можно идти в поисках выхода за рамки ископаемого топлива. Следует ли правительствам мира делать упор на стратегиях повышения энергоэффективности, снижающих спрос на ископаемое топливо за счет снижения энергопотребления? Одним из примеров такого подхода является использование «умных сетей», которые более эффективно регулируют поток энергии от коммунальных предприятий к домам и предприятиям.Или правительствам следует делать упор на выращивании новых источников энергии, таких как энергия ветра или геотермальная энергия? Или их комбинация? Должны ли автомобили будущего работать на топливных элементах, электричестве, растительном топливе. . . или ископаемое топливо? В дебатах об альтернативных источниках энергии нет простых ответов. Формирование глубокого понимания многих точек зрения в этом диалоге необходимо для выработки продуманной, сбалансированной позиции.

В этом обзоре мы проводим экскурсию по поиску альтернативных источников энергии.Какие виды энергии исследуются, и каковы их плюсы и минусы? Как традиционные энергетические компании, в том числе нефтегазовые компании и коммунальные предприятия, реагируют на этот вызов? Как выращивание альтернативных источников энергии может стимулировать экономический рост? Мы надеемся, что ваше исследование ресурсов, которые мы собрали здесь, чтобы ответить на эти вопросы, станет лишь началом пожизненного участия в решении одной из самых важных проблем нашего времени.

Изображение: НАСА.

Невозобновляемые источники энергии — Банк знаний

Двуокись углерода образуется при сжигании ископаемых видов топлива, таких как уголь и газ.

Что такое невозобновляемая энергия?

Невозобновляемая энергия — это источников энергии, которые в конечном итоге закончатся . Большинство источников невозобновляемой энергии — это ископаемые виды топлива, такие как уголь, газ и нефть.

Эти природные ресурсы являются основным источником энергии для огромного количества отраслей, однако у невозобновляемых источников энергии есть многочисленных недостатков , включая их негативное воздействие на окружающую среду и тот факт, что они находятся в ограниченном количестве .

Уголь

Уголь получают из остатков растений, погибших сотни миллионов лет назад. Он имеет самый высокий уровень углерода из всех ископаемых видов топлива.

Пошли! >

Масло

Нефть, также известная как нефть, может быть добыта и переработана для производства таких продуктов, как бензин, дизельное топливо и авиационное топливо.

Пошли! >

Природный газ

Природный газ образовался из останков крошечных морских растений и животных, погибших миллионы лет назад. В основном он состоит из метана.

Пошли! >

Ядерная энергия

Ядерная энергия высвобождается, когда ядра атомов сливаются (слияние) или расщепляются (деление).Атомные электростанции производят электроэнергию за счет ядерного деления.

Пошли! >

Для чего используется невозобновляемая энергия?

Невозобновляемые источники энергии можно использовать для любых целей. Более 70% энергии, используемой в промышленных процессах, поступает из невозобновляемых источников, в то время как ископаемое топливо также используется во многих домашних целях.

Мы можем использовать невозобновляемую энергию для:

Электричество

Отопление

Производство

Транспорт

Что хорошего в невозобновляемых источниках энергии?
  • Доступно много: люди вложили много времени, усилий и денег в добычу ископаемого топлива, так что теперь у нас есть готовый запас.
  • Легче найти: ископаемое топливо можно найти по всему миру, и многие районы уже определены как богатые этими ресурсами.
  • Очень эффективен: ископаемое топливо может генерировать много энергии даже из небольшого количества топлива.
  • Легче транспортировать: ископаемое топливо можно легко транспортировать, например использование подземных труб для транспортировки нефти и газа.
  • Простая установка: завод, работающий на ископаемом топливе, может быть установлен в любом месте, при условии наличия большого количества топлива для выработки энергии.

Что (действительно) плохого в невозобновляемых источниках энергии?
  • Загрязнение окружающей среды: при сжигании ископаемого топлива выделяется углекислый газ, который напрямую связан с глобальным потеплением, поэтому ископаемое топливо очень вредно для здоровья нашей планеты.
  • Огромные запасы топлива: Чтобы электростанции работали, вам нужны грузовики с топливом. Это может сделать производство энергии очень дорогим.
  • Проблемы общественного здравоохранения: из-за ужасного загрязнения воздуха сжигание ископаемого топлива может привести к проблемам с легкими и приступам астмы у людей.
  • Они закончатся: после того, как запасы ископаемого топлива на Земле будут исчерпаны, их нельзя будет возобновить (по крайней мере, в течение нескольких сотен миллионов лет), поэтому мы не сможем использовать их для роста нашей энергии. потребности.
  • Разливы нефти: огромные танкеры, перевозящие нефть, иногда терпят крушение и выливают свое содержимое в море и близлежащее побережье.Это губительно для океана и суши и может быть смертельно опасным для обитающих там животных.
  • Рост затрат: поскольку всего несколько стран имеют большое количество ископаемых видов топлива, цены на топливо могут расти без предупреждения.
  • Риски для здоровья рабочих: Добыча угля или бурение нефтяных скважин могут быть очень опасными, приводя к большому количеству заболеваний, травм и смертей каждый год.

Энергия будущего переходит в сторону возобновляемых источников энергии.

Хотя использование ископаемого топлива для получения энергии дает некоторые преимущества, ясно, что отрицательные стороны намного перевешивают положительные!

Без альтернативного источника энергии мы вскоре можем столкнуться с серьезным энергетическим кризисом — и катастрофой для здоровья нашей планеты.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

а.ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ОБЪЕКТОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ
b. ЭКОНОМИЧНОСТЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

Что такое «Возобновляемые ресурсы»?

Термин «возобновляемые источники энергии» обычно применяется к этим энергоресурсам. и технологии, общей характеристикой которых является то, что они неистощаемы или естественно пополняемый.

Возобновляемые ресурсы включают солнечную энергию, ветер, падающую воду, тепло земля (геотермальная), растительные материалы (биомасса), волны, океанские течения, температура различия в океанах и энергии приливов.Технологии возобновляемой энергии производить электроэнергию, тепло или механическую энергию путем преобразования этих ресурсов либо к электричеству или к движущей силе. Политик, озабоченный развитием национальной энергосистемы будет сосредоточено на тех ресурсах, которые установили сами по себе коммерчески и экономически эффективны для сетевых приложений. Такой коммерческие технологии включают гидроэнергетику, солнечную энергию, получаемое топливо из биомассы, энергии ветра и геотермальной энергии.Волна, океанское течение, океан тепловые и другие технологии, которые находятся в стадии исследования или ранней коммерции стадии, а также технологии неэлектрических возобновляемых источников энергии, такие как солнечные водонагреватели и геотермальные тепловые насосы также основаны на возобновляемых источниках, но выходит за рамки данного руководства .

В целях установления правового режима, регулирующего и поощряющего частный сектор инвестиции в возобновляемые ресурсы и технологии, стратег будет использовать три концептуальных подхода.Как и вышеупомянутый технический определение, как политических, определений и юридических, определений, фактор в политическом определении того, какие ресурсы заслуживают отдельного рассмотрения как «возобновляемые ресурсы».

Дайте широкое определение «Возобновляемым ресурсам», а затем поясните это определение. путем определения каждого конкретного возобновляемого ресурса (, например, «геотермальный энергия »означает тепло земли». )

С политической точки зрения, возобновляемые источники энергии можно разделить на множество категорий в зависимости от политических целей или задач рассмотрение.Например, в данной стране возобновляемые ресурсы могут быть выделены классифицируя хорошо зарекомендовавшие себя и неразвитые; те, у которых есть немедленный потенциал развития, по сравнению с теми, у которых его нет; и те, у кого есть потенциал в сельской местности, по сравнению с теми, у кого есть городская клиентская база. Политическая точка зрения политика в одной стране может заключаться в оправдании различного обращения для установленных ресурсов, таких как большая гидроэлектростанция из зарождающихся ресурсов например геотермальный.В другой стране может быть наоборот. Точно так же все возобновляемых ресурсов может рассматриваться по-разному для городского применения чем для сельского применения.

Избегайте рабочих определений. Например, если разные виды гидроэнергетики должны рассматриваться по-разному по политическим или юридическим причинам, рассмотрите такое обращение на рабочем языке, а не по определению.

С юридической точки зрения, существующие законы, такие как землепользование, водные ресурсы, горнодобывающая промышленность, и законы об углеводородах должны быть тщательно изучены, чтобы определить их потенциальную юрисдикцию сверх и применимость к возобновляемым ресурсам.Важно определить, что технологии должны считаться «возобновляемыми» для целей любой законодательный акт. Такое законодательство может определять «возобновляемые ресурсы». в зависимости от ситуации, учитывая состояние разработки природных ресурсов в этом страна. Если суд, законодатель или исполнительная власть толкуют закон строго, термин «возобновляемые ресурсы», используемый в законодательном акте, означает что в этом конкретном законодательном акте говорится, что это означает, но только для целей этого конкретного законодательства.Таким образом, если закон определяет уголь как «возобновляемый», но без учета ветра, это юридическое определение будет иметь преимущественную силу без ссылки на технические характеристики любого топлива. Однако в большинстве правовых режимов термин «возобновляемая энергия» используется для обозначения естественно восполняемых топливо из тех видов топлива, которых земля обеспечена постоянными запасами. В основными примерами ресурсов с ограниченными запасами являются ископаемые виды топлива (в основном уголь, нефть, природный газ, битуминозные пески и горючие сланцы) и ядерное топливо (в основном уран, торий, дейтерий и литий).

Могут ли все возобновляемые источники энергии регулироваться общей политикой?

Политики должны осознавать сходство, а также различия среди возобновляемых источников энергии.

С точки зрения стратега, может быть важно определить могут ли и в какой степени разрабатываться энергетические планы, законы и постановления используя общую концепцию «возобновляемые ресурсы»:

· Есть ли отличия между возобновляемыми? ресурсы и их приложения, чтобы законодательство могло должным образом учитывать технология возобновляемых ресурсов по технологии?

· Достаточно ли общего, что Можно ли рассматривать освоение возобновляемых ресурсов как общую проблему?

Технологии коммерческих возобновляемых источников энергии

Установите цель, специфичную для каждого возобновляемого ресурса, которая разработан для достижения общегосударственных целей.

По сути, ответ зависит от того, почему задается вопрос, и в в какой стране применяется политика. Однако есть рекомендации, которые может оказаться полезным для стратегов, принимающих такое решение в любой стране. По сути, форма должна следовать за функцией. Другими словами, необходимо чтобы стратег понимал природу каждого из возобновляемых ресурсов и характер процесса разработки каждого из этих ресурсов.

Ресурсы принципиально разные. Хотя любой ресурс, полагается на тепло или движение Земли, Луны или Солнца (или радиация) для производства энергии для потребления человеком является возобновляемым ресурсом, способы использования ресурсов достаточно разные, чтобы законы и постановления управление этими ресурсами обычно имеет дело с каждым ресурсом на индивидуальной основе — отношение к каждому ресурсу как к уникальному.В настоящее время основные коммерческие сети, подключенные к возобновляемые ресурсы: гидроэлектроэнергия, геотермальная энергия, биомасса, энергия ветра и солнечная. В большинстве правовых режимов гидроэлектрические и геотермальные ресурсы идентифицируются как общие для жителей страны и правительством в их пользу.

· Геотермальные ресурсы требуется извлечение (и повторная инъекция). Бурение на геотермальные ресурсы предполагает: многие из тех же дискретных соображений, что и при бурении на нефть (углеводороды) и индивидуальный подход является разумным.

Геотермальные ресурсы

· Гидроэнергетические ресурсы неразрывно связаны связаны с правами на поверхностные воды, включая питьевую воду, судоходство, ирригацию, право судоходства и отдыха. Исторические сложности разборки эти противопоставленные права обычно диктуют индивидуальный подход к гидроэлектростанциям. проблемы с ресурсами.

Гидроресурсы

· Ветровая и солнечная энергия ресурсы — энергия ветра и солнца — обычно считаются бесплатными для принимая.Основная проблема ресурсов обоих этих возобновляемых источников энергии — поверхностная. земля. Поэтому нет общих технических требований к индивидуальному лечению.

Ветровая и солнечная энергия

· Биомасса — это в широком смысле термин, часто охватывающий древесину и древесные отходы, сельскохозяйственные отходы и остатки, энергетические культуры и — иногда — ресурсы свалочного газа. Доступность ресурсов и стоимость может сильно варьироваться, и ресурсы могут потребовать управления типа не часто требуется для других возобновляемых источников энергии.Индивидуальное лечение — это один метод решения этой проблемы.

Биомасса

Каковы применения возобновляемых источников энергии?

Приложения возобновляемых источников энергии обычно делятся на две категории или приложения: «в сети», и «вне сети».

· A «сетка» май быть определенным как интегрированная система генерации, передачи и распределения обслуживая многочисленных клиентов.Характерно, что сетка представляет собой портфель генерирующих единицы, работающие под управлением центрального диспетчерского центра. Сетки могут быть национальный, региональный или местный (в последнем случае они обычно к а.с. «мини-сети» ) .

· «внутри сети» и «вне сети» — это термины, описывающие способ доставки электроэнергии. Технически каждый один из коммерческих возобновляемых источников энергии может быть установлен как сетевые и автономные.Кроме того, несмотря на то, что более крупные установки мегаватт имеют тенденцию быть подключенными к сети, крупные возобновляемые электростанции могут быть выгодно построены “внутри забор »- термин , описывающий самогенератор, завод, построенный для поставлять продукцию одному заказчику, например, шахте, производственному предприятию или агробизнесу. Гидроэлектростанции, биомассы и геотермальные сооружения, как правило, экономичны при уровни мощности значительно превышают один мегаватт (1 МВт) и, следовательно, обычно — но не обязательно — разрабатывается и финансируется как базовый нагрузка » энергоресурсов ( у.е.е., нормально работающий генераторный объекты внутри инженерной системы) и подключены к сети. Солнечные батареи и «ветряные электростанции» также могут быть подключены к сети.

· «Автономные» заявки, в общем, обслуживают только одну нагрузку, например, дом или малый бизнес. От сетки приложения могут принимать разные формы, от фотоэлектрических для отдельной деревни дом для централизованных ветряных мельниц для питания деревенского водяного насоса или коммерческого устройство для зарядки аккумуляторов.Эти автономные приложения обычно используется в отдаленных или сельских районах.

· «Мини-сети» имеют начали разрабатывать системные инженеры в последние несколько лет для изолированных сообщества. Эти системы могут объединять энергию ветра, солнца и, в некоторых случаях, дизельные генераторы и / или системы хранения для обеспечения энергией из различных источников более чем одному покупателю, обычно деревне или кооперативу.

Подробнее о проблемах с автономными и мини-сетями см. Ниже, в главе 5a. ( Универсальная политика электрификации: возобновляемые технологии и Универсальный Электрификация ) . Следующие диаграммы иллюстрируют общие сеточные схемы. и внесетевые приложения, для которых лучше всего подходят возобновляемые источники энергии.

Использование в сети

Hydro

Ветер

PV

Геотермальный

Биомасса

Солнечная энергия

Bulk Power

·

·

·

·

·

·

Опора сети

·

·

·

·

·

·

Управление спросом

·

·

·

·

·

·

Распределенная генерация

·

·

·

·

·

·

Когенерация

·

·

·


Использование в сети
· Помимо производства электроэнергии, технологии возобновляемых источников энергии могут служить ряду других ценных сетевых роли.
— Для поддержки сети где-то рядом строится электростанция. линия передачи для устранения высокого сопротивления в линии. Это снижает передачу потерь и предотвращает деградацию дорогостоящего оборудования подстанции из-за чрезмерное нагревание (это приложение типа «распределенная генерация» ) .

В распределенной генерации, в отличие от генерации на центральной станции, электростанции меньше по размеру и расположены в большем количестве мест в сети.Этот снижает затраты на передачу. Распределенная генерация имеет тенденцию давать наибольший возвращается в тех местах, где это предотвращает необходимость увеличения пропускной способности.

— Биомасса и геотермальные источники хорошо подходят для регенерации.

· Эта таблица не является исчерпывающей. Здесь очень много другое использование каждой технологии.

Использование вне сети

Гидро

Ветер

PV

Goo-therm

Бид-масса

Солнечная энергия

Мини-электросеть для села, острова, промышленности, военного назначения, туризм, и т.п.

·

·

·

·

·

·

Индивидуальные системы для дома, поликлиники школа, магазин, пр.

·

·

·

·

·

Перекачка, водоподготовка

·

·

·

·

·

Необслуживаемые грузы (например,г., телеком)

·

·

·

·

·

Отопление помещений, нагрев воды

·

·

·

·

·

Технологическое тепло, когенерация

·

·

·


Использование вне сети
· Эта таблица не является исчерпывающей, но перечисляет некоторые из распространенных внесетевых приложений, для которых возобновляемая энергия лучше всего подходит.
— Электроэнергия и тепло для отдаленных деревень, островов, туристических объектов, промышленные и военные объекты, дома, клиники, школы и магазины.

— Перекачка, обеззараживание и опреснение воды.

— Станции связи, средства навигации и дорожные сигналы.

· Для большинства типов энергетических приложений, включенных и вне сети одна или несколько технологий использования возобновляемых источников энергии являются конкурентоспособными по стоимости.

· Миллионы долларов по всему миру тратятся впустую коммунальными службами, правительствами, предприятиями и частными лицами, которые возможности повышения рентабельности за счет использования возобновляемых источников энергии.

· Лица, принимающие решения в области энергетики, могут улучшить свои затраты на энергию и производительность за счет полного и осознанного рассмотрения возобновляемые источники энергии каждый раз, когда они выбирают энергетическую технологию.

а. ПОЛИТИКА ПРЕИМУЩЕСТВА ОБЪЕКТОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

Анализ затрат и выгод — общепринятый метод оценки стоимости конкурирующих источников энергии.

Хотя полный список преимуществ возобновляемых технологий может быть очень обширные, их можно разделить на четыре категории: окружающая среда, диверсификация, устойчивость и экономика.

Возобновляемые ресурсы экологически безвредны.

Объекты возобновляемой энергии обычно очень незначительно влияют на окружающую их среду. среда. Выбросы в воздух нежелательных или вредных для здоровья веществ, земля или вода, обычно связанные с другими формами генерации, могут быть уменьшены значительно за счет использования возобновляемых источников энергии. Чистые технологии также могут производить значительные косвенные экономические выгоды.Например, в отличие от объектов, работающих на ископаемом топливе, возобновляемые источники энергии объекты не нужно будет оснащать технологией очистки, чтобы уменьшить загрязнения воздуха, и стране не нужно будет тратить ресурсы на очистку загрязненных реки или земля вокруг участков, загрязненных побочными продуктами ископаемого топлива. Кроме того, они обеспечивают снижение выбросов парниковых газов и должны рынок кредитов на выбросы в атмосферу появится, как и предсказывалось, страны с сильный портфель проектов в области возобновляемых источников энергии может помочь в борьбе с загрязнением кредиты, которые можно обменять на твердую валюту.Наконец, наличие чистой окружающей среды профиль повышает привлекательность проектов возобновляемой энергетики в глазах инвесторов, особенно многосторонние агентства развития, многие из которых работают под руководящие принципы, требующие продвижения экологически чистых технологий.

Возобновляемые ресурсы способствуют диверсификации энергетики.

Развитие разнообразного портфеля генерирующих активов снижает как зависимость от какой-либо конкретной формы технологии или топлива и ее уязвимость для перебоев в поставках и повышения цен.

Основным долгосрочным преимуществом возобновляемых технологий является то, что когда-то возобновляемые источники проект был построен и полностью разрушен, он становится постоянным, экологически чистый и недорогой компонент энергосистемы страны. Фактически, строительство объекта возобновляемой энергетики дает будущим поколениям недорогой энергетический объект, который производит электроэнергию с минимальным воздействием на окружающую среду или без нее. деградация.

Возобновляемые ресурсы устойчивы.

Возобновляемые технологии предназначены для работы на практически неисчерпаемых или неисчерпаемых ресурсах. восполняемые запасы природного «топлива». Расширение национальных электроснабжение за счет привлечения инвестиций в проекты возобновляемой энергетики, по определению, стратегия устойчивого роста, поскольку эксплуатация объектов не истощает ограниченные ресурсы Земли.

Объекты возобновляемой энергетики повышают ценность общей ресурсной базы страны, используя местные ресурсы страны для производства электроэнергии поколение.Более того, поскольку эти объекты работают на «топливе», являются как местными, так и возобновляемыми (в отличие от импортного ископаемого топлива), они могут уменьшить проблемы с платежным балансом. Снижение зависимости от импорта топлива снижает подверженность колебаниям валютных курсов и волатильности цен на топливо. Конструкция и эксплуатация проектов по возобновляемым источникам энергии обычно приводит к значительным экономическим последствиям на местном уровне. деятельность, часто в ранее «бедных ресурсами» районах страны. Таким образом, проекты в области возобновляемых источников энергии выступают в качестве двигателей регионального экономического развития.В случае крупномасштабных сетевых проектов потребуется приобретение сервитутов. и местные рабочие, нанятые для строительства и эксплуатации объекта. Часто местная промышленность, такая как сахарная фабрика или бумажная фабрика (когда технология биомассы занят) будет связан с развитием, расширяя возможности для совместных предприятий между местными землевладельцами и частными инвесторами, которые могут поставлять технологическая экспертиза. Небольшие объекты часто привлекают местных частных участие сектора.Участие на местном уровне, в свою очередь, стимулирует новую экономическую активность. в мультипликативном эффекте и увеличивает стоимость местной налоговой базы.

Приложение A содержит краткие описания возобновляемых источников энергии. технологии, их применение и воздействие на окружающую среду. Читатели заинтересованы при получении дополнительных знаний в отношении любой из этих технологий следует также проконсультируйтесь со спонсирующими торговыми ассоциациями США / ECRE, также указанными в Приложение B Руководства.

г. ЭКОНОМИЧНОСТЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

Главный вопрос для стратега — выработка электроэнергии из возобновляемых источников энергии является доступным с учетом предоставляемых услуг.

В целом, цель специалистов по выработке электроэнергии — поставлять электроэнергию максимальному количеству клиентов по минимально возможной цене. Политическая приемлемость энергии, вырабатываемой из любого источника, будет зависеть от конечного тариф для потребителя в зависимости от полученной выгоды.

Производит ли возобновляемая энергия доступную электроэнергию?

На основе общей стоимости создание нового объекта по производству возобновляемой энергии по стоимости, конкурентоспособной с обычным топливным оборудованием, при условии, что расчет стоимости учитывает долгосрочные затраты на топливо — и тем более, если учесть экологические затраты и выгоды. Поскольку это обобщение верно не во всех ситуациях Столкнувшись с разработчиком политики, разработчик политики должен будет применять рентабельность критерии адаптированы к каждой ситуации.

Каковы применимые критерии оценки экономической эффективности?

Любая технология производства электроэнергии (включая возобновляемые источники энергии) может быть платной. эффективен на одном рынке или в одном приложении, но не на другом. Нет простого исчисление, которое может применить разработчик политики, но ряд установленных критериев будет помочь в определении финансовой жизнеспособности производства возобновляемой энергии.

Качество и количество ресурса. Качество и количество возобновляемых ресурсов может определяться государственным ресурсом оценка, но застройщики из частного сектора обычно имеют собственное предварительное технико-экономическое обоснование и технико-экономические обоснования, которые могут быть более точными оценками коммерческих жизнеспособность данного проекта. Меры качества и количества ресурсов уникальны для каждого ресурса, но для каждой возобновляемой энергии качество ресурса и количество влияет на ввод энергии и эффективную мощность генерации средство.При разработке геотермальных ресурсов, например, температура Ресурс и растворенные примеси определяют необходимое производство оборудование. Стоимость производственного оборудования, в свою очередь, влияет на установленное стоимость и стоимость поставленной электроэнергии за киловатт-час. В биомассе качество и содержание БТЕ в топливе будет влиять на установленные затраты, а также на операции и эксплуатационные расходы.

Расположение ресурса. Близость ресурса к покупателю база напрямую влияет на затраты, как и близость к существующей инфраструктуре (дороги, линии электропередачи и т. д.), на объекты поддержки промышленности (бетонные заводы и т. д.), а также на производственную базу разработчиков технологий. В В случае геотермальной энергии основным фактором затрат является глубина залегания ресурсов. Для гидро-, ветровые и солнечные технологии, климатические изменения (осадки, облака укрытие, сильные штормы) влияют на стоимость.Для биомассы расстояния транспортировки между источник топлива и генерирующая установка могут существенно повлиять на электроэнергию. Стоимость.

Расходы, взимаемые государством. Для частного девелопера, время это деньги. Время, затраченное на ответ на предложения по торгам, на получение необходимых разрешений, лицензий и концессий, а при заключении контрактов увеличивает затраты на возобновляемые проекты. Лицо, ответственное за политику, должно учитывать политику, которая организовать и упростить местные институциональные процессы.Такая политика может предотвратить добавление значительных затрат и задержек к тому, что в противном случае было бы очень рентабельным средство. Аналогичным образом, государственные налоги, сборы, тарифы и роялти. все передаются потребителю электроэнергии и влияют на стоимость киловатт-часа поставленной мощности.

Процесс разработки достаточно похож, что для многих целей с возобновляемыми ресурсами можно обращаться аналогичным образом. Используемый процесс разработки с помощью технологий гидроэнергетики, геотермальной энергии, энергии ветра, биомассы и солнечной энергии. можно описать и проанализировать в трех дискретных этапах: «разведка», «Разведка» и «эксплуатация». Каждый технология может использовать разные термины для этих трех этапов, но концепции похожи.

· Разведка деятельность, которая с помощью визуального наблюдения и научных исследований определяет, область может быть источником коммерчески эксплуатируемых ресурсов. Не влияет современное поверхностное использование земли.

· Разведка — деятельность который демонстрирует размеры, положение, характеристики и степень ресурсы по научным исследованиям.Это может повлиять на текущее использование поверхности земля. Для изучения потенциал некоторых возобновляемых ресурсов, таких как геотермальные и, в меньшей степени, градус, ветровые и гидроресурсы. Где разведка ресурсов стоит дорого, это может потребовать, чтобы исключительные права на соответствующие возобновляемые ресурсы в области быть награжден исследователем. Эти права могут быть предоставлены на ограниченный срок, но если разведка докажет коммерческую жизнеспособность ресурса, частный разработчик потребует, чтобы права на временную разведку быть преобразованы в права на долгосрочную эксплуатацию.

· Эксплуатация — деятельность что позволяет производить электроэнергию из возобновляемых источников, либо посредством промежуточного производства пара или прямого производства электроэнергии от химического или механического процесса. Исключительные долгосрочные права являются обязательным условием к устойчивости этого производства.

Расходы, связанные с каждым этапом разработки ресурсов, имеют прямое влияние от рентабельности производимой электроэнергии.Объекты первого поколения разработанные в любой ресурсной области, почти всегда будут стоить дороже за киловатт час произведено, чем будут позже объекты, так как большая часть разведывательных и затраты на разведку будут включены в стоимость первого объекта. Если, однако, есть некоторая уверенность в наличии рынка электроэнергии от дополнительных мощностей, если первоначальный объект окажется осуществимым, затраты на разведку и разведку могут быть выделены на большее количество киловатт-часов, что снижает начальную стоимостьВыделяя начальные затраты на разведку и разведку по нескольким проектам, за киловатт стоимость часа может быть значительно снижена.

Затраты на финансирование. Для возобновляемых источников энергии большая часть общей стоимости проекта Стоимость срока службы представлена ​​первоначальными капитальными затратами и будет понесена еще до того, как проект будет запущен. Стоимость возобновляемой энергии в технологические усилия, предпринятые в начале проекта, и все возобновляемые источники энергии акции «с предварительной загрузкой» профилей затрат.Вследствие этого, большая часть объектов новой генерации финансируется за счет проектного финансирования, при этом основная сумма и проценты (и прибыль) выплачиваются из доходов от проект.

Стоимость электроэнергии

Договор купли-продажи электроэнергии. «Договор купли-продажи электроэнергии» — договор мощности и мощности между собственником генерирующего объекта и его клиентов, а не кредитоспособность застройщика, обеспечивает кредит.Поскольку проекты в области возобновляемых источников энергии являются предварительными, затраты на капитал существенно влияет на установленную стоимость. Факторы высокого риска, связанные с первоначальные проекты, разработанные в новых ресурсных областях, также переводятся в более высокие стоимость капитала. Проблема для разработчиков политики страны — особенно в страна, которая стремится привлечь начальные проекты в новую ресурсную область — это внедрить новые механизмы снижения затрат на финансирование. Разработка таких механизмов может оказаться более продуктивным, если будет проводиться при консультациях с застройщиком из частного сектора.Например, в некоторых ситуациях муниципальные заказчики могут иметь доступ к освобожденным от налогов или облигации с низкой процентной ставкой, которые можно использовать для финансирования энергетических проектов по более низкой цене. стоимости, чем если бы они финансировались за счет обычных заимствований.

В стремительно развивающуюся технологическую эпоху наиболее разумный курс на лицо, принимающее решения, должно избегать использования старой информации о том, возобновляемые технологии могут удовлетворить заданную потребность в энергии.

Системные затраты. Стоимость или экономия затрат на интеграцию данной возобновляемой энергии генератор энергии в систему трудно определить количественно. Диверсифицируя сочетание энергоснабжения, система может защитить или защитить плательщика от потенциальной финансовые риски и волатильность изменения цен на топливо, изменение экологической требования и общие конструктивные недостатки, которые могут привести к большим эксплуатационным и эксплуатационные расходы. Можно исключить зависимость от импортного топлива и уравновесить тем самым уменьшаются проблемы с оплатой.За исключением биомассы, есть отсутствие внутренних затрат на топливо для установленного объекта по производству возобновляемой энергии. Следовательно, созданный объект возобновляемой энергии служит хеджированием от инфляции. на инфляционном рынке.

В качестве примера возобновляемого объекта в качестве инфляционного хеджирования можно изучить историю более старых плотин гидроэлектростанций. Следующая диаграмма иллюстрирует возобновляемые технологии, которые в настоящее время доступны в рынок.

Важные характеристики

Опции

Статус

Вместимость

Малая гидросистема

Турбины и плотины с низким и высоким напором.
Бег реки.

Практически все коммерческие.

Фактор Кратковременный переход к базовой нагрузке.

Ветер

Ветровые турбины с горизонтальной и вертикальной осью.
Ветряные насосы.

Коммерческий.
Новые проекты в разработке.

Переменная от 20 до 40%.

Солнечная

Фотоэлектрические.
Активный тепловой (от низких до высоких температур для тепла или электричества).
Пассивный термический.

Самый коммерческий.
Некоторые находятся в стадии разработки или доработки.

Без склада:
<25%, прерывистый
С теплоаккумулятором:
От 40 до 60%, средний уровень.

Геотермальная энергия

Циклов:
Сухой пар,
Вспышка и
Двоичный

Коммерческий.
Ведутся работы по усовершенствованию разведки и бурения.

Высокая, базовая нагрузка.

Биоэнергетика

Горение. Ферментация.
Пищеварение.
Газификация.
Разжижение.

Многие коммерческие.
Больше в стадии разработки или доработки.

древесных растений США в среднем 95 +%.
Промежуточный, также возможен пиковый.


Важные характеристики возобновляемых технологий
· Все шесть секторов возобновляемой энергетики предлагают проверенные технологии, доступные на рынке. Все могут можно покупать сегодня в формах, которые являются надежными и конкурентоспособными по цене.

· «Коэффициент мощности» суммирует шаблоны вывода.

— Геотермальные электростанции и большинство биомассовых установок вырабатывают энергию базовой нагрузки.

— Большинство гидроэлектростанций и некоторые установки, работающие на биомассе, обладают высокой диспетчеризацией, предлагая диапазон вариантов от базовой до максимальной.

— Русловая гидроэлектростанция работает с перебоями, но имеет тенденцию к колебаниям в ее производительности. быть медленным и предсказуемым.

— Солнечная энергия колеблется от прерывистой до промежуточной, в зависимости от того, насколько хорошо он соответствует схеме использования энергии.

— Ветер прерывистый, но исследования показали, что большинство сеток могут добавлять прерывистый источник до 15% от их мощности без необходимости компенсаторное действие. Более высокие доли из непостоянных источников обычно легко разместить.

Наши источники энергии, электричество — Национальные академии

Электричество

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

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

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

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

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

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

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

Модернизация энергосистемы США до уровня «умной сети», то есть такой, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, — представляет собой значительные вложения, но принесет многочисленные выгоды. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству отказов системы 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.

Источники энергии: сравнение

Если вы хотите быть экологически чистыми, вам следует водить электромобиль. Верно?

К сожалению, не все так просто. Хотя электромобили не загрязняют воздух вокруг себя, как двигатель внутреннего сгорания, их необходимо заряжать, что вызывает вопросы, например, из какого источника энергии поступает электричество и является ли этот источник энергии чистым.

Общая оценка источника энергии основана не только на том, насколько он чист; он также должен быть надежным, доступным и доступным. Не все эти факторы можно однозначно классифицировать. Например, нефть, как правило, относительно доступна в Соединенных Штатах, но отчасти это связано с тем, что правительство субсидирует отрасли, производящие ископаемое топливо. Точно так же, хотя энергия ветра имеет тенденцию быть относительно дорогой, ее стоимость неуклонно снижается в течение многих лет по мере увеличения ее использования.

Для оценки доступных вариантов полезно понимание фундаментальных фактов о том, какие типы энергии доступны и какие компромиссы каждый предлагает.

Существует три основных категории источников энергии: ископаемое топливо, альтернативные и возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии иногда, но не всегда, включаются в категорию альтернативных.

Ископаемое топливо образовалось более миллионов лет назад, когда мертвые растения и животные подверглись воздействию сильной жары и давления в земной коре. Этот естественный процесс превращал кости и другие органические вещества в богатые углеродом вещества, которые при сгорании генерируют энергию. Есть три основных вида ископаемого топлива.

  • Нефть — это общий термин, который включает такие продукты, как сырая нефть, которая перерабатывается в более привычные виды топлива, такие как бензин, реактивное топливо, керосин и дизельное топливо. Petroleum и oil часто используются как взаимозаменяемые. Его добывают путем бурения или гидроразрыва пласта (также известного как гидроразрыв).
  • Уголь — это горная порода, обнаруженная недалеко от поверхности земли, и это одно из самых распространенных ископаемых видов топлива в мире. Его добывают путем открытых горных работ (с использованием машин для очистки самых верхних слоев породы и почвы) и подземных горных работ (с использованием машин и горняков для удаления угля глубоко под землей).
  • Природный газ , смесь газов, находящихся под поверхностью земли, добывается аналогично нефти.Достижения в области бурения и гидроразрыва пласта открыли огромные запасы природного газа.

Ископаемые виды топлива часто называют грязными источниками энергии, потому что их использование сопряжено с высокими, а зачастую и необратимыми последствиями для окружающей среды. Выбросы углерода или количество углекислого газа, выделяемого этим топливом в атмосферу, складываются из поколения в поколение и не могут быть возвращены. Более того, на Земле есть лишь конечное количество этих ресурсов.

Формы энергии, не полученные из ископаемого топлива, включают как возобновляемые источники энергии, и альтернативные источники энергии, , термины, которые иногда используются взаимозаменяемо, но не означают одно и то же.Альтернативная энергия в широком смысле относится к любой энергии, которая не извлекается из ископаемого топлива, но не обязательно только из возобновляемых источников. Например, в ядерной энергетике чаще всего используется уран — широко распространенное, но технически не возобновляемое топливо. Возобновляемая энергия, с другой стороны, включает в себя такие источники, как солнце и ветер, которые возникают естественным образом и непрерывно.

Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива.

  • Ветровая энергия создается, когда ветер вращает турбину или ветряную мельницу, которая может быть расположена на суше или на море.
  • Солнечная энергия использует солнечную энергию двумя способами: путем преобразования солнечного света непосредственно в электричество, когда солнце отсутствует (например, солнечные панели), или солнечной тепловой энергии, которая использует солнечное тепло для создания электричества, метод, который работает даже когда солнце село.
  • Гидроэнергетика создается, когда быстро текущая вода вращает турбины внутри плотины, вырабатывая электричество.
  • Атомная энергия вырабатывается на электростанциях в процессе ядерного деления.Энергия, создаваемая во время ядерных реакций, используется для производства электричества.
  • Биотопливо , также называемое биомассой, производится с использованием органических материалов (древесины, сельскохозяйственных культур и отходов, пищевых отходов и навоза), которые содержат накопленную энергию солнца. Люди использовали биомассу с тех пор, как открыли, как сжигать дрова для разведения огня. Жидкое биотопливо, такое как этанол, также выделяет химическую энергию в виде тепла.

Возобновляемые и альтернативные источники энергии часто классифицируются как чистые, поскольку они производят значительно меньше выбросов углерода по сравнению с ископаемым топливом.Но они не без ущерба для окружающей среды.

Производство гидроэлектроэнергии, например, выбрасывает меньше углерода, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Однако строительство плотин для строительства водохранилищ для гидроэлектростанций затопляет долины, нарушая местные экосистемы и источники средств к существованию. В другом случае биотопливо является возобновляемым, но культивируется на огромных участках земли и иногда вызывает больше выбросов углерода, чем ископаемое топливо.

Другие соображения, такие как безопасность, также имеют значение. Вероятность расплавления ядерной установки чрезвычайно мала, но если она произойдет, результаты будут катастрофическими.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *