Какие есть возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Энергия, полученная за счёт возобновляемых источников, сегодня уже не просто предмет научных изысканий, а фактор, меняющий расклад сил на энергетических рынках, оказывающий давление на цену традиционных энергоносителей и определяющий экономическое будущее стран. Страны – импортёры традиционного топлива становятся всё более независимыми в своей энергетической политике от странэкспортёров, а те, в свою очередь, теряют основные рычаги влияния. Мир меняется, и ископаемое топливо постепенно перестаёт быть определяющим фактором геополитики: борьба за месторождения нефти и газа начинает уходить в прошлое.

Текст: Екатерина Борисова

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относятся энергия солнца, ветра, воды (включая энергию приливов), геотермальная энергия. Как возобновляемый источник энергии также используется биомасса, из которой производятся биоэтанол и биодизель. Причём это необязательно должны быть специально выращенные для получения энергии растения. Источниками энергии могут выступать водоросли, отходы производства и потребления.

В России возобновляемые источники энергии в зависимости от подхода представлены либо широко, либо вообще никак. Например, согласно данным Минэнерго доля ВИЭ в энергобалансе России составляет около 18%. Из них 17% приходится а энергию, вырабатываемую за счёт крупных гидроэлектростанций. Однако чаще, когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, вклад крупных ГЭС не учитывается, так какидоля крупной гидроэнергетики обычно упоминается отдельной графой. Исходя из этих позиций, доля ВИЭ в России – меньше 1%. Это, конечно, несравнимо с развитием энергетики на основе ВИЭ в других ведущих странах мира.

ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ… КИТАЙ
На первом месте по инвестиционным вложениям в развитие новых технологий в сфере энергетики стоят Китай, США и страны Евросоюза. Китай, являясь лидером по выбросам парниковых газов за счёт сжигания на своих тепловых станциях преимущественно угля, тем не менее, лидирует и в так называемых зелёных инвестициях. В 2013 году он впервые стал лидером по объёму инвестиций в «зелёную энергетику», несмотря на общемировое снижение инвестиционной активности в этой сфере. В 2013 году инвестиции КНР оценивались в 56,3 миллиарда долларов, что составляет 61% от общего объёма инвестиций по развивающимся странам. И это больше, чем инвестировали европейские страны вместе взятые. Более того, эти инвестиции впервые в истории превысили вложения Китая в топливную энергетику.

К 2020 году Китай предполагает повысить долю неисчерпаемых источников энергии до 15% и снизить углеродоёмкость экономики на 40–45% относительно уровня 2005 года. Это очень позитивные для всей планеты планы, если учесть, что треть ежегодно выделяющихся парниковых газов появляется за счёт работы именно китайской индустрии. Уже к концу 2015 года доля неископаемого топлива в структуре потребления этой страны была увеличена до 12%, а потребление угля уменьшилось на 1,7 процентных пункта (до 64,4%). Эти данные сообщил начальник Государственного управления по делам энергетики КНР Нур Бекри.

Во многом благодаря таким активным действиям Китая рост мировой экономики в 2014 году впервые (!) не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Это свидетельствует из отчёта, представленного организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.

Согласно предположениям Всемирного фонда дикой природы (WWF), к 2050 году 80% китайской энергетики может быть переведено на ВИЭ, если программы по развитию энергоэффективности не будут тормозиться. В результате эмиссия углерода от производства энергии к 2050 году может быть на 90% меньше, чем в настоящее время, без ущерба для стабильности электрической сети или замедления экономического роста. Возможно, этот прогноз слишком оптимистичный, но само по себе его появление показательно: китайский размах по внедрению ВИЭ поражает многих.

Сегодня не только развитые, но и многие развивающиеся страны имеют в своих планах энергетического развития обязательный пункт об увеличении доли ВИЭ. Даже Индия, в которой потребление самого грязного вида топлива – угля – до сих пор лишь росло, планирует к 2030 году увеличить общий объём вырабатываемой на основе ВИЭ (включая ГЭС) электроэнергии со 130 ГВт до 400 ГВт и уже сейчас значительно обогнала нас по этим показателям.

Ведущие мировые энергетические концерны также всё больше смещают акцент своих исследований и производств на возобновляемые источники энергии. Так, французская нефтегазовая компания Total приобрела контрольный пакет акций американской Sunpower, которая производит солнечные батареи.

ПОЧЕМУ ЭТО ТАК ВАЖНО?
Традиционное, ископаемое топливо, как известно, имеет тенденцию к исчерпанию, а его сжигание усугубляет парниковый эффект на планете. Две трети выбросов парниковых газов, которым мы обязаны глобальному потеплению, приходятся именно на традиционную энергетику. Дальнейшее повышение приземной температуры и повышение концентрации СО2 с большой вероятностью приведёт к фатальным последствиям не только для некоторых видов флоры и фауны, но и негативно скажется на благополучии населения многих стран. В частности, повышение кислотности верхнего слоя океана из-за дальнейших выбросов СО2 будет сопровождаться массовой гибелью значительной части морской биоты и в первую очередь кораллов, что повлечёт за собой разрушение экономики многих развивающихся государств, основанной на туризме и прибрежном рыболовстве. Таяние ледников и вызванное этим повышение уровня Мирового океана будет означать в некоторых случаях затопление прибрежных территорий и даже целых стран. Особо уязвимы с этой точки зрения Бангладеш и государства Океании. И это лишь небольшая часть возможных негативных последствий.

Помимо своей неисчерпаемости и экологичности, возобновляемые источники энергии имеют ещё одно качество – альтернативность, что позволит в будущем странам, не обладающим значительными запасами ископаемого топлива, обеспечивать энергетическую безопасность и преодолевать свою энергозависимость от экспортёров энергоносителей. И это одно из не последних по значимости объяснений, почему использование ВИЭ активно развивается в Европе и, например, в Китае и так мало им уделяется внимания в России. Согласно российской программе развития энергетики к 2020 году доля ВИЭ без учёта крупных ГЭС в общем энергобалансе страны должна быть доведена лишь до 2,5%, тогда как, в частности, в Германии к 2020 году долю ВИЭ планируется довести до 30%.

На данный момент доля солнечной и ветровой энергетики в общем энергобалансе Германии уже составляет более 15%. В целом по Европейскому союзу согласно Статистическому энергетическому ежегоднику (Global Energy Statistical Yearbook 2015) доля ВИЭ (включая ГЭС) в 2014 году составляла 30%, причём в некоторых европейских странах она доходила до 98% (Норвегия).

ОГРАНИЧЕНИЯ ВИЭ
Однако современные технологии пока ещё не позволяют полностью и повсеместно переориентироваться на применение этих энергоисточников. Для их использования есть существенные ограничения.

Например, развитие гидроэнергетики возможно не везде в связи с недостаточностью речных сетей. Но даже если реки имеются, строительство ГЭС не всегда оправданно. Возведение крупных ГЭС нарушает местные экосистемы и биоценозы, а также требует переселения иногда значительных масс населения. В то же время выработка малых ГЭС сильно зависит от режима реки – в маловодные периоды такие ГЭС резко снижают выработку или вообще останавливаются. Активнее всего крупная гидроэнергетика сегодня развивается в Китае, и здесь же построены самые крупные ГЭС в мире. Мощность китайских ГЭС сегодня составляет 260 ГВт, а к 2020 году её планируется увеличить до 380 ГВт. Для сравнения, мощность российской гидроэнергетики – лишь 46 ГВт (5-е место в мире). Такое бурное развитие крупной гидроэнергетики Китая вызывает протесты экологов, местного населения, вынужденного переселяться в новые места, а также провоцирует споры и конфликты с соседними странами по поводу изменения режима стока трансграничных рек, объёма и качества воды.

На сегодняшний день, по разным данным, от 30 до 70% рек Китая серьёзно загрязнены, некоторые реки больше не впадают в море, значительно уменьшилось их биоразнообразие. Гидротехническая активность КНР влияет на состояние рек в Индии, Бангладеш, России, Казахстане, Вьетнаме, Лаосе, Мьянме, Таиланде и Камбодже.

Что касается энергии приливных волн и геотермальных источников, то она также не везде доступна. Хотя, например, в Исландии электроэнергетика по большей своей части питается от геотермальных источников.

На энергию ветра приходится рассчитывать тоже в ограниченных масштабах. Во-первых, не везде есть достаточный ветровой потенциал и пустынные территории, пригодные для установки ветряков. К тому же ветровые и солнечные станции до сих пор являются одними из самых дорогих источников электроэнергии. А использование солнечных батарей в северных широтах нерентабельно из-за недостаточного количества солнечных дней в году. Кроме того, выработка солнечной энергии сильно зависит от времени суток, сезона и погодных условий.

Стоит также упомянуть, что малые ГЭС, ветроустановки и гелиоустановки не могут стать основными источниками энергии для крупных электросетей из-за нестабильности выработки ими энергии. Если их доля начинает превышать 20% мощности энергосистем, возникает необходимость ввода дополнительных регулирующих мощностей. Пока лучше всего с задачей регулирования справляются крупные ГЭС, которые в период пиковых нагрузок могут увеличить выработку энергии за несколько минут, тогда как даже ТЭС (не говоря уж об АЭС) для этого требуются часы.

Тем не менее, в Европе активнее всего развиваются именно ветро- и солнечная энергетика. Более того, Евросоюзу даже удалось частично решить проблему регулирующих и накопительных мощностей в «зелёной энергетике»: «аккумуляторной батареей» Западной Европы стала Норвегия, богатая своим гидропотенциалом и имеющая в достаточном количестве гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Когда возникают излишки электроэнергии, насосы на ГАЭС качают воду из нижнего бьефа водохранилища в верхний. В моменты пика электропотребления воду вновь сбрасывают, и она приводит в движение генераторы. Эта страна уже соединена высоковольтными ЛЭП со Швецией, Данией и Нидерландами. Лондон тоже планирует проложить в Норвегию кабель по дну Северного моря. А Германия сможет за счёт такого же кабеля отправлять свои излишки «зелёного электричества» в Норвегию и получать оттуда по мере необходимости экологически чистую гидроэнергию с 2020 года. Соглашение о прокладке между немецким городом Вильстер, расположенным к северо-западу от Гамбурга, и норвежским Тонстадом подводной ЛЭП длиной 623 километра и мощностью в 1400 МВт было подписано в феврале 2015 года. Эта ЛЭП покроет 3% потребления электроэнергии в Германии.

Что касается использования энергии биомассы, то оно пока идёт вразрез с политикой предотвращения продовольственного кризиса на планете. Теперь на продукты аграрно-промышленного комплекса претендуют не только люди, но и машины. Например, для получения тонны биодизеля требуется около тонны растительного масла, выжатого из семян масличных культур. А для производства биоэтанола используют, в частности, сахарный тростник, пшеницу, рис, рожь, ячмень, кукурузу, сорго, картофель, топинамбур, сахарную свёклу.

Объём вредных выбросов в атмосферу у биоэтанола существенно меньше, чем у обычного бензина, но зато ниже его энергетическая ценность, а следовательно, требуются его бóльшие объёмы. Интересно, что размер нежелательных выбросов биоэтанола зависит от культуры, из которой он производится. Этанол из сахарного тростника сокращает выбросы парниковых газов примерно на 80% по сравнению с ископаемыми видами топлива. Самый же «неэкологичный» биоэтанол, снижающий выбросы лишь на 30%, производится из кукурузы. Именно сахарный тростник и кукуруза являются наиболее популярными культурами для производства биотоплива.

Основные производители биоэтанола сегодня – США, специализирующиеся на переработке в топливо кукурузы, и Бразилия, выращивающая для этого сахарный тростник. Эти страны производят 2/3 потребляемого в мире биотоплива. Из всех видов ВИЭ биомасса в этих странах – самый используемый возобновляемый ресурс.

Критики использования биотоплива отмечают, что рост его производства вызывает повышение цен на продовольствие, хотя должно бы быть наоборот: производство биоэтанола призвано было снизить зависимость от роста цен на нефть, влияющих, в свою очередь, на цену продуктов питания.

Противники биотоплива также обращают внимание, что под плантации сырья, используемого для его производства, либо вырубаются тропические леса (Бразилия, Малайзия, Индонезия), которые способны поглотить значительно больше СО2, чем сахарный тростник, кукуруза или другие злаковые, используемые для производства этанола, что так же, как и сжигание углеводородов, способствует глобальному потеплению; либо под плантации занимаются площади, которые раньше использовались для выращивания пищевых культур, что, естественно, не способствует борьбе с голодом. Производство биотоплива также противоречит стратегии экономии водных ресурсов, так как для производства литра биотоплива необходимо 2500 литров воды на выращивание технических культур.

Тем не менее, этот вид топлива перспективен, ведь его можно вырабатывать из огромного спектра имеющегося в наличии сырья: начиная от специально выращенных технических культур и заканчивая водорослями, отходами деревообработки, макулатурой, отработанным машинным маслом и продуктами жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Несмотря на имеющиеся недостатки, все вышеперечисленные ВИЭ активно внедряются в ведущих странах мира, и затраты на их применение всё время снижаются. По оценкам Гринпис и некоторым сценариям Международного энергетического агентства (МЭА), себестоимость электроэнергии ВИЭ к 2030 году сравняется с себестоимостью электроэнергии из ископаемого топлива.

При достижении срока окупаемости вырабатываемая из ВИЭ энергия становится почти бесплатной из-за отсутствия затрат на топливо.

ВЫБОР РОССИИ
Российская энергетика продолжает оставаться инертной, делая ставку на нефть и газ. И это объясняется тем, что у нас нет достаточных стимулов для развития альтернативных источников. Во-первых, у нас всё своё и ни от кого мы в сфере энергетики не зависим. Во-вторых, чтобы внедрять новые технологии и менять всю структуру хозяйствования в этой сфере, нужны значительные финансовые вложения со стороны государства. Мировой опыт показывает, что для успешного развития возобновляемой энергетики необходимо как минимум стимулирование в виде необходимых подзаконных актов, субсидий на научные разработки, налоговых льгот, предоставления льготных кредитов на финансирование предприятий, использующих ВИЭ, и т.д.

В принципе, Россия включилась в общемировой процесс перехода на возобновляемые источники энергии, но очень осторожно. В 2013 году была запущена программа поддержки «зелёной энергетики» на оптовом рынке, которая гарантировала девелоперам возврат инвестиций в развитие альтернативных источников. По плану программы, к 2020 году в России должны появиться солнечные станции суммарной мощностью 1,5 ГВт, малые ГЭС мощностью 900 МВт и ветряки мощностью 3,6 ГВт. Это те мощности, которые правительство готово профинансировать. Правда, даже эти незначительные объёмы по факту финансирует не государство, а потребители через договоры о поставке мощности. Самые крупные потребители выражают своё недовольство этим обстоятельством.

ВИЭ у нас не пользуются популярностью даже среди инвесторов, рассчитывающих на господдержку. Из трёх предложенных программой альтернативных источников серьёзный интерес девелоперов был проявлен только к солнечной энергетике. Ветроэнергетике и малым ГЭС внимания уделяется пока значительно меньше.

Развитие альтернативной энергетики в России неактуально даже с позиций предотвращения изменения климата. В нашей стране на проблему глобального потепления в основном смотрят отстранённо и со скепсисом.

Во-первых, считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путь и т.д.

Во-вторых, российские учёные склонны рассматривать проблему изменения климата в масштабах планетарной истории, а не истории человечества. Наша планета за время своего существования пережила несколько более значительных кардинальных изменений климата, и нынешнее потепление – это лишь небольшой и закономерный эпизод в истории Земли, который в меньшей степени вызван деятельностью человека и в большей степени – астрономическими процессами (движением Земли по эллиптической орбите, циклами солнечной активности, влиянием других планет, изменением угла наклона земной оси и прочим).

Кроме того, даже извержение одного крупного вулкана может оказать более серьёзное воздействие на климат, чем многолетняя деятельность человечества.

Более того, существует точка зрения, что сейчас наша планета должна вступить в очередной ледниковый период, а нынешняя деятельность человека, сопровождающаяся выбросами парниковых газов, отодвигает этот момент, чем спасает Землю от катаклизмов глобального похолодания.

В общем, Россия без энтузиазма воспринимает всеобщую эйфорию, вызванную наступающей эрой ВИЭ. Мы с большой Считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путьнеохотой поддались общей моде на развитие альтернативных источников энергии и плетёмся в хвосте прогресса. Принятые законы – это некая дань общемировым тенденциям с внутренним ощущением их ненужности для нас. Наших запасов ископаемого топлива хватит ещё на несколько поколений, а развитие новых технологий и получение энергии на их основе пока слишком дорого. Мы можем пересидеть и переждать переходный период на пути к «зелёной энергетике», используя газ, который является самым экологически чистым видом топлива из всех ископаемых.

В этом случае наша главная опасность – остаться в прошлом веке, когда всё передовое человечество перейдёт в эру новых технологий. Хотя есть и другие проблемы, так как наши энергоресурсы перестанут интересовать всех, кроме нас самих. Уже сегодня цена на наши основные экспортные товары – нефть и газ – упала неожиданным для нас образом, и это падение, помимо усилившейся конкуренции нефтегазовых экспортёров, было вызвано ещё и уменьшением спроса в Европе из-за развития ВИЭ и, кстати, глобального потепления (!).

Единственный плюс такой ситуации лишь в том, что мы наконец газифицируем все наши территории. Стоит напомнить, что в сельской местности у нас не газифицировано 50% населённых пунктов. Да и ощутимая часть городского населения до сих пор не подключена к газу.

Однако наши энергетические гиганты потеряют большую часть доходов, а значит, и государство потеряет основной источник пополнения бюджета.

В конечном счёте, будем мы или не будем развивать альтернативную энергетику, для нашей страны не важно. Важно лишь то, что эти технологии развивают традиционные покупатели нашего топлива, а значит, России уже сейчас нужно искать новые источники дохода. Будущее – за новыми технологиями, а за нами лишь трудный выбор.

Человечество давно научилось добывать возобновляемую (регенеративную) энергию, используя мощь рек. Но к концу ХХ века из-за энергетического кризиса, стремительного уменьшения запасов , газа, ухудшения экологии стал вопрос об использовании других источников, находящихся в окружающей среде. Благодаря разработкам ученых, стало возможно добывать энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных вод.

Интересно! В мире из возобновляемых источников получают 18% энергии, из которых на долю древесины приходится 13%.

По данным, предоставленным журналу Forbes Международным агентством по возобновляемой энергетике IRENA, к 2015 году в мире доля добываемой таким способом энергии составила около 60%. В перспективе к 2030 году ВИЭ выйдет в лидеры по производству электричества, оттеснив на второе место использование угля.

Гидроэнергия добывается на протяжении очень длительного времени, а вот новые виды возобновляемых источников энергии, такие как ветер, геотермальные воды, солнце, приливы, стали использовать совсем недавно – около 30-40 лет. В 2014 году доля гидроэнергетики составила 16,4%, энергия солнца и ветра – 6,3%, а в перспективе до 2030 года эти доли могут сравняться.

В европейских странах и США ежегодный прирост добычи энергии при помощи ветра составляет примерно 30% (196600 МВт). В Германии, Испании и США широко используется фотоэлектрический способ. Калифорнийская гейзерная геотермальная установка вырабатывает 750 МВт ежегодно.

Интересно! Датские ветряные электростанции в 2015 году обеспечили 42% энергии, а в перспективе до 2050 года планируется выйти на проектные 100% выработки «зеленой энергии» и полностью отказаться от ископаемых ресурсов.

Примеры возобновляемых источников энергии

Применение ВИЭ позволит решить проблемы энергетики районов с плохой экологической обстановкой. Провести электричество в отдаленные и труднодоступные области без использования ЛЭП. Такие установки позволят децентрализовать энергоснабжение в районах, куда доставка топлива экономически невыгодна. Большинство разрабатываемых проектов относится к автономным источникам энергии, работающим на таком сырье, как нетрадиционные возобновляемые источники энергии, получаемые из биомассы, торфа, продуктов жизнедеятельности животных, человека, бытовых отходов.

Активное развитие АИЭ получили в США, Канаде, Новой Зеландии, Южной Африке. Такие энергетические источники используются китайскими, индийскими, немецкими, итальянскими и скандинавскими потребителями. В России пока эта индустрия не вышла на промышленный уровень, поэтому применение регенеративной энергии очень невысоко.

На планете можно использовать не только такие, какие есть возобновляемые источники энергии, предоставляемые природными ресурсами. Сейчас ведется разработка технологий по добыче термоядерной, водородной энергии. Согласно последним исследованиям, лунные запасы изотопа гелий-3 огромны, поэтому сейчас ведется подготовка к работам по доставке этого топлива в сжиженном виде. По расчетам российского академика Э. Алимова (РАН) двух «Шаттлов» вполне хватит, чтобы обеспечить электроэнергией всю планету на целый год.

Возобновляемые источники энергии в России

В отличие от мирового сообщества, где «зеленую энергию» давно и успешно используют, в России этим вопросом занялись совсем недавно. И, если гидроэнергетика давно снабжает электричеством города и поселки, то регенеративные источники считались неперспективными. Однако после 2000 года из-за ухудшения экологической обстановки, уменьшения природных ресурсов и других не менее важных факторов, стало очевидно, что необходимо развивать альтернативные источники, вырабатывающие энергию.

Наиболее перспективным направлением является разработка установок, напрямую преобразующих излучение солнца в электроэнергию. В них используются фотобатареи на основе монокристаллов, поликристаллов и аморфного кремния. Электроэнергия добывается даже при рассеянном солнечном свете. Мощность можно регулировать, снимая или добавляя модули. Они практически не расходуют энергию на себя, автоматизированы, надежны, безопасны, их можно ремонтировать.

Для развития возобновляемых источников энергии в Дагестане, Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском крае установлены и работают солнечные коллекторы, обеспечивающие автономной энергией потребителей.

Интересно! 1 м 2 солнечного коллектора экономит до 150 кг условного топлива в год.

В России электроэнергетика, основанная на силе ветра, дает до 20000 МВт. Использование таких установок при средней скорости ветра 6 м/с и мощности 1 МВт экономит 1000 тонн условного топлива в год. Основываясь на научных данных, сейчас ведутся разработки, и вводятся в эксплуатацию энергетические комплексы. Однако использование таких возобновляемых источников энергии, как ветер, в России затруднено. Согласно закону, принятому в 2008 году, для ветряков должен использоваться очень мощный фундамент, а дороги, ведущие к строительству, должны быть отлично асфальтированы. Для примера, в европейских странах и США используется грунтовка.

Интересно! если в Тюменской области, Магадане, на Камчатке и Сахалине использовать установки, то с 1 квадратного километра можно собрать 2,5-3,5 млн. кВт/ч. Это в 200 раз выше потребления энергии на данный момент.

На сегодняшний день построены и работают ГеоТЭС на Камчатке, Курильских островах. Три модуля Верхне-Мутновская ГеоТЭС (Камчатка) вырабатывают 12 МВт, завершается строительство Мутновской ГеоТЭС на 4 блока, которые будут выдавать 100 МВт. В перспективе в этом районе возможно использование геотермальных вод для выработки 1000 МВт, плюс отсепарированная вода и конденсат могут отапливать здания.

На территории страны существует 56 уже разведанных месторождений, в которых скважины могут выдавать более 300 тысяч кубометров геотермальных вод в сутки.

Перспективы развития приливной электроэнергетики

1968 года на Кольском п-ове работает первая в мире экспериментальная приливная электростанция, вырабатывающая 450 кВт/ч. На основе работ этого проекта, было решено продолжить развитие приливных электростанций в России, как перспективных возобновляемых источников энергии на побережье Тихого и Северного Ледовитого океанов. Начато строительство в Хабаровском крае Тугурской ПЭС, проектная мощность которой составит 6,8 млн. кВт. Возводится Мезенская ПЭС в Белом море с проектной мощностью 18,2 млн. кВт. Такие установки сейчас разрабатываются и устанавливаются для китайских, корейских, индийских потребителей. Оборудование альтернативной приливной энергетики также изображено на первой картинке этой статьи.

Возобновляемые источники энергии обладают неисчерпаемым ресурсом, основой которого являются естественные природные процессы. Их использование в качестве альтернативы традиционным формам энергообеспечения давно привлекает внимание специалистов. Сегодня не менее 20 процентов электроэнергии в мире производится с помощью данных технологий.

Давайте разберемся, насколько большим потенциалом располагает возобновляемая энергия, какова перспектива её внедрения и развития, что делается в России по этому направлению.

Быстрая навигация по статье

Понятия и виды

Возобновляемая энергия поступает из природных источников, ресурс которых является практически неисчерпаемым. Они способны постоянно восстанавливаться и пополняться естественным путём. Особенность использования возобновляемой энергии заключается в её получении из естественных природных процессов и передаче потребителю для применения.

Различают возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

Оба типа являются частью природных ресурсов планеты. Невосполняемые источники энергии представлены ископаемыми органическими запасами различных видов топлива: газ, нефть, уголь, торф. Темпы потребления этих ресурсов намного опережают темпы восстановления их объемов, поэтому запасы данного типа энергетических ресурсов либо заканчиваются, либо завершатся в не таком уж далеком будущем. Особняком стоит ядерная, но её использование содержит в себе много рисков для жизни и деятельности людей. Пользование нефтью и углем ведет к загрязнению атмосферы, нарушению природной экосистемы.

Теплоэлектростанция

Энергия указанных источников добывается путем целенаправленных действий человека и ведет к дополнительному нагреву окружающей среды. Последние исследования показывают, что средняя температура земной биосферы неуклонно повышается. Это вызывает негативные изменения в климате Земли.

Возобновляемые источники энергии — это естественные источники энергии, существующие в биосфере нашей планеты и постоянно пополняющиеся за счет энергии солнца и естественных процессов. Они не являются плодом прямой человеческой деятельности, что отличает их от невозобновляемых источников.

Использование возобновляемых источников энергии не добавляет дополнительной энергетической нагрузки, не ведет к повышению температуры на Земле. Экологически они безотходны, не загрязняют среду обитания.

Главное достоинство возобновляемых источников энергии — неисчерпаемость и экологическая чистота.

Рассмотрим, какие есть возобновляемые источники энергии. Согласно определению, данному ООН, к возобновляемым источникам энергии относятся :

солнце;
ветер;
морские и океанские приливы и волны;
подземные горячие ключи,
гидроэнергетические ресурсы больших и малых рек.
продукты биомассы.

Традиционные и нетрадиционные возобновляемые источники

Выделяют два типа возобновляемых источников энергии: традиционные и нетрадиционные.

Перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к традиционным . Это источники, уже давно известные и активно используемые человечеством:

гидроэлектростанции;
традиционные способы сжигания продуктов биомассы (дров, торфа) для получения тепловой энергии;
геотермальные ключи.

А теперь перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к нетрадиционным . В данную группу включены ставшие применяться сравнительно недавно ресурсы:

солнечные станции электрической и тепловой энергии;
ветрогенераторы;
электростанции, работающие на основе энергии морских волн, течений, приливов и океана и другие новейшие генераторы возобновляемой энергии.

Солнечная энергетика

Солнце является главным источником всех жизненных процессов на Земле, относится к альтернативным источникам. Его возобновляемая энергия может в неисчерпаемых количествах преобразовываться в электрическую или тепловую. Область науки и производства, которая занимается этим, называется солнечная энергетика (гелиоэнергетика).

Солнечные электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью солнечных коллекторов, фотоэлектрических преобразователей. Крупнейшая фотоэлектрическая станция в штате Калифорния, США имеет мощность не менее 550 МВт:

С каждым годом возрастает количество станций. За последние 10 лет производство фотоэлектрических панелей увеличилось более чем в шесть раз.

Оборудование и конструкции станций просты в монтаже и удобны в обслуживании. Однако степень развития науки и техники на сегодняшний день не позволяют добиться экономически выгодной отдачи от их работы. К тому же установки занимают огромные площади, батареи стоят больших денег. Тем не менее, мировые инвестиции в развитие этого вида возобновляемой энергии достигли 26 млрд долларов в год.

Гидроэнергетика

К возобновляемым источникам энергии относятся широко распространенные гидроэлектростанции. На этих объектах используется потенциальная энергия водных потоков.

Традиционные гидроэлектростанции

Возводят гидроэлектростанции, как правило, на реках. Для создания необходимого давления воды создают мощные плотины и объемные хранилища воды. Как разновидность, используют бесплотинные ГЭС.

Данным объектам (ГЭС) гидроэнергетики присущи следующие особенности.

Положительные :

высокий КПД при сравнительно малых экономических затратах на строительство и дальнейшую эксплуатацию станции, отсюда низкая себестоимость электроэнергии;
отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
водохранилище как фактор, улучшающий микроклимат в районе ГЭС;
возможность разведения рыб;
предотвращает появление паводков, используется для орошения сельхозугодий, технического применения на заводах;
обладают механизмом регулирования потребления энергии.

Отрицательные :

водохранилища затопляют обширные территории, занимают земли, пригодные для сельского хозяйства;
перекрытие рек существенно меняет условия для обитания ценных видов проходных рыб, многие из которых исчезают из облюбованных ранее водоемов.

Гидроэлектростанции, как возобновляемые источники энергии, эффективны для поставки электроэнергии в горные участки. Они имеются в Швейцарии, на территории России. В мировом объеме поставляемой энергии доля гидроресурсов составляет около трех процентов. В Канаде, Исландии и Китае основную часть электроэнергии вырабатывают именно гидростанции.

Красноярская гидроэлектростанция

В России строительство гидроэлектростанций всегда считалось выгодным направлением. В наши дни гидростанции вырабатывают 6 процентов электроэнергии страны. Площади крупнейших водохранилищ ГЭС составляют тысячи квадратных километров. В пример можно привести размеры Самарского водохранилища, площадь которого превышает 6400 км2.

Приливные электростанции

Особой разновидностью гидроэнергетики являются приливные электростанции, работающие на основе использования энергии приливов и отливов. Они возводятся на побережьях, где под воздействием гравитационных сил Солнца и Луны ежедневно меняется уровень воды морских и речных водоемов. Залив или устье реки перегораживают дамбой. Встроенный в неё гидроагрегат с огромными лопастями и преобразует силу прибоя в электроэнергию.

Так устроена приливная гидроэлектростанция

Такая форма получения энергии из неисчерпаемого источника очень экологична, имеет малую себестоимость. Однако само строительство требует больших вложений. Кроме того, перепады в мощности не позволяют поставлять электроэнергию в постоянном режиме. Тем не менее, станции ПЭС ценят за высокую эффективность и малое влияние на экологию. Их строительство продолжается во многих странах.

Волновые электростанции

Энергия волн представляет собой огромный потенциал. Удельную мощность морских и океанских волновых колебаний оценивают гораздо выше солнечной и ветровой. Специалисты подсчитали, что мощность волн мирового океана равна примерно 30 процентам всей потребляемой электроэнергии на Земле.

Волновая гидроэлектростанция Oyster в Шотландской прибрежной зоне мощностью 600 кВт

Работа волновых электростанций построена на превращении потенциальной энергии волн в электрическую. Выбор места строительства подобных объектов получения электричества обусловлен особенностями региона, наличием крупных водоемов и сильных ветров.

Гидроэнергетика будущего

Гидроэнергетика не стоит на месте. Постоянно придумываются новые специфические виды использования силы мирового океана. К примеру, в данный момент разрабатываются технологии использования в энергетике морских течений и разницы температур на различных глубинах.

Океанские и морские течения (Куросио, Гольфстрима и т.п.) также обладают определенной энергетической силой, потенциал которой на практике пока не оценен. Но ученые и проектировщики считают возведение гидростанций, использующих энергию водных течений, перспективном направлением в морской энергетике. Согласно технологии, применяют специальные преобразователи в виде объемных и водяных насосов.

Роторная система Seagen, расположенная у побережья Ирландии, преобразует энергию течений в электроэнергию

Электроэнергию можно получать, используя разницу температур поверхности и глубинных слоев моря или океана. Разность на глубине 400 м и верхнего слоя воды составляет 12 градусов. В данный момент уже существуют экспериментальные системы преобразования разницы температур в электричество, основанные на пьезоэффекте.

Ветроэнергетика

Ветер является старым, хорошо испробованным источником возобновляемой энергии. Примеры его применения в ветряных мельницах и на парусных судах известны каждому школьнику.

Ветроэнергетика специализируется на превращении силы ветра в механическую, тепловую и электрическую форму энергии . Ветрогенераторы сегодня производятся различной мощности, которая зависит от площади, охватываемой лопастями турбины. Генераторы производства лидера в этой сфере фирмы Vestas из Дании, достигают в высоту более 110 метров.

Чтобы эффективнее улавливать мощные воздушные потоки, ветряные генераторы удобнее всего устанавливать либо на побережье, либо в открытом море. На расстоянии в 10 и более километров от берега сооружают на сваях целые ветряные электростанции. Они практически не потребляют традиционное топливо.

Ветроэлектростанция в открытом море

Работать аппараты начинают при скорости ветра 3 м/с, для оптимальной работы требуется 15 м/с. При сильных порывах выше 25 м/с генератор необходимо отключать, чтобы устройство не вышло из строя. Требование определенного диапазона скоростей – один из недостатков ветряной системы.

Другим существенным недостатком этого вида получения электричества являются высокая стоимость, превышающая затраты в угольной энергетике, и необходимость выделения под ветровые установки большого объема земель. Жужжащий звук, который издают работающие турбины, плохо переносится людьми, вынужденными жить по соседству с ними.

Несмотря на это, по объемам вырабатываемой электроэнергии ветроэнергетика занимает второе место после гидроэнергетической отрасли. Её роль и значение признается во всем мире.

Использование возобновляемых источников электричества в виде ветрогенераторов и солнечных станций позволяет решить проблемы с доставкой электроэнергии в удаленные, труднодоступные районы Севера. А учитывая их исключительную экологическую чистоту, эти виды возобновляемых источников энергии могут быть востребованы в густонаселенных регионах с плохой окружающей средой.

Геотермальная энергетика

К возобновляемой энергетике относятся и геотермальные ресурсы. В местах, где горячая вода бьет из-под земли, её тепловую энергию используют как возобновляемую. На территориях с вулканическим происхождением, где кипящие гейзеры выходят на поверхность, строят специализированные ГеоТЭС.

Путем бурения скважин получают доступ к подземным источникам. Подобные электростанции не нуждаются в искусственном подогреве воды, что делает их экологически более чистыми, чем обычные ТЭС.

Мутновская геотермальная электростанция на Камчатке

Тепловую энергию Земли можно использовать для получения электроэнергии, организации горячего водоснабжения, отопления промышленных и жилых зданий, обеспечения различных технологических процессов.

Возобновляемые источники энергии в России с использованием естественных геотермальных ресурсов имеют большой потенциал, оцениваемый специалистами в 100 млн т условного топлива в год. Возможность построения соответствующих станций имеется на Курилах, Сахалине и Камчатке. Одна из них действует на Камчатке, у берегов реки Паужетки. Мощность построенной геотермальной электростанции на подземных водах составляет 5 МВт.

Энергетика биомассы

Существуют три способа получения тепла при применении биомассы: сжигание её продуктов, брожение биомассы, извлечение из неё спиртов и газов в виде энергоносителей.

Отрасль, называемая биоэнергетикой, специализируется на выработке энергии из биопродуктов . Подобный тип топлива получают в ходе переработки биологических отходов. На сегодняшний день уже насчитывается 3 поколения биотоплива, получаемого в твердом, жидком и газообразном состояниях. Среди них и жидкое топливо для автомобильных двигателей.

Завод по производству биодизельного топлива из растительного масла

Способ пиролиза биомассы позволяет вырабатывать из продуктов первого поколения уже более качественное топливо. В Германии планируют каждый пятый литр бензина получить методом пиролиза. О том, какова перспектива этого направления, может служить факт создания исследовательской организации, в которую вошли представители 15 стран Европы и Америки.

Ведутся большие работы по производству биотоплива третьего поколения, получаемого из искусственно выращенных водорослей.

Будущее возобновляемых источников энергии

За последние годы человечество в полном объеме осознало необходимость перехода на возобновляемую энергетику. И дело не только в истощении традиционных источников, экономической выгоде отдельных энергетических проектов. В настоящее время все отчетливее проявляется негативное воздействие антропогенных факторов, ведущее к ухудшению жизни людей во всех частях света.

Сегодня мировой потенциал возобновляемых источников энергии оценивают в 20 млрд. у.т. в год, что значительно выше годового оборота всех типов добываемого из-под земли топлива. В крупнейших государствах объем производства электроэнергии из возобновляемых ресурсов к 2020 г. возрастет по сравнению с 2000 годом в два раза. В Германии уже производится 38% электроэнергии на базе возобновляемых источников. В течение 10 лет мировые капитальные вложения в возобновляемую энергетику возросли со 130 до 280 млрд долларов.

Возобновляемая энергетика в России пока отстает по своим показателям от многих стран. Её объем составляет лишь 4 процента от общего количества энергоресурсов. Между тем, возобновляемые источники электроэнергии в России имеют огромный потенциал, уровень которого оценивается в 270 млн тонн условного топлива в год.

В последние десятилетия использование возобновляемых источников энергии все чаще становится темой различных научных исследований, совещаний, ассамблей. Люди приходят к пониманию, что добывая для себя ресурсы, мы наносим необратимый вред планете. А с развитием технического прогресса энергии для человечества требуется все больше и больше. Если еще пару десятилетий назад экспериментальные установки, преобразующие энергию ветра или солнца в электрическую и тепловую вызывали саркастические улыбки, то сейчас эти ресурсы уже получили распространение и стали вполне обычным явлением.

Но далеко еще не все знают, что в конструкциях многих современных приборов используются технологии, использующие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. К примеру, производители компании Bosh производят котлы отопления и ГВС, создали несколько моделей, которые подсоединяются к солнечным коллекторам. В результате этого шага КПД котлов возрос на 110%. Получается, что атмосфера получает намного меньше вреда в виде продуктов сгорания природного газа, а люди получают существенную экономию, благодаря уменьшению потребления газа, следовательно, и оплаты за него.

Польза от экономичных приборов, работающих на возобновляемых источниках энергии понятна, и теперь перед учеными и промышленниками стоит главная задача – провести максимально обширную информационную компанию, которая бы привела человечество к выбору экологичных технологий.

Что такое возобновляемая энергия

Возобновляемая энергия носит еще несколько названий. Это «регенеративная энергия» и «зеленая энергия», то есть энергия, которую вырабатывается природными источниками, и ее добыча совершенно не вредит окружающей среде. Запасы такой энергии неисчерпаемы, размеры их неограниченные, если судить по меркам человечества.

Соотнести обозримое будущее людей и, к примеру, срок жизни солнца, совершенно невозможно. Буквально недавно ученые обнародовали выведенную ими цифру лет, после которой солнце совершенно погаснет. Это 5 миллиардов лет. Очень хочется верить, что жизнь на Земле будет процветать все это время, и что люди будут жить и здравствовать. Но уже сейчас можно предположить, что число людей на планете будет расти, как и сейчас. Для них нужны будут дешевые энергетические ресурсы. Возобновляемые энергетические технологии будут в этом вопросе единственным выходом при условии сохранения планеты, ее богатств животного и растительного мира, климатического разнообразия, ландшафтных красот, чистого воздуха, воды, земли и недр.

Именно поэтому так широко приветствуются уже сейчас технологии получения энергии при помощи ветра, солнца, дождя, геотермальных источников, рек, морей и океанов и пр. Все это возобновляемые источники энергии. Сколько бы человек не пользовался такой энергией, она никогда не иссякнет. Ветер всегда будет дуть, вызывая приливы и отливы, реки всегда будут своей мощью крутить лопасти гидротурбин, солнечные коллекторы будут обеспечивать тепло в жилых домах и больших учреждениях.

Энергоэффективность и энергосбережение в России

Эти два направления входят в общий стратегический план развития России, обозначены они были еще в 2010 году. Государству действительно выгодно, чтобы возобновляемые источники энергии в России действительно применялись. Если завод будет потреблять дешевую и легко получаемую энергию, то снизится себестоимость продукции. При этом снизится цена на товар в магазине, создав сокращение социальной напряженности, и увеличится общая прибыль предприятия. А это значит, что будут созданы новые рабочие места, будут развиваться новые технологии и существенно вырастет уровень средств, перечисляемых предприятием в виде налогов.

Если частный владелец жилья перейдет на потребление возобновляемой энергии, то государству от этого шага опять-таки будет большая польза. Он, во-первых, приобретет новейшее оборудование, что стоит недешево в настоящее время. Во-вторых, человек не будет требовать подвести к его жилью центральные коммуникации. И в третьих, воздействие на экологию сократиться до минимального, следовательно, государство потратит намного меньше средств на природоохранные мероприятия.

Мотивы в масштабе всей России понятны, осталось самое трудное — научить российских граждан рассуждать не только, исходя из собственных затрат, но и с позиций сбережения природных ресурсов. Необходимо донести до населения, что возобновляемые и невозобновляемые источники энергии могут по-разному влиять не только на благосостояние, но и на здоровье и продолжительность жизни нации.

Нефть, газ, торф, каменный уголь – все это ресурсы привычные, эффективные, но невозобновляемые. Да, если рассматривать вопрос с позиции ныне живущих и даже их детей и внуков, то на наш век всего этого хватит. Но загрязнение атмосферы происходит в большей части именно продуктами сгорания этих ресурсов, а болезни от грязного воздуха (астмы, аллергии, иммунная недостаточность, болезни сердца, рак и пр.) – это уже проблема ныне живущих.

Использование возобновляемых источников энергии не только удешевляет добычу и потребление, но и очищает атмосферу, улучшает наше здоровье. И в этом тоже огромная выгода для государства, ведь здоровое общество – гарант высоких показателей экономики, достижений науки, культуры и искусства и пр.

Ученые отмечают, что в нашей стране огромный потенциал для развития использования энергосберегающих технологий. Мы можем добиться показателя в 40% от всего количества потребления энергии. То есть 40% энергии будет производиться с помощью возобновляемых источников. Это 400 миллионов т.у.т. Для справки: 1 т.у.т. – это теплота сгорания 1 килограмма условного топлива. То есть мы можем заменить альтернативными источниками 400 миллионов килограмм топлива в год, дорогостоящего и дающего вредные выхлопы. Такова возобновляемая энергия в России, а если говорить о мире в целом, то этот показатель составляет 20 миллиардов т.у.т. в год! Это более половины всего топливного и энергетического ресурса.

Российское правительство разработало ряд документов, которые определяют регламент работы по внедрению у нас энергоэффективных технологий. Рассчитано их действие до 2030 года.

Очень интересно мнение экономических аналитиков на тему внедрения в России технологий с использованием возобновляемых источников энергии. Они заметили, что поводом для использования крупными бизнес-субъектами новейших разработок, производства экологичных приборов, имеет два мотива. Первичен мотив экономический. Если технология приносит прибыль производителю или пользователю, то она используется и внедряется. А вот улучшение экологии всегда является вторичным мотивом, про него вспоминают только тогда, когда успешно получена прибыль. Менталитет, что поделать!

Возобновляемые источники энергии: мировые тенденции

В этом направлении поражает очень интересная тенденция – наиболее сильно развиваются и применяются все виды возобновляемых источников энергии в развивающихся и небогатых странах. Они, конечно, не приблизились к цифрам затрат передовых стран, но по темпам развития опережают, и достаточно уверенно.

В 2012 году были созданы и получили развитие проекты по возобновляемым технологиям в 138 странах. И две трети от этого числа – развивающиеся страны. Неоспоримым лидером среди них является Китай, в 2012 году он увеличил получение электричества из солнечной энергии на 22%, по государственным расценкам «из солнца» было получено 67 миллиардов долларов! Так же резкий рос развития энергоэффективных и экологичных технологий произошел в Марокко, в Южной Африке, Чили, Мексике, Кении. Блестящих результатов в своих регионах добились Ближний Восток и Африка.

ООН отметила, что благодаря такому эффективному росту был обеспечен доступ всех стран к современным энергетическим услугам, были удвоены темпы повышения эффективности использования альтернативной энергии на Земле, и появилась очевидная вероятность того, что к 2030 году альтернативная энергетика обгонит стандартную.

В развитых странах предпринимаются ряд мер, которые позволяют ускорить процесс строительства установок для получения возобновляемой энергии. В Японии, к примеру, тем, кто устанавливает солнечные батареи, положены льготные тарифы и субсидии на строительство и установку.

Гидроэлектростанции

В этих сооружениях электричество вырабатывается за счет энергии падающей воды. Поэтому строят такие объекты на реках с большим течением и перепадами в уровне на местности. Кроме того, что река никогда не перестанет течь, выработка энергии не приносит никакого вреда окружающему пространству. Мировое сообщество получает таким способом до 20% от всей электроэнергии. Лидеры в этой отрасли – страны, где протекает большое количество многоводных рек: Россия, Норвегия, Канада, Китай, Бразилия, США.

Биотопливо

Биотопливо – это самые разнообразные виды возобновляемых источников энергии. Это отходы различных производств: деревообработки, сельского хозяйства. Да и просто бытовой мусор является ценным источником энергии. Также в выработке альтернативной энергии используются мусор со строительства, от вырубки леса, от производства бумаги, от фермерских хозяйств, мусор с городских свалок и там же вырабатываемый естественным образом метан.

В последнее время в прессе все больше появляется информации, что топливом становятся такие источники, которые ранее даже предположительно ими быть не могли. Это навоз с ферм, это перегнившая трава, это растительное и животное масло. В продукты переработки этих источников добавляется немного дизельного топлива, и далее используется по назначению – для заправки автомобилей! Выхлопы такого топлива во много раз менее токсичны, что особо важно в мегаполисах. Сейчас уже ученые ведут разработку рецептуры и технологии производства биотоплива без добавления дизельного.

Ветер

Технология ветряных мельниц известна издревле. И только в 70-х годах прошлого века люди стали придумывать ветряки в качестве источников альтернативной энергии. Были созданы первые ветряные электростанции. Уже в 80-е годы XX века в селах стали появляться целые ряды генераторов, преобразовывавшие в электрическую энергию ветра. Сейчас лидируют по числу таких электростанций Германия, Дания, Испания, США, Индия и все тот же самый прогрессивный Китай. Отличительная особенность установки таких сооружений – их совсем не низкая себестоимость. Окупается ветряк не очень быстро, и строительство ветряных станций требует первоначальных инвестиций.

Геотермальная энергия

Геотермальные электростанции работают на тепле природных горячих источников, они его преобразовывают в электрическую энергию и снабжают жилые помещения близлежащих населенных пунктов горячей водой. Первая такая электростанция была пущена в эксплуатацию в Италии в 1904 году. Причем работает она до сих пор и довольно успешно! Сейчас такие станции построены в 72 странах мира, лидируют здесь США, Филиппины, Исландия, Кения, Россия.

Океан

Приливы и отливы в прибрежных зонах океана настолько сильны, что своим течением они способны выработать довольно большое количество энергии. Плотиной разгораживаются верхний и нижний бассейны, при движении воды вращаются лопасти турбины, которая приводит в действие генератор электричества. Схема проста, как и все, что связано с возобновляемыми источниками энергии. На планете всего 40 таких станций, потому что мало где соблюдено природой основное требование – разница уровня в бассейнах 5 метров. Построены приливные станции во Франции, Канаде, Китае, Индии, России.

В последнее время все большую популярность приобретает технология «пассивного охлаждения и нагревания». Благодаря ей, совершенно не нужно отапливать или охлаждать жилое помещение, следовательно, происходит экологичное получение энергии из внутренних ресурсов самого дома. Технология включает в себя правильное архитектурное решение, соблюдение размеров окон и наклона козырьков, структуры стен и потолков, а также использование внутренних вентиляторов и деревьев, посаженных рядом с домом. Очень интересная и рачительная технология, проверенная уже не на одном жилом строении.

Несколько слов о будущем

Будущее сегодня кажется немного наивным, как когда-то смешными казались солнечные батареи и ветряные электростанции. Сегодня ученые прогнозируют развитие технологии водородного топлива, энергии синтеза атомов водорода в атом гелия с огромным выделением энергии, а также планируют получать энергию солнца с помощью спутников Земли и использовать энергию черных дыр. Словом, все теории необычайно интересны. Кто знает, может, уже через 5-10 лет все черные дыры нашей галактики будут работать для тепла в наших домах. Главное, чтобы планета наша жила и была чистой и безопасной!

Германия: Ставка на возобновляемые источники энергии

Наверное у каждого возникали вопросы связанные с ВИЭ. Найдем некоторые ответы и развенчаем несколько популярных мифов про нетрадиционную энергетику.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) сегодня не только «хорошая бизнес-идея» и источник непрекращающегося хайпа, пропаганды и контрпропаганды. Попробуем высказать свою позицию по некоторым повторяющимся мифам в области возобновляемых источников энергии.

Возобновляемые источники энергии: Правда и Мифы

Утверждение(У): «Площади Земли не хватит для того, что бы обеспечить потребности цивилизации с помощью ВИЭ»

Ответ(О): Земля получает от Солнца ~190 петаватт тепловой энергии (это то, что долетает до поверхности), а цивилизация потребляет 500 экзаджоулей первичной энергии за год, т.е. «мощность» человечества - 0,015 петаватт, порядка одной десятитысячной от приходящей энергии.

Есть другая элементарная оценка исходя из выработки имеющихся крупных солнечных электростанций - для обеспечения первичной энергией цивилизации довольно в аккурат хватает площади крупных пустынь.

Основное «но» в этом железобетонном опровержении мифа - неравномерность распределения удобной площади для ВИЭ-генерации по странам. В целом «неравномерность распределения» - это основное, что упускают люди, обобщающие любым образом картинку вокруг ВИЭ, и сегодня эта тема будет звучать рефреном.

Наглядная иллюстрация этого тезиса, хотя и относится только к электроэнергии и не учитывает некоторых потерь, все же дает представление - одной пустыни Сахара в теории хватает, что бы обеспечить человечество энергией.

У: «На производство солнечных панелей и ветрогенераторов затрачивается больше энергии, чем они способны выработать за свой жизненный цикл (EROEI<1)»

О: Это полная ерунда, как показывают более аккуратные замеры. В 2016 году в очередной раз эта тема была поднята в работе Ferroni and Hopkirk 2016, где было показано слегка негативное значение EROEI для накрышной СЭС в Швейцарии.

Однако работа пестрит ошибками, а скорректированное критиками значение оказывается в районе 8. Значение EROEI от 5 до 15 характерно для разнообразных попыток посчитать EROEI кремниевых кристаллических СБ, разброс значения объясняется как разницей условий, в которых расположена СЭС (между Норвегией и Саудовской Аравией разница в выработке одной и той же панели составит примерно 4 раза), так и разницей методики подсчета.

Для других ВИЭ, например ветрогенераторов, проглядываются еще более высокие значения EROEI, от 15 до 50, т.е. здесь критика приходится совсем мимо реальности.

Надо заметить еще, что сам показатель EROEI, хотя и используется учеными, является очень несовершенным. В его «расходной части» находится бесконечный ряд уменьшающихся показателей, которые невозможно учесть, однако если делать это правильно (что-то вроде учета «расход энергии на строительство домов, в которых жили рабочие, построившие завод по производству станков для производства кремниевых вафель для солнечных панелей») мы в итоге приходим к низким значениям EROEI - и действительно, ведь вся получаемая цивилизацией энергия расходуется, EROEI человечества в целом равен что-то около 3 (обратный кпд тепловых машин).

Эта цифра возникает, если осознать, что в реальном мире инвестировать энергию в добычу новой энергии без всей цивилизации за плечами невозможно. В итоге, полученные расчетом значения EROEI зависят в основном от границ подсчета расхода энергии, которые определяются исследователями более-менее произвольно.

Установленная мощность мировой ветроэнергетики. Средний мировой КИУМ ветроэнергетики составил 26%.

Установленная мощность фотовольтаичных батарей. Полезно помнить, что мощность фотовольтаики указывается для «стандартных условий» (поток света 1000 Вт/м^2), а реальный КИУМ получается от 6 до 33% в зависимости от региона и наличия приводов солнечных панелей.

У: «Производство солнечных панелей и аккумуляторов очень неэкологично, но поскольку делают их в основном в Китае, на это закрывают глаза»

О: Я ни разу не видел хоть каких-то цифр, подтверждающих это высказывание, оно и понятно - существуют десятки загрязнителей, которые желательно выразить в виде удельных показателей (например в виде «грамм/квтч выработанный за жизнь панели»), еще и в разных вариантах места производства панелей/аккумуляторов.

Разумеется, есть научные публикации, в которых проделали эту обширную работу, но прежде всего стоит попытаться оценить некоторые моменты самостоятельно. Кремниевые поликристалические панели к настоящему моменту практически окончательно вытеснили конкурировавшие какое-то время назад технологии (кремний-монокристалл, аморфный кремний и тонкопленочные CdTe и CIGS панели), хотя в 2018 году заговорили о возврате монокристалла кремния.

Поликристаллические кремниевые СБ используют, в среднем, 2 грамма кремния на каждый ватт установленной мощности. В 2017 году было установлено примерно 100 гигаватт новых панелей, что соответствует производству 200 тысяч тонн очищенного кремния. На фоне ~4 миллиардов тонн цемента, 1,5 миллиардов тонн стали, 60 млн тонн алюминия или 20 млн тонн меди - никакие, даже особенно грязные, производства полупроводникового кремния не способны вывести его производства в лидеры антирейтингов экологов, просто за счет разрыва в тысячи раз по масштабам с другими базовыми материалами.

Для литий-ионных аккумуляторов, который в 2017 году было выпущено порядка 100 ГВт*ч (забавное совпадение) характерным значением является 5 грамм на ватт*час, т.е. было использовано порядка 500 тысяч тонн материалов.

Есть и более прецизионные расчеты, учитывающие выбросы металлов или СО2 от всех совокупных мощностей, задействованных в производстве солнечных панелей. С учетом того, что эта работа была сделана более 10 лет назад, можно считать ее оценкой сверху, а так же забавной исторической вехой по умирающим нынче конкурентам поликристаллического кремния.

Важная оговорка здесь, впрочем есть. Современная наука предпочитает считать практически неустранимый «углеродный след», т.е. фактически затраты энергии на производство, а не сливы ядовитой органики или хрома в реки, считая, что последнее вполне себе устранимый эффект при правильном проектировании очистных сооружений.

Разумеется, Китай славится неэкологичными производствами, и там этот момент может и не соблюдаться. Тем не менее, принципиальных препятствий для того, чтобы столь малотоннажное производство не вносило негативного экологического эффекта не просматривается.

В итоге, как мне кажется, байка о страшной неэкологичности производства солнечных ВИЭ и аккумуляторов - есть просто механический перенос со стереотипа о неэкологичности и вредности химических производств вообще. В то же время, современная организация таких производств способна обеспечить отсутствие выбросов загрязнений в принципе.

Темпы ежегодного прироста различных энерготехнологий в 2014-2017. Невероятный взлет солнечной энергетики сегодня постепенно притормаживается, а вот невошедшая в этот график морская (offshore) ветроэнергетика разгоняется.

У: «Возобновляемая электроэнергия стала дешевле атомной/угольной/газовой»

О: Если предыдущие мифы горячо обсуждались в основном в предыдущие годы, то сегодня (в 2017-2018) самой обсуждаемой является себестоимость электроэнергии. Понятно почему - пока себестоимость ВИЭ-электричества была выше конкурентов, драйвером развития альтернативной энергетики были в основном нематериальные факторы - забота о экологии, прогрессивность, вещи, которые невозможно измерить, и кроме того в какой-то степени - энергонезависимость стран, внедряющих ВИЭ.

Однако, по мере сближения нормированной стоимости электроэнергии (LCOE) из разных источников складывается ситуация, что цель субсидирования ВИЭ достигнута, и дальше эта технология будет внедряться на рациональных мотивах.

Графическое отображение статистических данных по несубсидированной цене электроэнергии множества проектов возобновляемой энергетики по всему миру в динамике.

Однако, реальность здесь сложна и многогранна. Прежде всего следует вспомнить, что стоимость ВИЭ-энергии в разных точках планеты кардинально различается. Проще всего это проиллюстрировать традиционными ВИЭ - гидроэлектростанциями.

Вы можете в принципе выкопать искусственную реку и перекрыть ее ГЭС в удобном месте, или соорудить высокие бетонные стенки вдоль реки, чтобы перенести створ ГЭС ближе к потребителям, но понятно, что цена электроэнергии с такими решениями будет совершенно неконкурентноспособна. Получается, что есть отдельные точки, где ГЭС гораздо более выгодны, чем в других местах.

Аналогично «новые» ВИЭ - существуют регионы мира, скажем, Аравийский полуостров, Чилийские пустыни, пустыни юго-запада США - в которых стандартная панель выдает значительно больше (в 2-4 раза) электроэнергии в год, чем в Германии или Японии.

Это значит, что если в проектах СЭС в этих регионах LCOE уже упала до 25...50 долларов за МВт*ч, эту цену невозможно автоматически проецировать на любой регион.

Так же неравномерно распределены и затраты на сооружение ВИЭ-электростанций. Это определяется как разницей в стоимости земли, оплате труда и наличии индустрии сооружения ВЭС или СЭС с большим опытом.

В итоге стоимость ВИЭ-электроэнергии для разных проектов в разных точках земного шара оказывается разбросанной в 20 раз для солнца и около 10 раз - для ветра.
В итоге, оценку стоимости ВИЭ-электроэнергии можно сформулировать так: на определенных территориях LCOE ВИЭ-электричества стала ниже традиционных решений и с каждым годом, по мере удешевления технологий, эти территории становятся все больше.

Однако, тема стоимости ВИЭ-электроэнергии и шире, конкурентноспособности ВИЭ, не может быть рассмотрена без еще двух вопросов: субсидирование ВИЭ и переменчивость их, как источника электроэнергии.

У: «ВИЭ-электростанции сплошь субсидируемые, и в чисто рыночных условиях неконкурентоспособны»

О: Как мы уже рассмотрели выше, конкурентность ВИЭ практически полностью определяется месторасположением конкретной станции. Поэтому если, например, механически разделить объемы субсидирования на выработку в киловатт*часах - то это даст в лучшем случае повод для размышления, а не точный инструмент для оценки “чистой” конкурентоспособности ВИЭ.

Тем не менее это будет полезно для понимания масштабов искажения рынков электроэнергии. Для этого стоит отделить субсидии на разработку и исследования от прямой поддержки генераторов электроэнергии. Первый вид субсидий не такие масштабные и более-менее равномерные по разным энерготехнологиях.

Статистика субсидий на разработку энерготехнологий в странах OECD - видно, что 30-40 лет назад атом был безусловным фаворитом.

Прямая поддержка тоже бывает разная по форме: бюджетные деньги на выкуп ВИЭ-э/э в Китае и Великобритании, налоговые вычеты в США, специальная составляющая цены электричества, распределяемая среди ВИЭ-генераторов в Германии, однако всю ее можно свести к легко сравнимому числовому показателю - центы субсидии на киловатт*час выработки ВИЭ.

В 2015 году, например, поддержка по 4 крупнейшим “ВИЭ-странам” выглядела так: В Китае было выделено 4637,9 млн долларов (1184 на ветер и 3453,9 на солнце) на производство 187,7 ТВт*ч электроэнергии, в среднем 2,4 цента за кВт*ч, в Великобритании - 4285 млн долларов на 40,1 ТВт*ч, в среднем по 10,7 цента за кВт*ч, в США было выдано чуть больше 2 миллиарда долларов налоговых кредитов (исключительно на Солнце) при выработке 115,7 ТВт*ч (в основном ветром), т.е 1,6 цента за кВт*ч, в Германии было перераспределено 8821 млн долларов на 96,3 ТВт*ч, т.е. 10,91 цент на кВт*ч.

Надо отметить, что самая богатая страна из широко развивающих ВИЭ - США, тратит совсем небольшие деньги на прямое субсидирование ВИЭ, хотя есть и другие механизмы - например, в Калифорнии есть законодательно установленные доли «зеленой» энергии, который должны быть выкуплены сетями у генераторов.

Эти цифры имеют (к сожалению) и еще осложняющее понимание обстоятельство. Например, в Германии на расходах на поддержку довлеют старые проекты, имеющие субсидии в 5-10 раз выше средних арифметических и получившие это право 10 и более лет назад (FIT закрепляется за объектом генерации на 20 лет).

Кроме того, в 2016-2017 произошло значительное снижение тарифов субсидирования ВИЭ по значимым странам, т.е. цифры из 2015 года сегодня уже неактуальны (в Китае поддержка снизилась в 2 раза, в Германии перешли к аукционам с Strike price в 2-3 раза ниже среднего FIT 2015 года).

Однако как и в предыдущем вопросе видно главное - поддержка очень сильно различается по разным странам. В Европе ценовые диспропорции между ВИЭ и углеводородной энергетикой могут достигать 100% (надо учитывать также обременение угольной генерации налогами на эмиссию СО2), однако быстро идут вниз, в Китае, Индии речь идет о 10..30% поддержки, в США можно говорить о рыночном паритете (хотя в США как раз сбрасывать со счета субсидии на разработку уже нельзя - они больше прямой поддержки).

Фактически, ситуация с субсидиями следует за расширением зон прямой конкурентности ВИЭ, как источников электроэнергии - чем больше их размер, тем меньше субсидии. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .