Основной источник солнечной энергии: Энергия солнца. Развитие гелиоэнергетики. — Bellona.ru

Энергия солнца. Развитие гелиоэнергетики. — Bellona.ru

Photo: wikipedia

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

Источником энергии солнечного излучения служит термоядерная реакция на Солнце. Солнечная энергия испускается в виде электромагнитного излучения.
Чтобы использовать его энергию, необходимо решить такие вопросы, как: уловить его наибольший поток, сохранить и передать производные от него тепло и электричество без потерь.

Ресурсы солнечной энергии практически неограниченны. Так, по некоторым расчетам, количество её, достигшее поверхности Земли в течение минуты больше чем энергия, доступная из всех других источников в течение года.

Используя энергию солнца, гелиосистема позволяет экономить в год до 75% необходимого традиционного топлива.

Преимущества использования солнечной энергии – экологическая чистота (отсутствие эмиссии СО2) и неисчерпаемость сырья с одной стороны и длительный «срок годности». Солнечная батарея не имеет движущихся и трущихся частей, и может работать без замены рабочих элементов не теряя КПД 20-25 лет.

Недостатками использования солнечной энергии являются естественные колебания солнечной активности – изменение продолжительности светового дня в течение года.
Отрицательные воздействия энергоустановок:

• использование больших по масштабу площадей, что связанно с возможной деградацией земель и изменением микроклимата в районе расположения станции.
• использование «хлористых» технологий получение «солнечного» кремния. Однако в мире и в России в стадии опытно-промышленного производства находятся бесхлорные экологически чистые технологии. Их широкое внедрение обеспечит, безусловно, экологическую чистоту фотоэлектрических станций и установок.

Направления разработок гелиоэнергетики

В настоящее время разработка гелиоэнергетических (греч. Helios – солнце) систем ведется по двум направлениям:

• Создание энергетических концентраторов;
• Совершенствование солнечных батарей.

Работа над первым направлением включает в себя создание систем, работающих по принципу концентрации энергии. Солнечная энергия в таком случае при помощи линзы фокусируется на относительно небольшом по площади фотоэлектрическом элементе.

Например, фотоэлектрические системы с линзой Френеля, разрабатываемые японской компанией Sharp. Или силиконовые комплексные полупроводники (Калифорнийский технологический университет – Калтеха), разрабатываемые по принципу концентрирования солнечного света морскими организмами в частности морской губкой «Venus’s flower basket».

Принцип работы солнечной батареи (генератора энергии) – это прямое преобразование электромагнитного излучения солнца в электричество или тепло. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом (ФЭ). При этом генерируется постоянный ток.

На сегодняшний момент существуют следующие виды солнечных батарей:

1.Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Это полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество. Определенное число объединенных между собой ФЭП называются солнечной батареей.

2.Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Это солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и других машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.)

3.Солнечные коллекторы (СК). Это нагревательные низкотемпературные установки, использующиеся для автономного горячего водоснабжения жилых и производственных объектов.

Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов:

Автономные, работающие без подключения к сети, т.е. солнечные модули генерируют электричество для освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента. Для хранения энергии используются аккумуляторные батареи.

Соединенные с сетью – в этом случае объект подключен к сети централизованного электроснабжения. Избыток электрической энергии продается компании-владельцу распределительных сетей по согласованному тарифу.

Резервные системы, в которых фотоэлектрические системы подключаются к сетям низкого качества. И в случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения нагрузка частично или полностью покрывается солнечной системой.

Основной комплексной проблемой, препятствующей успешному всеобщему внедрению батарей в производство является их низкая эффективность. То есть неэффективное сочетание стоимости, размеров и коэффициента полезного действия продукта (КПД). Существующие солнечные батареи (фотоэлементы) работают с КПД максимум 30-35%. Ведутся активные поиски возможности удвоения мощности солнечных фотоэлектрических установок. Хотя пока стоимость солнечной энергии остается слишком высокой для промышленности: киловатт-час солнечной энергии стоит 20–25 центов, между тем как цена электричества, производимого ТЭЦ, работающей на угле, составляет 4–6 центов, на природном газе — 5–7 центов, на биологическом топливе — 6–9 центов.

Тенденции развития
На сегодняшний день наиболее известными компаниями производящими солнечные батареи являются Siemens, Sharp, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell и другие.

По данным журнала «В мире науки» (№1-2007), «за последние 10 лет годовое производство фотоэлектрической энергии увеличивалось на 25%, а в одном только 2005 г. — на 45%. В Японии в абсолютном выражении оно достигло 833 МВт, в Германии — 353 МВт, в США — 153 МВт».

По данным Solarhome.Ru, суммарная площадь установленных в наше время солнечных коллекторов в мире превышает уже 50 млн. м², что эквивалентно замещению генерации на органическом топливе в объеме примерно 5-7 млн. тонн условного топлива в год.

Необходимость делать ставку на надежную, экологически чистую энергию по доступным ценам провоцируют активные поиски и разработку новых технологий.

За последнее десятилетие солнечные батареи за счет усовершенствования технологии их изготовления стали доступнее. Так, в Японии подобное оборудование ежегодно дешевеет на 8%, в Калифорнии — на 5%….

Перспективы развития и использования солнечных систем в России
Южные регионы и регионы с континентальным и резко континентальным климатом России являются наиболее благоприятными для применения солнечных коллекторов в качестве основного источника для отопления в зимний период.

В условиях центральной России гелиосистемы обеспечат значительную экономию использования классических видов топлива, существенно дополняя баланс энергопотребления (опыт внедрения гелиоустановок-водогреев в Калининграде).

В настоящее время в России не ведется массовое производство и внедрение гелиосистем.

Хотя существующая в последнее время тенденция развития теплоснабжения, направленная на децентрализацию крупных источников поставки тепла – использования локальных технологий энергосбережения, может явиться стимулом развития возобновляемых источников энергии, в том числе и энергии солнца.
На сегодняшний день в России гелиоустановки производятся Рязанским заводом металлокерамический приборов; Ковровским заводом; ЗАО «Южно-русской энергетической компанией»; АО «Конкурент» г. Жуковский Московской обл. Отдельные партии коллекторов изготавливает НПО машиностроения г. Реутов Московской обл. и др.

Подготовила Ольга Плеханова

Возобновляемые источники энергии — Megaron Energy

Что такое возобновляемая энергия?

Возобновляемая или регенеративная энергия («Зеленая энергия») — энергия из источников, которые, по человеческим масштабам, являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения. Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов, таких как: солнечный свет, водные потоки, ветер, приливы и геотермальная теплота, которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путем).

Источники возобновляемой энергии

1. Гидроэнергия: Гидроэне́ргия — энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних течениях рек, сооружаются плотины.

2. Геотермальная энергия: Геотермальная энергия — это энергия тепла, которое выделяется из внутренних зон Земли на протяжении сотен миллионов лет. По данным геолого-геофизических исследований, температура в ядре Земли достигает 3 000-6 000 °С, постепенно снижаясь в направлении от центра планеты к ее поверхности. Извержение тысяч вулканов, движение блоков земной коры, землетрясения свидетельствуют о действии мощной внутренней энергии Земли. Ученые считают, что тепловое поле нашей планеты обусловлено радиоактивным распадом в ее недрах, а также гравитационной сепарацией вещества ядра.

Главными источниками разогрева недр планеты есть уран, торий и радиоактивный калий. Процессы радиоактивного распада на континентах происходят в основном в гранитном слое земной коры на глубине 20-30 и более км, в океанах — в верхней мантии. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км вероятное значение температур на континентах составляет 600-800 ° С, а в океанах — 150-200 ° С.

3. Солнечная энергия: Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники энергии[1] и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования[2]. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

4. Энергия ветра: Энергия ветра — энергия преобразования кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов превзошла суммарную мощность атомной энергетики и составила 432 гигаватта.

5. Биоэнергетика: Биоэнергетика — одна из форм возобновляемых источников энергии, получаемой из биомассы для выработки электроэнергии и тепла или для производства жидкого топлива для транспорта.

6. Энергия волн : Эне́ргия волн океана — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — неисчерпаемый источник энергии.
Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха — до 85 %.
Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца.

7. Энергия водорода: Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики.

Солнце – друг или враг?

Солнце – это не только свет и тепло, солнечная энергия служит источником всей жизни на Земле и влияет на погоду, океанические течения и гидрологический цикл. Важнейшую роль солнечный свет играет в вопросах здоровья и благополучия человека. Недостаток солнечного света влияет на наше настроение и самочувствие и модет обернуться дефицитом витамина Д. А чрезмерное пребывание на солнце пагубно воздействует на кожу, глаза и иммунную систему. Эксперты полагают, что четыре из пяти случаев рака кожи можно предотвратить, если защитить себя от ультрафиолетового излучения. 

Восстановление озонового слоя — результат международного сотрудничества 

Главный фильтр, позволяющий снизить опасное воздействие ультрафиолетового и других форм солнечного излучения  — это стратосферный озоновый слой. В середине 1980 х годов ученые обнаружили, что озоновый щит истощается гораздо быстрее, чем если бы на него воздействовали только естественные природные процессы. Оказалось, что его разрушают атомы хлора и брома, попадающие туда с Земли.
К счастью, международное сообщество быстро осознало опасность и приняло так называемый Монреальский протокол, предусматривавший постепенный отказ от наиболее вредных химических веществ, таких как хлорфторуглероды, используемые в холодильном оборудовании и системах кондиционирования воздуха, и галоны, используемые в огнетушителях. Благодаря этим мерам озоновая дыра начала затягиваться и, по оценкам,  озоновый слой полностью восстановится в Северном полушарии и средних широтах к 2030 м годам, затем в Южном полушарии — в 2050 х годах и в полярных регионах — к 2060 году. А это значит, что к концу нынешнего столетия удастся избежать около 100 миллионов случаев заболевания раком кожи и предотвратить еще много миллионов случаев заболевания катарактой.  Ограничивая истощение озонового слоя, мы также сокращаем вредное воздействие ультрафиолета на  зерновые культуры и морские экосистемы. 

Виновато ли солнце в изменении климата?

Cолнце – этот пылающий шар из раскаленной плазмы, находящийся почти в 150 миллионах километров от Земли, является сердцем нашей солнечной системы. Уже более 4,5 миллиардов лет оно определяет состояние погоды, климата и жизни на Земле. С конца последнего ледникового периода, почти 12 000 лет назад, климат был относительно стабильным, хотя на него регулярно влияли незначительные изменения количества солнечного излучения, достигающего поверхности Земли. Даже эти небольшие изменения влекут за собой серьезные последствия.

Примерно половина солнечной радиации, достигающей атмосферы Земли, проходит сквозь воздух и облака, которые поглощают ее и затем отражают вверх в форме инфракрасного излучения. Большая часть этого тепла поглощается парниковыми газами и излучается обратно во всех направлениях, нагревая поверхность Земли и нижние слои атмосферы.
Без этого естественного парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы неблагоприятной для жизни: −18 °C. Благодаря солнцу сегодня мы живем в комфортных условиях – при среденей температуре приблизительно +14 °C. Однако, по данным ученых, наша планета нагревается. Значит ли это, что Солнце посылает нам больше тепла?
«Данные спутниковых измерений за последние 30 лет показывают, что объем выделяемой солнечной энергии не увеличился и что наблюдающееся потепление нельзя объясненить изменениями активности Солнца», — заявил Генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас.

«Повышение температуры, при котором происходит таяние льда и потепление воды в океанах, обусловлено наличием в атмосфере долгоживущих парниковых газов», — отметил он  и добавил, что концентрация двуокиси углерода достигла в 2017 году рекордного уровня и продолжает увеличиваться.
«Как следствие, с 1990 года суммарное радиационное воздействие, вызывающее эффект потепления климата, увеличилось на 41 процент — в результате воздействия долгоживущих парниковых газов. На CO2 приходится около 82 процентов прироста радиационного воздействия за последнее десятилетие», — сказал Петтери Таалас.
«Если текущая тенденция в области концентраций парниковых газов сохранится, то к концу столетия температура может повыситься  на 3 °- 5 °C, — предупредил глава ВМО. —  Это намного выше цели, закрепленной в Парижском соглашении по климату: удержать повышение глобальной средней температуры в пределах 2 °C и как можно ближе к показателю 1,5 °C».
По данным ученых, 20 самых теплых лет в истории наблюдений приходятся на последние 22 года, при этом последние четыре года были самыми теплыми. 

Сможет ли солнечная энергия заменить нефть и газ? 

Энергия Солнца становится все более популярной в качестве источника электроэнергии, отопления и опреснения воды. Благодаря снижению затрат и государственной поддержке возобновляемая энергия в целом, включая солнечную, к 2040 году составит почти две трети дополнительных мировых мощностей. По информации Международного энергетического агентства, это преобразует мировую структуру энергетического сектора: доля возобновляемых источников в производстве энергии вырастет к 2040 году с нынешних 25 процентов до 40 процентов и выше. 
Фотовольтика – технология преобразования солнечной энергии в значительной степени зависит от погодных условий, поэтому крайне важное значение приобретают надежные метеорологические прогнозы. 
По оценкам экспертов, поскольку солнечная энергия становится все более недорогой и широкодоступной, она cможет заменить ископаемые виды топлива, такие как уголь или нефть, в качестве основного источника электрической энергии – и, таким образом, поможет затормозить изменение климата. 

Всесторонний отчет ВМО о состоянии климата будет представлен 28 марта в штаб-квартире ООН в Нью-Йорке. Его презентуют Генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас, Председатель Генассамблеи ООН Мария Фернанда Эспиноса Гарсес и конференции Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш, для которого борьба с изменением климата является безусловным приоритетом. В сентябре этого года глава ООН созовет Саммит по климату, на котором государства отчитаются о том, какие меры они принимают в этой области. 

Оценка потенциала солнечной энергии | Learn ArcGIS

Ваша некоммерческая организация недавно запустила пилотную программу, чтобы побудить жителей района Гловер-Парк в Вашингтоне, округ Колумбия, установить солнечные батареи на своих крышах. Цель состоит в том, чтобы солнечные панели производили большую часть электроэнергии, потребляемой каждым домохозяйством.

На этом уроке вы будете использовать ArcGIS Pro, чтобы определить, сколько солнечной радиации получает каждая крыша в окрестностях в течение года. Затем вы оцените, сколько электроэнергии могла бы генерировать каждая крыша (и район в целом), если бы каждое подходящее здание было оснащено солнечными батареями.

Прежде чем приступить к анализу потенциала солнечной энергии в Гловер-парке, вы ознакомитесь с данными и географией.

Открытие проекта

Сначала вы загрузите и откроете данные проекта по умолчанию в ArcGIS Pro.

1. Скачайте Сжатую папку Solar_in_Glover.
2. Найдите загруженный файл на компьютере.

   В зависимости от настроек браузера, вам могло быть предложено выбрать место для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.

3. Щелкните файл правой кнопкой мыши и извлеките в местоположение, где его будет легко найти, например, в папку Документы.
4. Откройте папку Solar_in_Glover.

   Папка содержит несколько подпапок: файл проекта ArcGIS Pro (.aprx), ArcGIS Toolbox (.tbx), и два файла слоев ArcGIS Pro (.lyrx).

5. Если вы установили на свой компьютер ArcGIS Pro, дважды щелкните файл проекта Solar_in_Glover. Если будет предложено, войдите под лицензированной учетной записью ArcGIS.

   Проект содержит два слоя. Слой DSM, включенный по умолчанию, представляет окрестности парка Гловер в виде цифровой модели местности (ЦММ).

   DSM показывает рельеф и объекты на земле, такие как здания и деревья. DSM является растровым слоем, показывающим данные в виде сетки, в которой каждый квадрат или ячейка содержит числовое значение.

6. Под картой в качестве масштаба введите 1:100 и нажмите Enter.

   Карта увеличится, чтобы вы могли видеть отдельные ячейки в растровом слое.

7. Щелкните на любой ячейке.

   Появится всплывающее окно ячейки.

   Всплывающее окно содержит значение, представляющее высоту (в метрах) выбранной ячейки. На рисунке выделенная ячейка имеет высоту около 89,9 метра.

   По умолчанию DSM обозначается на карте таким образом, что более темные ячейки имеют низкие значения высот, а светлые ячейки – более высокие.

8. Закройте всплывающее окно. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши DSM и выберите Приблизить к слою.

   Карта перемещается назад к полному экстенту окрестности парка Гловер.

Создание эффекта отмывки

Хотя и по всем признакам в DSM можно предположить наличие зданий и растительности, вы можете лучше визуализировать поверхность, создавая эффект отмывки. Слой растра отмывки рельефа использует реалистичный эффект затенения для отображения высоты.

1. Щёлкните вкладку Анализ на ленте. В группе Геообработка щелкните кнопку Инструменты.

   Откроется панель Геообработка.

2. На панели Геообработка в окне поиска введите Отмывка. В списке результатов поиска щелкните Отмывка (Инструменты Spatial Analyst).

   Откроется инструмент Отмывка.

3. Для Входного растра выберите DSM. Для Выходного растра измените имя на Hillshade_DSM.

   По умолчанию все созданные вами наборы данных будут сохранены в базе данных Solar_in_Glover. Когда вы щелкаете значение в параметре Выходной растр, появляется путь к базе данных. Убедитесь, что изменили только имя выходного слоя, которое указанно в конце пути.

   Вы оставите другие параметры, которые определяют направление и угол источника света, используемого для моделирования затенения, без изменений.

4. Щелкните Выполнить.

   Инструмент запускается и добавляет на карту слой отмывки. Но отмывка перекрывает оригинальный DSM, поэтому вы не можете видеть информацию о высотах.

5. На панели Содержание перетащите слой DSM над слоем Hillshade_DSM.

   DSM имеет 40-процентную прозрачность слоя. Когда он расположен над отмывкой, видны и он, и отмывка.

6. Увеличивайте изображение до тех пор, пока вы не сможете лучше увидеть 3D-эффект, достигаемый слоем отмывки.

   Здания, деревья и другие объекты на местности более различимы благодаря эффекту отмывки. Также возможно различить, имеют ли здания плоские крыши или со скатами, что важно для солнечных панелей на крыше.

7. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши DSM и выберите Приблизить к слою.

Исследование контуров зданий

Проект содержит слой Building_Footprints (Контуры зданий), который по умолчанию отключен. Далее вы изучите этот слой.

1. На панели Содержание поставьте отметку возле слоя Building_Footprints, чтобы включить его.

   Слой содержит полигональные контуры каждого здания в районе Гловер-парка. В отличие от слоев DSM и Отмывки, которые являются растровыми слоями, этот слой является векторным слоем, который отображает пространственную информацию в форме полигонов, линий или точек.

2. Увеличивайте изображение до тех пор, пока не увидите четкие контуры отдельных зданий.

   Формы и расположение зданий различны в разных частях района. На севере, западе и юго-востоке здания, как правило, больше и имеют более уникальные формы. В южной центральной части района здания, как правило, меньше по размеру, примерно прямоугольные и сгруппированы в продольные или поперечные ряды.

3. Вернитесь к полному экстенту района.
4. На панели инструментов быстрого доступа нажмите кнопку Сохранить.

   Проект сохранен.

Вы скачали, открыли и изучили исходные данные для проекта, в том числе данные высот и контуров зданий. Вы также создали отмывку, чтобы лучше визуализировать местность.

---

Затем вы создадите растровый слой, который отображает, сколько солнечной энергии достигает поверхностей крыш в Гловер-Парке в течение типичного года. Чем больше солнечной энергии получает поверхность крыши, тем больше электроэнергии может быть произведено, если она будет оснащена солнечными батареями.

Создание слоя солнечного излучения

Для создания слоя солнечного излучения, вы будете использовать инструмент Область солнечного излучения. Этот инструмент входит в Дополнительный модуль ArcGIS Spatial Analyst. Он рассчитывает излучение на основе сложной модели, которая учитывает положение солнца в течение года и в разное время дня, препятствия, которые могут блокировать солнечный свет, такие как близлежащие деревья или здания, а также уклон и ориентацию поверхности. Вы можете прочитать больше о моделировании солнечного излучения на Странице документации.

DSM предоставляет необходимую информацию о препятствиях, ориентации и уклоне. Выходными данными будет растровый слой, где значение каждой ячейки – это количество солнечного излучения в ватт-часах на квадратный метр (Вт/м²) в этом месте.

Инструмент Область солнечного излучения требует значительных вычислительных ресурсов и может выполняться от 20 до 90 минут. В этом упражнении у вас будет возможность запустить инструмент самостоятельно или использовать уже созданный растровый слой солнечного излучения.

1. При необходимости, откройте ваш проект Solar_in_Glover в ArcGIS Pro.
2. Если необходимо, откройте панель Геообработка. Если панель Геообработка уже открыта для ранее использованного инструмента, щелкните кнопку Назад.

3. Найдите и откройте инструмент Область солнечного излучения.

4. В инструменте Область солнечного излучения для Входного растра выберите DSM. Для Выходного растра глобального излучения измените имя на Solar_Rad_Whm2_Example.

   Когда выбран входной растр, параметр Широта автоматически заполняется широтой из DSM. Этот параметр помогает определить положение солнца.

   По умолчанию инструмент запускается с интервалом в несколько дней. Вы измените временной интервал, чтобы рассчитывать солнечную радиацию в течение всего года.

5. Для Конфигурации времени выберите Целый год. При необходимости для Года введите 2019.

   По умолчанию инструмент вычисляет количество солнечной радиации один раз каждые полчаса для каждого выбранного дня. Вы измените интервал в часах на один раз в час, чтобы сократить время расчета.

6. Для Часового интервала введите 1.

   По умолчанию инструмент проверяет 32 направления вокруг каждой ячейки, чтобы найти препятствия для света. Чтобы сократить время расчета, вы измените это значение на 16.

7. Разверните Топографические параметры. Для Направления вычислений введите 16.

   Далее вы измените параметры среды инструмента так, чтобы обрабатывались только области внутри контуров здания, что экономит время вычислений.

8. Выберите вкладку Параметры среды. Для Маски выберите Building_Footprints.

   Инструмент Область солнечного излучения является инструментом сложных вычислений. Для целей этого упражнения вы можете запустить инструмент или использовать растр солнечного излучения, который уже был создан и который был снабжен данными проекта.

9. Если вы хотите запустить инструмент (это может занять от 20 до 90 минут), щелкните Запустить. Если вы хотите использовать уже созданный растровый слой, откройте панель Каталог и разверните Базы данных и Solar_in_Glover.gdb. Добавьте слой Solar_Rad_Whm2 на карту.

   В зависимости от того, создаете ли вы слой самостоятельно или добавляете существующий слой на карту, символы слоя могут отличаться. Вы измените символы слоя на уроке позже, поэтому его текущие символы не имеют значения.

10. Сохраните проект.

Преобразование единиц измерения

Растр солнечного излучения использует ватт-часы на квадратный метр в качестве единицы измерения. Согласно легенде на панели Содержание, некоторые ячейки имеют значения более 1 миллиона (выражается с помощью обозначения e+06). Чтобы уменьшить размер этих значений и сделать их более удобными для чтения, вы преобразуете растровый слой в киловатт-часы на квадратный метр (кВтч/м²).

1. На панели Содержание отключите слой Building_Footprints.
2. На панели Геообработка щелкните кнопку Назад (вам может понадобиться дважды щелкнуть по ней). Найдите и откройте инструмент Калькулятор растра (Инструменты Spatial Analyst).

   В одном киловатте 1000 ватт, поэтому для преобразования единиц измерения вам нужно всего лишь создать выражение, которое делит существующие значения ячеек на 1000.

3. Для Выражение алгебры карт введите (или создайте) следующее выражение:

   «Solar_Rad_Whm2» / 1000

   Если вы создали свой собственный растровый слой солнечного излучения, имя слоя в выражении будет Solar_Rad_Whm2_Example вместо Solar_Rad_Whm2.

4. Для Выходного растра измените имя на Solar_Rad.
5. Щелкните Запустить.

   Новый растровый слой будет создан и добавлен на карту. Он похож на исходный слой солнечного излучения, но значения в 1000 раз меньше.

   Вам больше не нужен оригинальный слой солнечного излучения, поэтому вы удалите его.

6. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Solar_Rad_Whm2 (или Solar_Rad_Whm2_Example) и выберите Удалить.

Присвоение символов слою солнечного излучения

Далее вы присвоите символы слою Solar_Rad. Для анализа вы будете использовать унифицированные символы для всех растровых слоев солнечного излучения, чтобы обеспечить их визуальное сравнение. Вы примените файл слоя с предопределенными символами к слою. Этот файл слоя был включен в данные проекта.

1. На панели Содержание щелкните цветовую шкалу Solar_Rad.

   Появится панель Символы.

2. На панели Символы щелкните кнопку опций и выберите Импорт из файла слоя.

3. В окне Импорт символов разверните Папки и Solar_in_Glover. Дважды щелкните Solar_Rad.lyrx.

   Файл слоя применяется к слою. Новые символы появятся на карте.

4. Закройте панель Символы.
5. Увеличьте изображение, чтобы лучше видеть поверхности крыш.

   Красный и оранжевый цвета указывают на большее количество солнечного излучения, а желтый и синий тона указывают на меньшее количество. (Ячейки, находящиеся вне слоя Building_Footprints, имеют значение NoData и не отображаются.)

   Скаты крыш, обращенные на север, как правило, получают меньше солнечной энергии, чем южные. Кроме того, крыши, заслоняемые деревьями или другими зданиями, иногда получают меньше солнечной энергии.

6. Вернитесь к полному экстенту района. Сохраните проект.

Вы составили карту годовой солнечной энергии на крышах Гловер-Парка. Сначала вы создали растровый слой солнечного излучения. Затем вы преобразовали единицы измерения и обозначили слой для целей визуализации. Далее вы определите крыши, подходящие для солнечных батарей.

---

Чтобы определить подходящие крыши для солнечных батарей, вы должны рассмотреть три критерия:

• Подходящие крыши должны иметь уклон 45 градусов или меньше, так как крутые скаты, как правило, получают меньше солнечного света. Чтобы определить уклон крыши, вы должны создать растровый слой уклонов.
• Подходящие крыши должны получать не менее 800 кВтч/м² солнечного излучения. Вы можете оценить этот критерий, используя растровый слой солнечного излучения.
• Подходящие крыши не должны быть направлены на север, так как на северные крыши в северном полушарии попадает меньше солнечного света. Чтобы определить ориентацию крыши, вам необходимо создать растровый слой экспозиции.

Создание слоя уклонов

В первую очередь вы будете использовать инструмент Уклон, чтобы создать растровый слой с уклонами на основе вашего DSM.

1. При необходимости, откройте ваш проект Solar_in_Glover в ArcGIS Pro.
2. Если необходимо, откройте панель Геообработка. Если панель Геообработка уже открыта, щелкните кнопку Назад.
3. Найдите инструмент Уклон и откройте Уклон (Инструменты Spatial Analyst).
4. Для Входного растра выберите DSM. Для Выходного растра измените имя на Slope_DSM.

   Другие параметры, которые определяют способ измерения и расчета уклона, изменять не нужно.

5. Щелкните Запустить.

   Инструмент запустится, и новый растровый слой будет добавлен на карту.

   Каждая ячейка в этом слое содержит значение уклона в диапазоне от 0 до 90 градусов. Более светлые цвета представляют более пологие уклоны, в то время как более темные цвета представляют более крутые уклоны.

Создание слоя экспозиции

Чтобы определить ориентацию крыши, вы создадите растровый слой экспозиции с помощью инструмента Экспозиция.

1. На панели Геообработка щелкните кнопку Назад. Найдите инструмент Экспозиция и откройте Экспозиция (Инструменты Spatial Analyst).
2. Для Входного растра выберите DSM. Для Выходного растра измените имя на Aspect_DSM.

   Вам не нужно менять метод, с помощью которого инструмент будет вычислять экспозицию.

3. Щелкните Запустить.

   Инструмент запустится, и новый растр будет добавлен на карту.

   Каждая ячейка содержит значение, выражающее ориентацию в градусах, где 0 представляет абсолютный север, а 180 – абсолютный юг. В легенде слоя перечислены конкретные диапазоны градусов для каждого направления.

Удаление областей с большими уклонами

Далее вы будете использовать растровые слои, чтобы найти области, которые соответствуют критериям для установки солнечных батарей. Сначала вы удалите области из растрового слоя солнечного излучения, уклон которых больше 45 градусов.

Все ваши растровые слои используют одну и ту же сетку ячеек. Поэтому вы можете сравнить значения в слоях солнечной радиации и уклона. Вы создадите выражение в инструменте Условие, которое проверяет, является ли каждое значение уклона меньше или равным 45.

Если уклон ячейки круче 45 градусов, ее значение изменится на NoData в выходном слое. В противном случае ячейке будет присвоено соответствующее значение солнечного излучения. Результатом будет растровый слой солнечного излучения, который не включает уклоны больее 45 градусов.

1. На панели Содержание отключите слой Aspect_DSM.
2. На панели Геообработка щелкните кнопку Назад. Найдите инструмент Условие и откройте Con (Инструменты Spatial Analyst).
3. Для Входного растра условия выберите Slope_DSM.
4. Для Выражения нажмите Новое выражение.

5. Создайте выражение Где VALUE меньше или равно 45.

   Это выражение будет применяться к каждой ячейке в растре уклонов. Если значение ячейки меньше или равно 45, эта ячейка считается истинной. Если нет, ячейка считается ложной.

   Далее вы выберете растровый слой, который будет предоставлять значения для выходных ячеек, которые считаются истинными. Поскольку ваш второй критерий – солнечное излучение, выходной слой будет использовать значения ячейки солнечного излучения.

6. Для опции Входной растр значения «истина» или константа выберите Solar_Rad.

   У вас также есть возможность выбрать растровый слой или установить постоянное значение для ячеек, для которых установлено значение false. Вы оставите этот параметр без изменений, чтобы ложным ячейкам было присвоено значение NoData.

7. Для Выходного растра измените имя на Solar_Rad_S.

8. Щелкните Запустить.

   Инструмент запустится, и новый растр будет добавлен на карту. Прежде чем исследовать новый слой, вы измените его символы в соответствии с растровым слоем солнечного излучения.

9. На панели Содержание щелкните цветовую шкалу Solar_Rad_S.

   Появится панель Символы.

10. На панели Символы щелкните кнопку опций и выберите импорт из файла слоя.
11. В окне Импорт символов откройте Папки и Solar_in_Glover. Дважды щелкните Solar_Rad.lyrx.

    Новые символы добавлены к слою.

12. Закройте панель Символы. На панели Содержание выключите слои Slope_DSM и Solar_Rad.
13. Увеличьте масштаб, чтобы рассмотреть здания более подробно.

    Некоторые местоположения на крышах были удалены из слоя солнечного излучения. Удалены области с уклоном выше 45 градусов. Как и слой Solar_Rad, этот слой отображает области более высокой солнечной радиации более темными оттенками красного.

14. Вернитесь к полному экстенту района. Сохраните проект.

Удаление областей с низким солнечным излучением

Далее вы рассмотрите второй критерий подходящих крыш. Поверхности крыши должны получать не менее 800 кВтч/м² солнечного излучения для рентабельности установки солнечных батарей. Вы будете использовать инструмент Условие для слоя Solar_Rad_S, чтобы удалить области с низким уровнем солнечного излучения.

Панель Геообработка должна быть открыта для инструмента Условие.

1. На панели Геообработка для Входного растра условия выберите Solar_Rad_S.
2. Удалите предыдущее выражение. Добавьте новое выражение, которое читается как Где ЗНАЧЕНИЕ больше или равно 800.
3. Для опции Входной растр значения «истина» или константа выберите Solar_Rad_S. Для Выходного растра измените имя на Solar_Rad_S_HS.

4. Щелкните Запустить.

   Новый растровый слой будет добавлен на карту. Вы обозначите его так же, как и другие слои солнечного излучения.

5. На панели Содержание щелкните цветовую шкалу Solar_Rad_S_HS.

   Появится панель Символы.

6. На панели Символы щелкните кнопку опций и выберите импорт из файла слоя. В окне Импорт символов перейдите к Solar_in_Glover и дважды щелкните Solar_Rad.lyrx.

   Символы применяются к слою.

7. Закройте панель Символы. Выключите слой Solar_Rad_S.
8. Увеличьте масштаб, чтобы рассмотреть здания более подробно.

   Неподходящие области были удалены. Эти области получают мало солнечного излучения, что делает их менее оптимальными для установки солнечных батарей. Символы этого слоя такие же, как у других слоев солнечного излучения.

9. Вернитесь к полному экстенту района. Сохраните проект.

Удаление областей, ориентированных на север

Третий критерий для подходящих крыш – то, что поверхность крыши не должны быть направлена на север. В северном полушарии поверхности, обращенные к северу, вероятно, будут получать меньше солнечного излучения, чем поверхности, обращенные в других направлениях. (В южном полушарии обращенные на юг поверхности получают меньше солнечного излучения.)

Многие поверхности крыши, обращенные на север, уже были удалены, когда вы удалили участки с низким уровнем солнечной радиации, но некоторые остались. Уклоны, которые обращены к северу, имеют значение менее 22,5 градусов или более 337,5 градусов в слое растровых экспозиций. Кроме того, вы хотите, чтобы уклоны были почти плоскими, независимо от их внешнего вида. Если крыша плоская, для солнечных батарей ее внешний вид не имеет значения.

Для выполнения обоих условий вы будете использовать как слой Aspect_DSM, так и слой Slope_DSM. Вы запустите инструмент Условие дважды, сначала для определения областей с низкими уклонами (менее 10 градусов), а затем для определения областей, обращенных к северу.

1. Убедитесь, что панель Геообработка все еще открыта для инструмента Условие. Для Входного растра условия выберите Slope_DSM.
2. Удалите выражение и добавьте новое выражение Где VALUE меньше или равно 10.
3. В опции Входной растр значения «истина» или константа выберите Solar_Rad_S_HS. Для Выходного растра измените имя на Solar_Rad_Low_Slope.

4. Щелкните Запустить.

   Новый растровый слой будет добавлен на карту. Вы запустите инструмент Условие во второй раз, чтобы определить северные поверхности.

5. В инструменте Условие для Входного растра условия выберите Aspect_DSM.

   Обращенные на север уклоны – это уклоны, которые имеют значение менее 22,5 или более 337,5. Ваше выражение потребует двух условий для выполнения обоих этих требований.

6. Удалите выражение и добавьте новое выражение Где VALUE больше чем 22.5.
7. Щелкните Добавить условие. Создайте выражение И VALUE меньше 337.5.

   Вместе эти условия охватывают все поверхности, которые не обращены на север.

   Вы по-прежнему будете использовать слой Solar_Rad_S_HS в качестве истинного растра, но вы добавите слой Solar_Rad_Low_Slope в качестве ложного растра. Таким образом, ложные ячейки (те, что обращены на север) будут заменены значениями из слоя с низким уклоном. Выходной слой будет содержать как области, которые не обращены к северу, так и области с низким уклоном.

8. Для опции Входной растр значения «истина» или константа убедитесь, что выбран Solar_Rad_S_HS. Для опции Входной растр значения «ложь» или константа выберите Solar_Rad_Low_Slope.
9. Для Выходного растра измените имя на Solar_Rad_S_HS_NN.

10. Щелкните Запустить.

    Новый растровый слой будет добавлен на карту. Вы обозначите его так же, как и другие слои солнечного излучения.

11. На панели Содержание щелкните цветовую шкалу Solar_Rad_S_HS_NN. На панели Символы щелкните кнопку опций и выберите импорт из файла слоя.
12. Перейдите в папку Solar_in_Glover и дважды щелкните Solar_Rad.lyrx.

    Символы добавляются в растровый слой.

13. Закройте панель Символы. Выключите слои Solar_Rad_Low_Slope и Solar_Rad_S_HS.
14. Увеличьте масштаб, чтобы рассмотреть здания более подробно.

    Поскольку многие поверхности, обращенные на север, были удалены при удалении областей с низким уровнем солнечной радиации, изменение между этим слоем и предыдущим не столь существенное. Однако некоторые области были удалены, и эта карта теперь содержит поверхности крыши, подходящие для установки солнечных батарей. Для фактической установки солнечных панелей необходимо было бы рассмотреть каждую крышу более подробно, но для целей вашего анализа этой информации достаточно.

15. Вернитесь к полному экстенту района. Сохраните проект.

Вы проанализировали свой первоначальный слой солнечной радиации, удалив неподходящие участки для солнечных батарей. С этим слоем подходящих поверхностей вы готовы продолжить анализ и агрегировать солнечную радиацию для каждого здания.

---

Ваша карта показывает, сколько солнечного излучения получает каждая растровая ячейка. Ячейки ваших растровых слоев занимают относительно небольшую площадь (0,5 квадратных метра), поэтому эта информация не так уж важна, если смотреть на весь район или даже отдельное здание.

На этом уроке вы соберете данные о солнечной радиации, чтобы определить, сколько солнечной радиации получает каждое здание в течение среднестатистического года. Затем вы преобразуете солнечное излучение в потенциал производства электроэнергии и изучите свои результаты.

Объедение ячеек по зданиям

Сначала вы вычислите среднее значение солнечной радиации для каждого здания с помощью инструмента Зональная статистика в таблицу.

1. При необходимости, откройте ваш проект Solar_in_Glover в ArcGIS Pro.
2. Выключите слои DSM и Hillshade_DSM. Включите слой Building_Footprints.

   Используя контуры здании в качестве границ, вы можете объединять ячейки солнечного излучения для здания.

3. Если необходимо, откройте панель Геообработка.
4. Найдите и откройте инструмент Зональная статистика в таблицу.
5. Для Входные векторные или растровые данные зон выберите Building_Footprints. Для Поля зоны, убедитесь, что выбрано Building_ID.

   Поле Building_ID является уникальным идентификатором для каждого контура здания. Использование этого поля в качестве поля зоны гарантирует, что каждый контур используется для агрегирования.

6. Для Входного растра значений выберите Solar_Rad_S_HS_NN. Для Выходной таблицы измените имя на Solar_Rad_Table.

   Вы можете использовать для расчетов несколько типов статистики. Вы вычислите среднее значение, чтобы определить среднее значение солнечной радиации на здание.

7. Для Тип статистики выберите Среднее.

8. Щелкните Запустить.

   Инструмент запускается, и новая таблица добавляется в нижнюю часть панели Содержание в раздел Автономные таблицы.

   Подсказка:

   Панель Содержание содержит много слоев, поэтому вам может понадобиться прокрутить вниз, чтобы увидеть таблицу. Если вы хотите увидеть все свои слои без необходимости прокрутки, вы можете свернуть условные обозначения для слоев, щелкнув стрелку рядом с именем слоя.

9. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Solar_Rad_Table и выберите Открыть.

   Откроется таблица. Она содержит поля для количества ячеек (COUNT), площади в квадратных метрах (AREA) и средней солнечной радиации в кВтч/м ² (MEAN) для каждого здания. Поле Building_ID содержит уникальный идентификатор здания.

   Поскольку эта таблица является автономной, она не связана с пространственными данными на вашей карте. Вы присоедините ее к слою Building_Footprints, используя инструмент Добавить соединение.

10. Закройте таблицу. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Building_Footprints, укажите Соединения и связи и выберите Добавить соединение.

    Откроется диалоговое окно Добавить соединение. Инструмент Добавить соединение соединяет таблицу с атрибутивной таблицей слоя или другой таблицей. Чтобы соединение работало, в обеих таблицах должно быть соответствующее поле. В этом случае соответствующее поле Building_ID.

11. В диалоговом окне Добавить соединение для Входной таблицы подтвердите, что выбрано Building_Footprints. Для Входного поля соединения выберите Building_ID.

    Когда вы выбираете поле соединения, вы можете получить сообщение о том, что поле соединения не проиндексировано. Хотя это может повлиять на производительность, вы можете запустить инструмент без индексации поля.

12. Для Таблицы соединения, убедитесь, что выбрано Solar_Rad_Table. Для Поля присоединяемой таблицы подтвердите, что выбрано Building_ID.

13. Нажмите OK.

    Инструмент запустится. Данные новой таблицы присоединяются к слою Building_Footprints.

14. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Building_Footprints и выберите Таблицу атрибутов.

    Поля COUNT, AREA и MEAN добавлены в конец таблицы.

15. Закройте таблицу.

Поиск подходящих зданий

Вы определили подходящие поверхности для солнечных батарей. Однако есть еще один критерий для определения пригодности для солнечных батарей. Если здание имеет менее 30 квадратных метров подходящей поверхности крыши, оно обычно не подходит для установки солнечных батарей. Вы будете выбирать здания, у которых достаточно подходящей поверхности крыши, с помощью инструмента Выбрать в слое по атрибуту.

1. На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Выборка щелкните Выбрать по атрибуту.

   Откроется диалоговое окно Выбрать по атрибутам.

2. В диалоговом окне Выбрать в слое по атрибуту для Входных строк, убедитесь, что выбран Building_Footprints. Для Типа выборки, убедитесь, что выбрана Новая выборка.
3. В опции Выражение щёлкните Новое выражение. Создайте выражение Где AREA больше или равно 30.

4. Нажмите OK.

   Выборка применяется. Большинство зданий выбраны. Точное количество выбранных объектов указано под картой.

5. Увеличьте масштаб, чтобы рассмотреть здания более подробно.

   Многие неподходящие здания особенно малы. Другие больше, но не имеют подходящих поверхностей для солнечных батарей, возможно, из-за тени, создаваемой соседними объектами.

6. Вернитесь к полному экстенту района.

   Вы экспортируете выбранные здания в новый класс пространственных объектов.

7. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Building_Footprints, укажите Данные и выберите Экспорт объектов.

   Появится диалоговое окно Экспорт объектов.

8. В диалоговом окне Класс объектов в класс объектов для Входных объектов убедитесь, что выбран Building_Footprints. Для Выходного местоположения, убедитесь, что выбран Solar_in_Glover.gdb.
9. Для Выходного имени введите Suitable_Buildings.

10. Нажмите OK.

    Класс пространственных объектов создан и добавлен на карту. Вам больше не нужен оригинальный слой контуров здания или автономная таблица для солнечного излучения, так что вы их удалите.

11. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Building_Footprints и выберите Удалить. Правой кнопкой мыши щелкните Solar_Rad_Table и выберите Удалить.
12. Сохраните проект.

Создание поля для солнечного излучения

Далее вы создадите поле в таблице атрибутов Suitable_Buildings. Это поле будет содержать общее количество солнечной радиации, получаемой за год полезной площадью каждого здания. Вы рассчитаете это поле, умножив полезную площадь каждого здания на его среднее солнечное излучение. Чтобы избежать слишком большого числа, вы также преобразуете солнечное излучение из киловатт-часов на квадратный метр в мегаватт-часы на квадратный метр.

1. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Suitable_Buildings и выберите Таблицу атрибутов.
2. На ленте атрибутивной таблицы нажмите на кнопку Добавить поле.

   Появится вид Поля. В этом виде вы можете редактировать существующие поля или добавлять новые.

3. В нижнем ряду вида Поля для Имя поля введите Usable_SR_MWh. В качестве Тип данных выберите Двойная точность.

   Вам надо будет округлить все значения до 2 десятичных знаков.

4. Для Числового формата дважды щелкните пустую ячейку и щелкните кнопку Определяет форматирование при отображении числовых полей.

   Открывается окно Числовой формат.

5. Для Категории выберите Число. Под Округлением для Десятичных знаков введите 2.

6. Нажмите OK.
7. На ленте во вкладке Поля в группе Изменения щёлкните Сохранить.

   Поле сохраняется и добавляется в таблицу атрибутов. В настоящее время все его значения пустые.

   Вы вычислите значения для поля на основе значений в полях AREA и MEAN.

8. В таблице атрибутов щелкните правой кнопкой мыши имя столбца Usable_SR_MWh и выберите Вычислить поле.

   Появится панель Вычислить поле. Вы создадите выражение, которое умножит площадь подходящих поверхностей на среднее солнечное излучение для каждого здания. Вы разделите результат на 1000, чтобы преобразовать его из киловатт-часов на квадратный метр в мегаватт-часы на квадратный метр.

9. В диалоговом окне Вычислить поле для Usable_SR_MWh = создайте или скопируйте и вставьте следующее выражение:

   (!AREA! * !MEAN!) / 1000

10. Нажмите OK.

    Инструмент запустится, и поле будет подсчитано.

11. Закройте вид Поля. Сохраните проект.

    Теперь у вас есть оценка того, сколько солнечного излучения каждое здание получает каждый год на поверхностях, подходящих для солнечных панелей.

Преобразование солнечной радиации в энергию

Далее вы преобразуете полезные значения солнечного излучения в потенциал производства электроэнергии. Количество энергии, которую могут производить солнечные батареи, зависит не только от солнечной радиации, но также от эффективности солнечных батарей и соотношения производительности установки.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) дает лучшую консервативную оценку эффективности 15 процентов и производительности 86 процентов. Эти значения означают, что солнечные панели способны преобразовывать 15 процентов поступающей солнечной энергии в электричество, и 86 процентов этого электричества поддерживается на протяжении всего времени эксплуатации.

Чтобы определить потенциал производства электроэнергии, вы создадите поле и рассчитаете его, умножив ваши полезные значения солнечной радиации на значения эффективности и соотношения производительности.

1. В Таблице атрибутов щелкните кнопку Добавить поле.
2. В виде Поля для имени нового поля Имя поля введите Elec_Prod_MWh. В качестве Тип данных выберите Двойная точность.
3. Для Числового формата щелкните кнопку Определяет форматирование при отображении числовых полей.
4. В окне Числовой формат для Категории выберите Число. Под Округлением для Десятичных знаков введите 2.
5. Щелкните OK. На ленте на вкладке Поля в группе Изменить щелкните Сохранить.

   Новое поле появится в таблице атрибутов. Его значения пустые. Далее вы вычислите поле.

6. В таблице атрибутов щелкните правой кнопкой мыши имя столбца Elec_Prod_MWh и выберите Вычислить поле.
7. В диалоговом окне Вычислить поле для Usable_SR_MWh = создайте или скопируйте и вставьте следующее выражение:

   !Usable_SR_MWh! * 0.15 * 0.86

8. Нажмите OK.

   Инструмент запустится, и поле будет подсчитано.

9. Закройте таблицу атрибутов и вид Поля.

Назначение символов данным

Ваш анализ завершен. Прежде чем исследовать результаты, вы назначите символы слою на основе созданного вами поля. Вы также добавите базовую карту для контекста.

1. На панели Содержание щёлкните символ слоя Suitable_Buildings.

   Появится панель Символы. Он может быть открыт для галереи символов вместо основной страницы символов.

2. Если галерея символов открыта, щелкните кнопку Назад.
3. На основной странице символов щелкните кнопку опций и выберите Импорт символов.

   Появится панель Геообработка с инструментом Применить символы слоя.

4. В инструменте Применить символы слоя для Слоя символов щелкните кнопку Обзор.

5. В окне Слой символов перейдите в папку Solar_in_Glover и дважды щелкните Suitable_Buildings.lyrx.
6. Оставьте все другие параметры без изменений и щелкните Запустить.

   Символы слоя обновлены.

7. На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Слой нажмите Базовая карта, а затем Тёмно-серое полотно.

   Базовая карта будет добавлена на карту.

8. Исследуйте окончательную карту.

   Более крупные здания, как правило, имеют более высокий потенциал производства электроэнергии, чем односемейные жилые дома. Эта особенность существенна, потому что большие здания имеют большую поверхность крыши. Однако более крупные здания также имеют более высокие потребности в электроэнергии.

   Среднее домашнее хозяйство в Соединенных Штатах потребляет 10.77 МВтч в год. Могут ли многие домохозяйства в районе Гловер-Парк покрыть большую часть или все свои потребности в электроэнергии солнечными батареями?

   Вы также можете проверить общее количество энергии, которое может быть произведено районом.

9. На панели Содержание правой кнопкой мыши щелкните Suitable_Buildings и выберите Таблицу атрибутов.
10. В таблице атрибутов щелкните правой кнопкой мыши имя столбца Elec_Prod_MWh и выберите Статистика.

    Откроется диаграмма, показывающая распределение значений поля в виде гистограммы.

11. На ленте диаграммы щелкните кнопку Свойства.

    Появиться панель Свойства диаграммы. Панель содержит статистику, в том числе суммарный потенциал производства электроэнергии для всех зданий.

    Ваша статистика может немного отличаться от примера изображения.

    Весь район имеет потенциал для производства более 20 000 МВтч.

12. Закройте панель Свойства диаграммы, диаграмму и таблицу атрибутов. Сохраните проект.

Вы достигли своей цели и определили потенциал солнечной энергии в районе Гловер-Парк в Вашингтоне, округ Колумбия. Для этого вы использовали ЦММ для создания растрового слоя солнечного излучения. Затем вы определили подходящие крыши для солнечных батарей и рассчитали, сколько энергии могут генерировать эти крыши.

Ваши результаты представляют среднегодовую оценку. Тем не менее, производство электроэнергии на основе солнечной энергии меняется в зависимости от сезона, так как продолжительность дня и часы солнечного света меняются. Вы также можете выполнить рабочий процесс этого урока для определенных дней года, таких как зимнее и летнее солнцестояние и осеннее и весеннее равноденствие, чтобы определить самые высокие, самые низкие и средние значения выработки солнечной энергии.

Этот рабочий процесс может быть реплицирован для любого сообщества, если у вас есть контуры зданий и ЦММ. Многие сообщества предоставляют открытые данные ГИС. Данные для этого урока были получены с веб-сайта Open Data DC.

Еще больше уроков вы найдете в Галерее уроков Learn ArcGIS.

---

Авторские права третьих лиц

Возобновляемая энергия — Eesti Energia

Солнечная энергия – это лучший и самый простой способ самостоятельно производить 100% чистую энергию и экономить на расходах за электроэнергию. Продажи солнечных панелей в последнее время росли в геометрической прогрессии, и успех солнечной энергии не ослабевает.

Мы поговорили с Рейго Кебья, руководителем области солнечной энергии и решений для клиентов Enefit Green, на тему развития этой сферы.

Сфера солнечной энергии развивается с безумной скоростью. Как вы думаете, что больше всего способствовало этому?

Во-первых, хочу отметить повышение эффективности за счет технологических разработок солнечных панелей и, во-вторых, постоянное снижение стоимости технологий.

Эти факторы в значительной степени способствовали росту популярности солнечной энергии, что, в свою очередь, повысило осведомленность людей о бережном отношении к окружающей среде и финансовой экономии, которую они получают от использования солнечной энергии.

Когда началась популярность солнечной энергии как в мире в целом, так и в Эстонии?

В мире с 2010 года, когда началось массовое строительство солнечных парков. В Эстонии резкий рост объемов производства солнечной энергии произошел в 2018 году, когда было построено почти в десять раз больше парков, чем всего в Эстонии за предыдущий период.

Основной причиной такого роста стало резкое снижение цен на солнечные панели в 2018 году и окончание периода выделения государственных субсидий на возобновляемые источники энергии для солнечных парков мощностью до 1 МВт.

Говоря о технологиях солнечной энергетики, какие разработки являются наиболее важными?

Однозначно повышение эффективности, что я считаю самым важным. Эффективность первой солнечной панели, появившейся на рынке в 1954 году, составляла около 5%. В 2018 году, когда в Эстонии начался бум солнечных парков, эффективность панелей широкого потребления составляла 17%, сегодня мы говорим уже о 21%. Это означает, что одна солнечная панель сегодня производит на пятую часть больше энергии, чем три года назад.

Это важный шаг вперед. Увеличение размера панелей также сыграло свою роль, благодаря чему снизились затраты на установку.

Каков срок службы солнечной панели и что на него больше всего влияет?

Можно сказать, что в настоящее время настал переломный момент в сроке службы панелей. Если в 2018 году говорили в основном о сроке 25 лет, то сегодня – уже о 30 годах. На срок службы панели больше всего влияет долговечность материалов покрытия.

Работающая панель горячая и получает много ультрафиолетового излучения, поэтому используемые материалы должны быть очень прочными. Еще один немаловажный фактор – качество монтажа. Панели не должны находиться под напряжением, так как напряжение со временем вызовет микротрещины. Также важно правильно закрепить панели, иначе сильный ветер может создать внутренние напряжения.

Защита окружающей среды также актуальна в области солнечной энергии, так что же происходит с панелями, когда заканчивается срок их службы?

Сегодняшние технологии позволяют повторно использовать около 95% панели. По прогнозам, к 2030 году из переработанных солнечных панелей будет произведено 60 миллионов новых панелей.

Срок службы – очень важный фактор при расчете окупаемости. 30 лет – это очень большой срок, но цель должна быть еще больше. Почему бы не 40 лет, как у многих базовых электростанций, но я считаю, что это может произойти через пять или более лет.

Производство солнечной энергии среди частных лиц и домашних потребителей увеличивается. Почему это так?

Производство солнечной электроэнергии – это не только экологически чистый и мировоззренческий, но и экономически выгодный выбор. Это также относится к частным лицам и домашним потребителям. Производя энергию с помощью панелей, установленных на участке или доме, можно сэкономить на плате за сетевое обслуживание.

Во многих случаях экономическая рентабельность достигается и без субсидий на возобновляемые источники энергии. Установка солнечных парков в новом офисном, производственном или жилом здании стало новой реальностью и нормой, и непривычно видеть новые объекты, на крыше которых или в непосредственной близости от них не было бы построено солнечного парка.

Многие зеленые движения считают, что во всем мире можно одновременно перейти на возобновляемые и альтернативные источники энергии. Тем не менее, это происходит постепенно, почему?

Каждое изменение требует времени, как и внедрение любой новой технологии. Я бы провел параллель с появлением на рынке смартфона. Новая технология не покорила сразу весь мир, кнопочные телефоны используются по сей день. Похожая тенденция повторяется и в области солнечной энергетики.

Во-вторых, распределительная сеть должна быть адаптирована для того, чтобы производство электроэнергии могло осуществляться децентрализованно без какого-либо снижения эксплуатационной надежности. Солнца и ветра не всегда хватает в течение года, но они дополняют друг друга.

Я приведу в пример решение возобновляемой энергии Enefit Green в Рухну, где мы построили парк солнечных батарей, ветропарк, установили аккумуляторы, а также генераторы, работающие на биодизеле.

Они дополняют друг друга как на еженедельной, так и на круглогодичной основе, энергию производит тот источник, использование которого является наиболее разумным в данный момент. Зимой меньше солнца, но больше ветра, летом наоборот, весной и осенью немного того и другого.

Однако бывают периоды, когда зимой недостаточно ветра или солнца, поэтому существует потребность в большем использовании накопительных мощностей или быстро запускаемых старомодных электростанциях.

Запросить предложение

Почему мир переходит на солнечную энергию и сколько это стоит — Forbes Kazakhstan

Фото: архив пресс-службы

По информации Джеймса Уотсона, солнечная энергия займет центральное место на ЭКСПО 2017 в столице Казахстана. Он считает это неслучайным: энергия солнца уже сейчас является популярным источником энергии и, по прогнозам, станет основным источником электроэнергии к 2050 году, обеспечивая более половины мирового потребления электричества.

«Наше исследование рынка показывает, что производство мировой солнечной энергии возросло с 3 ГВт в 2007 до 305 ГВт в 2016. Это невероятное достижение: ни одна другая технология производства электроэнергии не может похвастаться такими темпами. Количество установок для производства солнечной энергии увеличивается год от года, и во многих странах, от Австралии до Швеции, люди предпочитают солнечную энергию», — пишет автор статьи, опубликованной на renewableenergyworld.com.

Вариации производства солнечной энергии дают безграничный простор для изобретателей и ученых. Организаторам Всемирной выставки в Астане удалось собрать на одной площадке огромное количество технологий производства солнечной энергии, включая даже установку для выработки солнечной энергии в космосе.

«Участники ассоциации SolarPower Europe также будут присутствовать на конференции и продемонстрируют самые современные установки по производству солнечной энергии. Компания Viessman, ведущий мировой производитель систем отопления, а также энергетических систем и систем охлаждения в промышленности, продемонстрирует систему хранения льда, работающую на солнечной энергии. Известная казахстанская компания ABB, работающая в области энергетики и автоматизации, представит проект Solar Impulse – свой инновационный самолет, использующий солнечную энергию», — сообщил доктор Уотсон.

Впрочем, именно солнечная энергия станет одним из основных источников питания на ЭКСПО 2017. Известно, что на южной стороне международных павильонов, а также на крыше основного павильона будут установлены солнечные батареи.

Как и многие другие сторонники перехода на возобновляемые виды энергии (ВИЭ), глава SolarPower Europe считает активное развитие солнечной энергии хорошей новостью для планеты. Распространение ВИЭ способно облегчить переход к низкоуглеродной экономике и помочь в борьбе с изменением климата.

Напомним, что, согласно Парижскому соглашению Конференции по вопросам климатических изменений (COP 21), чтобы температура на планете не поднималась больше, чем на 1,5 градусов по Цельсию в год, необходимо резко сократить выбросы углекислого газа.

«На сегодняшний день солнечная энергия считается самым эффективным решением в борьбе с изменением климата. Этот способ производства энергии является экологически чистым, экономически выгодным и доступным уже сегодня, — подчеркивает генеральный директор SolarPower Europe. – На практике, использование солнечной энергии сокращает мировые выбросы углекислого газа на 200-300 млн тонн ежегодно, что эквивалентно общим выбросам парниковых газов во Франции. Использование солнечной энергии может удовлетворить одновременно как глобальную потребность в увеличении производства энергии, так и потребность в уменьшении углеродного следа».

Есть еще один немаловажный фактор популяризации этого вида ВИЭ заключается в том, что развитие технологий позволило значительно снизить стоимость производства солнечной энергии. Так, начиная с 2009 стоимость солнечных энергосистем снизилась на 75%, при этом имеется перспектива сохранения этой тенденции.

«На сегодняшний день более чем в 30 странах солнечная энергия обходится дешевле, чем наращивание новых мощностей по производству энергии из ископаемого топлива. Правительства во всем мире признают солнечную энергию экономически выгодной и ставят амбициозные цели по увеличению ее производства. Индия взяла на себя обязательство дойти до производства 100 ГВт солнечной энергии к 2022 году, Китай — до 150 ГВт к 2020. Республика Казахстан поставила перед собой задачу к 2020 году производить 3% от общего объема электроэнергии из возобновляемых источников энергии, включая солнечную, 10% — к 2030, 50% — к 2050», — рассказал эксперт.

Будущее солнечной энергии безгранично. Выставка продемонстрирует одни из наиболее перспективных разработок в области солнечной энергетики – если вы хотите заглянуть в будущее, то вам, безусловно, стоит посетить Астана ЭКСПО-2017, резюмировал он.

Китай совершил крупный прорыв в преобразовании солнечной энергии в жидкое топливо

Нестабильность производства электроэнергии из возобновляемых источников требует эффективных технологий по накоплению запасов энергии. Считается, что лучшим вариантом для этого станет преобразование электричества в экологическое топливо. Над этим работают все развитые и развивающиеся страны мира. О прорыве на данном направлении сообщили китайцы, успешно завершившие проект длительностью двадцать лет.

Секретная китайская установка по получению жидкого метанола из электричества с солнечных ферм. Источник изображения: CCTV

Основной телевещатель на территории материкового Китая — компания CCTV — выпустил репортаж о завершении проекта преобразования солнечной энергии в жидкое топливо. С помощью электричества из фотоэлементов удалось синтезировать жидкий продукт с содержанием метанола на уровне 99,5 %. Над этим проектом в Китае начали работать в 2001 году и к январю 2020 года в целом завершили разработку и создали экспериментальную установку.

Сообщается, что в промышленном масштабе одна установка может производить 1500 тонн метанола в год, попутно перерабатывая 2000 тонн CO₂. Метанол получается в процессе синтеза из оксида углерода и водорода на катализаторе. Водород для этого получают в процессе электролиза воды, для чего и требуется энергия, в частности — от солнечного света. Каждая тонна полученного водорода, если верить источнику, эквивалентна хранению энергии в объёме 33 МВт·ч (приводя эти данные, источник говорит о водороде, а не о метаноле).

Если Китай сможет развернуть массовое производство жидкого метанола, то существенно компенсирует выбросы CO₂, а на долю этой страны приходится 29 % выбросов этого парникового газа. Использование метанола в качестве топлива вместо угля также поможет снизить выбросы частиц загрязнения PM 2,5 (на 80 % и более) и оксидов азота NOx (на 90 % и более). Почему метанол, а не водород? Китай ежегодно вырабатывает до 80 млн тонн метанола, который также идёт в химическую промышленность. Возможно, поэтому.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Источники энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Большая часть нашей энергии невозобновляема

В Соединенных Штатах и ​​многих других странах большинство источников энергии для выполнения работы представляют собой невозобновляемые источники энергии:

Эти источники энергии называются невозобновляемыми, потому что их запасы ограничены объемами, которые мы можем добыть или извлечь из земли. Уголь, природный газ и нефть образовывались на протяжении тысяч лет из захороненных останков древних морских растений и животных, которые жили миллионы лет назад.Вот почему мы также называем эти источники энергии ископаемое топливо .

Большинство нефтепродуктов, потребляемых в Соединенных Штатах, производится из сырой нефти, но жидкие углеводороды также могут быть получены из природного газа и угля.

Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для получения тепла и, в конечном итоге, электричества. Ученые считают, что уран был создан миллиарды лет назад, когда образовались звезды.Уран находится повсюду в земной коре, но добывать его и перерабатывать в топливо для атомных электростанций слишком сложно или слишком дорого.

Есть пять основных возобновляемых источников энергии

Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:

Их называют возобновляемыми источниками энергии, потому что они восполняются естественным образом. День за днем ​​светит солнце, растут растения, дует ветер, текут реки.

Возобновляемая энергия была основным источником энергии на протяжении большей части истории человечества

На протяжении большей части истории человечества биомасса растений была основным источником энергии, которую сжигали для получения тепла и корма животных, используемых для транспортировки и вспашки.Невозобновляемые источники начали заменять большую часть возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах в начале 1800-х годов, а к началу 1900-х годов ископаемое топливо было основным источником энергии. Использование биомассы для отопления домов оставалось источником энергии, но в основном в сельской местности и для дополнительного отопления в городских районах. В середине 1980-х годов использование биомассы и других форм возобновляемой энергии начало расти в основном из-за стимулов к их использованию, особенно для производства электроэнергии. Многие страны работают над увеличением использования возобновляемых источников энергии, чтобы помочь сократить и избежать выбросов углекислого газа.

Узнайте больше об истории использования энергии в США и сроках использования источников энергии.

На приведенной ниже диаграмме показаны источники энергии в США, их основные виды использования и их процентные доли в общем потреблении энергии в США в 2020 году.

Скачать изображение Энергопотребление в США по источникам, 2020 г. потребление энергии с разбивкой по источникам, 2020 биомасса возобновляемые источники тепла, электричество, транспорт 4,9% гидроэнергия возобновляемые источники электроэнергии 2,8% ветро возобновляемые источники электроэнергии 3.2% солнечная возобновляемая энергия отопление, электричество 1,3% геотермальная энергия возобновляемая энергия отопление, электричество 0,2% бензин без возобновляемой энергии транспорт, производство, электроэнергия 34,7% природный газ невозобновляемая энергия отопление, производство, электричество, транспорт 33,9% уголь Не указанное выше количество источников — это чистый импорт электроэнергии и угольный кокс. Сумма отдельных процентов может не равняться 100% из-за независимого округления. Источник: U.S. Energy Information Administration, Monthly Energy Review, таблица 1.3, апрель 2021 г., предварительные данные

Последнее обновление: 7 мая 2021 г.

Формы энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это запасенная энергия и энергия положения.

---

Химическая энергия — это энергия, хранящаяся в связях атомов и молекул.Батареи, биомасса, нефть, природный газ и уголь являются примерами химической энергии. Химическая энергия преобразуется в тепловую, когда люди сжигают дрова в камине или сжигают бензин в двигателе автомобиля.

Механическая энергия — это энергия, запасенная в объектах за счет напряжения. Сжатые пружины и растянутые резиновые ленты являются примерами сохраненной механической энергии.

Ядерная энергия — это энергия, запасенная в ядре атома, то есть энергия, которая удерживает ядро ​​вместе.Когда ядра объединяются или расщепляются, может выделяться большое количество энергии.

Гравитационная энергия — это энергия, запасенная в высоте объекта. Чем выше и тяжелее объект, тем больше гравитационной энергии сохраняется. Когда человек едет на велосипеде с крутого холма и набирает скорость, гравитационная энергия превращается в энергию движения. Гидроэнергетика — еще один пример гравитационной энергии, когда гравитация заставляет воду спускаться через гидроэлектрическую турбину для производства электроэнергии.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это движение волн, электронов, атомов, молекул, веществ и объектов.

---

Лучистая энергия — это электромагнитная энергия, которая распространяется поперечными волнами. Лучистая энергия включает видимый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и радиоволны. Свет — это один из видов лучистой энергии. Солнечный свет — это лучистая энергия, которая обеспечивает топливо и тепло, которые делают возможной жизнь на Земле.

Тепловая энергия , или тепло, — это энергия, возникающая при движении атомов и молекул в веществе.Тепло увеличивается, когда эти частицы движутся быстрее. Геотермальная энергия — это тепловая энергия земли.

Энергия движения — это энергия, запасенная при движении объектов. Чем быстрее они движутся, тем больше энергии сохраняется. Чтобы заставить объект двигаться, требуется энергия, и энергия высвобождается, когда объект замедляется. Ветер — это пример энергии движения. Ярким примером энергии движения является автокатастрофа — автомобиль полностью останавливается и высвобождает всю свою энергию движения сразу в неконтролируемый момент.

Звук — это движение энергии через вещества в продольных (сжатие / разрежение) волнах. Звук возникает, когда сила заставляет объект или вещество вибрировать. Энергия передается через вещество волной. Обычно энергия звука меньше, чем в других формах энергии.

Электрическая энергия доставляется крошечными заряженными частицами, называемыми электронами, обычно движущимися по проводу. Молния — это пример электрической энергии в природе.

Объяснение геотермальной энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия — это тепло земли. Слово геотермальное происходит от греческих слов geo (земля) и therme (тепло). Геотермальная энергия — это возобновляемый источник энергии, потому что тепло постоянно вырабатывается внутри Земли. Люди используют геотермальное тепло для купания, обогрева зданий и выработки электроэнергии.

Источник: адаптировано из графика Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Геотермальная энергия исходит из недр земли

Медленный распад радиоактивных частиц в ядре Земли, процесс, который происходит во всех породах, производит геотермальную энергию.

Земля состоит из четырех основных частей или слоев:

• Внутреннее ядро ​​из твердого железа диаметром около 1500 миль
• Внешнее ядро ​​горячей расплавленной породы, называемой магмой, толщиной около 1500 миль.
• Мантия из магмы и горных пород, окружающая внешнее ядро, толщиной около 1800 миль
• Корка твердой породы, которая образует континенты и дно океана, толщиной от 15 до 35 миль под континентами и от 3 до 5 миль под океанами

Ученые обнаружили, что температура внутреннего ядра Земли составляет около 10 800 градусов по Фаренгейту (° F), что соответствует температуре поверхности Солнца. Температуры в мантии колеблются от примерно 392 ° F на верхней границе с земной корой до примерно 7230 ° F на границе мантия-ядро.

Земная кора разбита на части, называемые тектоническими плитами. Магма приближается к поверхности земли около краев этих плит, где происходит множество вулканов. Лава, извергающаяся из вулканов, частично является магмой. Скалы и вода поглощают тепло магмы глубоко под землей. Скалы и вода, обнаруженные глубоко под землей, имеют самые высокие температуры.

Последнее обновление: 19 ноября 2020 г.

Объяснение

угля — У.S. Управление энергетической информации (EIA)

Уголь образуется за миллионы лет

Уголь — это горючая осадочная порода черного или коричневато-черного цвета с высоким содержанием углерода и углеводородов. Уголь классифицируется как невозобновляемый источник энергии, потому что на его образование уходят миллионы лет. Уголь содержит энергию, запасенную растениями, которые сотни миллионов лет назад жили в заболоченных лесах.

Слои земли и камня покрывали растения миллионы лет.В результате давление и тепло превратили растения в вещество, которое мы называем углем.

Виды угля

Уголь подразделяется на четыре основных типа или классов: антрацитовый, битуминозный, полубитуминозный и лигнит. Рейтинг зависит от типов и количества углерода, содержащегося в угле, и от количества тепловой энергии, которую уголь может производить. Класс угольного месторождения определяется количеством давления и тепла, которые воздействовали на растения с течением времени.

Антрацит содержит 86–97% углерода и обычно имеет самую высокую теплотворную способность из всех марок угля. На антрацит приходилось менее 1% угля, добытого в Соединенных Штатах в 2019 году. Все антрацитовые шахты в Соединенных Штатах находятся на северо-востоке Пенсильвании. В США антрацит в основном используется в металлургической промышленности.

Битуминозный уголь содержит 45–86% углерода. Битуминозному углю в США от 100 до 300 миллионов лет.Битумный уголь является наиболее распространенным видом угля в Соединенных Штатах, и на него приходилось около 48% от общего объема добычи угля в США в 2019 году. Битумный уголь используется для выработки электроэнергии и является важным топливом и сырьем для производства коксующегося угля или использование в черной металлургии. В 2019 году битуминозный уголь добывался как минимум в 19 штатах, но на пять штатов приходилось около 75% от общего объема добычи битуминозных пород: Западная Вирджиния (27,5%), Пенсильвания (14,0%), Иллинойс (13,5%), Кентукки (10.6%) и Индиана (9,3%).

Суббитуминозный уголь обычно содержит 35–45% углерода и имеет более низкую теплотворную способность, чем битуминозный уголь. Возраст большинства полубитуминозных углей в Соединенных Штатах не менее 100 миллионов лет. Около 44% от общего объема добычи угля в США в 2019 году было суббитуминозным, около 88% было добыто в Вайоминге и 9% в Монтане. Остальное было произведено на Аляске, Колорадо и Нью-Мексико.

Бурый уголь содержит 25–35% углерода и имеет самое низкое энергосодержание среди всех марок углей.Месторождения бурого угля, как правило, относительно молодые и не подвергались воздействию высоких температур или давления. Бурый уголь рассыпчатый и имеет высокое содержание влаги, что способствует его низкой теплотворной способности. В 2019 году на бурый уголь приходилось 8% от общего объема добычи угля в США. Около 51% было добыто в Северной Дакоте, а около 41% — в Техасе. Остальные 9% были произведены в Луизиане, Миссисипи и Монтане. Бурый уголь в основном используется для выработки электроэнергии. Завод в Северной Дакоте также перерабатывает бурый уголь в синтетический природный газ, который отправляется по трубопроводам природного газа потребителям на востоке США.

Последнее обновление: 8 октября 2020 г.

Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии менялись с течением времени, и некоторые из них используются чаще, чем другие.

Три основных категории энергии для производства электроэнергии — это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.

Нажмите для увеличения

Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником U — около 40%.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.

Уголь

был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Ядерная энергия обеспечивает одну пятую электроэнергии США

Ядерная энергия была источником около 20% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают растущую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и являются источником около 20% всего U.С. Производство электроэнергии в 2020 году.

Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, подключенной к генератору.

Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветряные турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.

Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах.В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.

Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

¹ Включая обычные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Наши источники энергии, солнечные — Национальные академии

Солнечная

Солнечный свет — самый распространенный источник энергии на Земле. доставляется бесплатно.Действительно, энергия солнечного света, достигающего поверхности суши Соединенных Штатов, в тысячи раз превышает текущее общее годовое потребление энергии в стране.

Тем не менее, прямое использование энергии солнечного света, а не косвенное использование ископаемого топлива, ветра или гидроэлектроэнергии, вносит лишь небольшой вклад в энергоснабжение человечества. В 2008 году около 0,1% электроэнергии, потребляемой в США, приходилось на солнечные источники; к 2015 году он вырос до 0,6%. Теоретически могло быть намного больше.На практике это потребует значительного научного и технического прогресса в двух способах преобразования энергии солнечного света в пригодные для использования формы.

Одним из факторов, благоприятствующих фотоэлектрическим системам, является то, что они производят максимальную мощность ближе к моменту пикового спроса, который обеспечивается кондиционированием воздуха.

Фотоэлектрические (ФЭ) системы работают, потому что фотоэлектрические материалы поглощают энергию фотонов определенных длин волн и выделяют электроны, которые могут быть собраны в ток. Листы из этих материалов обычно используются для питания множества устройств — от орбитальных спутников до карманных калькуляторов — и многие компании производят устройства размером с крышу для домов и офисных зданий.

Текущая емкость ограничена двумя факторами. Один из них — эффективность фотоэлектрических материалов: по состоянию на 2014 год самые лучшие экспериментальные установки могли преобразовывать более 40% световой энергии в электричество; обычные коммерческие единицы составляют от 5% до 20%. Другой — стоимость фотоэлектрических модулей. В масштабах коммунальных предприятий по состоянию на 2015 год эти модули стоили около 2 долларов за каждый ватт генерирующей мощности. (Цена на жилые и коммерческие модули за ватт выше.) Это вдвое превышает целевую стоимость, установленную U.Десятилетняя программа SunShot Министерства энергетики (DOE), которая началась в 2011 году: 1 доллар за ватт мощности в системах коммунального масштаба и затраты на производство 0,06 доллара за киловатт-час (кВтч). Это сделало бы фотоэлектрические панели конкурентоспособными по цене с любым источником энергии — при наличии солнечного света. Хранение этой энергии повысит стоимость.

Прогресс обнадеживает: в 2014 году Министерство энергетики сообщило, что программа достигла 60% своих долгосрочных целей и что средняя цена на фотоэлектрическую электроэнергию для коммунальных предприятий упала примерно с 0 долларов.21 за кВтч в 2010 году до примерно 0,11 доллара США по сравнению со средней общенациональной ценой на электроэнергию в размере 0,12 доллара США за кВтч из всех источников. В некоторых частях страны фотоэлектрические системы на крыше уже достигают конкурентоспособных розничных цен. Вскоре затраты могут быть дополнительно сокращены за счет использования менее дорогих фотоэлектрических материалов, включая органические полимеры, и повышения эффективности.

Однако фотоэлектрическая энергия — это прерывистый источник, доступный только тогда, когда светит Солнце. Кроме того, если фотоэлектрическая энергия не потребляется немедленно, ее необходимо хранить в батареях или каким-либо другим способом.Адекватные и экономичные решения для хранения данных ждут разработки. Одним из факторов, благоприятствующих фотоэлектрическим системам, является то, что они производят максимальную мощность ближе к моменту пикового спроса, который обеспечивается кондиционированием воздуха. Пиковая мощность намного дороже средней мощности. С появлением повременного ценообразования на электроэнергию фотоэлектрическая энергия может стать более экономичной.

Несмотря на проблемы, по оценкам Министерства энергетики, если его цели SunShot будут достигнуты, фотоэлектрические системы смогут обеспечивать до 14% электроэнергии Америки к 2030 году.

Солнечный свет также может быть сфокусирован и сконцентрирован с помощью зеркал, и полученная энергия используется для нагрева жидкостей, которые приводят в действие турбины для выработки электричества — метод, называемый солнечной тепловой генерацией. В отличие от фотоэлектрических чипов, которые реагируют только на определенные длины волн солнечного света, солнечная тепловая генерация использует весь солнечный спектр. Существующие системы производят электроэнергию примерно в два раза дороже, чем источники ископаемого топлива. Инженерные достижения снизят стоимость, но производство солнечной тепловой энергии вряд ли возможно за пределами таких регионов, как юго-запад Соединенных Штатов, которые получают много солнечного света в течение длительных периодов времени.

Наши источники энергии, Солнце — Национальные академии

Солнце

Мы потребляем энергию в десятках форм. Тем не менее, практически вся энергия, которую мы используем, происходит от энергии атома. Реакции ядерного синтеза дают энергию звездам, в том числе Солнцу, и образующийся солнечный свет оказывает огромное влияние на нашу планету.

Солнечный свет содержит удивительно большое количество энергии.В среднем, даже после прохождения сотен километров воздуха в ясный день, солнечное излучение достигает Земли с достаточной энергией в одном квадратном метре для работы настольного компьютера среднего размера — если бы весь солнечный свет мог быть уловлен и преобразован в электричество. Фотоэлектрические и солнечные тепловые технологии собирают часть этой энергии сейчас, и в будущем их использование и эффективность будут расти.

Солнечное излучение достигает Земли с достаточным количеством энергии на одном квадратном метре для работы настольного компьютера среднего размера.

Энергия Солнца нагревает поверхность планеты, обеспечивая колоссальную передачу тепла и давления в зависимости от погодных условий и океанских течений. Возникающие воздушные потоки приводят в движение ветряные турбины. Солнечная энергия также испаряет воду, которая выпадает в виде дождя и накапливается за плотинами, где ее движение используется для выработки электроэнергии с помощью гидроэлектроэнергии.

Однако большинство американцев используют солнечную энергию в ее вторичной форме: ископаемое топливо. Когда солнечный свет попадает на растение, часть энергии улавливается посредством фотосинтеза и сохраняется в химических связях по мере роста растения.Конечно, мы можем восстановить эту энергию напрямую через месяцы или годы, сжигая растительные продукты, такие как древесина, которая разрывает связи и выделяет энергию в виде тепла и света. Однако чаще мы используем накопленную энергию в гораздо более концентрированных формах, которые возникают, когда органическое вещество после миллионов лет геологической и химической активности под землей превращается в уголь, нефть или природный газ. В любом случае, мы восстанавливаем силу солнечного света.