Альтернативные источники электроэнергетики: Виды альтернативной энергетики. Справка – РИА Новости, 13.11.2009

Альтернативные источники энергии | Новости компании EF-LIGHT

Альтернативные источники энергии – это возобновляемые ресурсы, которые позволяют получать энергию без использования традиционных способов (нефть, газ, уголь). Основная задача альтернативной энергетики – поиск новых источников, которые бы могли обеспечить необходимый объем энергии, не нанося серьезного вреда экологии. Поиск новых ресурсов ведется постоянно, многие «нетрадиционные» методы получения энергии успешно используются в качестве частичной альтернативы традиционным методам. Альтернативная энергетика внедряется во все сферы жизни и на сегодняшний день можно встретить обычные бытовые приборы, работающие на энергии ветра или солнца.

Альтернативная энергетика так же, как и традиционная, использует природные ресурсы, однако делает это безопасно для планеты. Основная идея заключается в применении возобновляемых ресурсов, отсюда и название – возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Органическое топливо в виде газа и нефти конечно, в то время как энергия ветра или солнца не закончится никогда. Интересно отметить, что возобновляемые источники энергии активно использовались нашими предками еще до того, как в оборот вошло органическое топливо. К сожалению, последнее дает больше энергии при меньших затратах, поэтому сегодня ВИЭ занимают далеко не первое место.

Солнечная энергия. Самый популярный источник альтернативной энергии в мире. Специальные гелиоустановки или солнечные батареи (фотоэлементы) преобразуют солнечную энергию в другие виды энергии. Солнце можно использовать как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Среди преимуществ – возобновляемость ресурса, бесшумность, абсолютная экологичность (при переработке нет вредных выбросов). Главным недостатком является зависимость от суточного и сезонного ритма излучения, а также необходимость использовать большое количество солнечных батарей (большая площадь солнечной фермы) для выработки достаточного количества энергии. На сегодняшний день солнечная энергия активно используется во многих странах; доля энергии, получаемой от солнца, может составлять до 25% от общей суммы всей используемой в стране энергии.

Энергия ветра. Еще один популярный и активно внедряемый ресурс. Специальные ветровые электростанции (современные ветряные мельницы) преобразуют энергию ветра в электричество. Недостатки и преимущества у таких электростанция такие же, как и в случае с энергией солнца. С одной стороны энергия ветра – экологичный и возобновляемый ресурс, с другой – сильная зависимость от природных условий. Еще один недостаток современных ветряных мельниц – высокий уровень шума, это не позволяет устанавливать их вблизи жилых зон. Впрочем, ветроэнергетика на данный момент является самым перспективным направлением альтернативной энергетики

Тепловая энергия земли. Для переработки данного вида энергии используются геотермальные станции, которые преобразуют энергию грунтовых вод, вулканов, термальных источников. Геотермальные станции могут вырабатывать как тепловую энергию, так и электричество для разных нужд. Основное преимущество – возобновляемость и полная независимость от времени суток или времени года (в отличие от энергии солнца и ветра). Основной недостаток – низкая рентабельность и в некоторых случаях невозможность использовать грунтовые воды из-за токсичности.

Энергия приливов и отливов. Данный вид альтернативной энергии начали разрабатывать относительно недавно, он использует энергию приливов и отливов (кинетическую энергию вращения земли) для выработки электроэнергии. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, работающие в режиме насоса или генератора. К сожалению, в отличие от классической гидроэлектростанции, подобные установки не пользуются большим спросом так как показывают низкую рентабельность. На данный момент специальные насосы чаще всего устанавливают не отдельно, а лишь в качестве одного из элементов классической гидроэлектростанции.

Биотопливо. Биотопливо – это топливо из растительного или животного сырья. Чаще всего под биотопливом нового поколения понимают твердое (торф, отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидкое (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Перечисленные виды альтернативного топлива не единственные. Ученые постоянно ведут поиск новых источников энергии; используются грозовая энергия (атмосферное электричество) и даже энергия вирусов. К сожалению, все новые разработки пока не показывают высокой эффективности и не могут стать полноценной заменой традиционной энергетике.

Неустойчивая замена: может ли Европа обойтись возобновляемыми источниками энергии

Рост биржевых цен на газ и череда антироссийских санкций как никогда обостряют вопрос об альтернативных источниках энергии для европейских потребителей. Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев рассказывает, могут ли солнечные батареи и ветрогенераторы стать технологическим ответом Европы на геополитические потрясения

Любовь европейских политиков к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) подогревается не только заботой об экологии и климате, но и стремлением к независимости от российских энергоносителей. Украинский кризис многократно усилил это желание, особенно после требования России платить за газ рублями. Однако отказаться от голубого топлива —задача на десятилетия.

Жать на газ

Идея полностью заменить российский газ возобновляемыми источниками энергии сейчас не выглядит реалистичной. В 2020 году ЕС потребил около 16 млн тераджоулей (ТДж) газа в пересчете на энергию сжигания, а добыл при этом менее 2 млн ТДж. Около 23% всего импорта газа в ЕС обеспечила Россия — это второй результат после Норвегии с ее 25%. Четверку главных поставщиков замыкают Украина (13%) и Беларусь (10%), поставки из которых — это по сути перепроданный российский газ. 

Альтернативные источники энергии — это в основном солнце, ветер и биотопливо. Но производство биотоплива требует посевных площадей. Вряд ли при растущих ценах на продовольствие кто-то решится сажать рапс вместо пшеницы. Поэтому сосредоточимся на альтернативой электроэнергетике.

В 2019 году валовое производство электроэнергии в ЕС составило 2900 ТВт∙ч, из них 22% было получено из возобновляемых источников (включая гидрогенерацию). Чтобы заменить «альтернативным» электричеством энергию, получаемую из российского газа, европейцам пришлось бы увеличить возобновляемую генерацию в 2,4 раза. Это вряд ли возможно в ближайшие годы.

Материал по теме

При этом получить нужную энергию мало — нужно довести ее до потребителя. Газ используется не только на газовых электростанциях (21% всей электрогенерации в ЕС), но и для отопления, работы промышленных предприятий и т. д. Чтобы заменить всю «газовую» инфраструктуру на «электрическую», потребовались бы колоссальные затраты.

Таким образом, в ближайшие годы возобновляемые источники могут несколько потеснить российский газ на рынке, но никак не заменить его.

А что в долгосрочной перспективе? Могут ли альтернативные источники энергии заменить собой ископаемое топливо хотя бы в производстве электроэнергии?

Не касаясь экологии, углеродного следа и экономической рентабельности, обсудим более простой вопрос: могут ли возобновляемые источники бесперебойно обеспечивать нужное количество энергии? 

К солнцу на крыльях ветра

Среди энергоскептиков циркулирует миф, что время энергетической окупаемости (energy payback time) солнечных и ветровых генераторов превышает срок их службы. Другими словами, за всю «карьеру» они вырабатывают меньше энергии, чем требуется для их изготовления. А значит, альтернативный генератор всего лишь аккумулирует в себе энергию традиционных источников, да еще и с существенными потерями.

 

Возможно, на заре отрасли так и было, но с тех пор картина изменилась. Так, по данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США, солнечные батареи окупаются по энергии за три-четыре года при сроке службы 20-30 лет.

Схожие цифры относятся и к ветроэнергетике. Еще в 2010 году был опубликован метаанализ 50 исследований, проведенных в период с 1977 по 2007 год и охвативших 119 моделей ветрогенераторов. Несмотря на большой разброс данных, получилось, что за время работы ветряк вырабатывает в среднем в 20–25 раз больше энергии, чем требуется для его изготовления. В 2014-м вышла работа, в которой время энергетической окупаемости двух моделей ветрогенераторов оценивалось в пять–шесть месяцев.

Материал по теме

Таким образом, солнце и ветер действительно дают новую энергию. Другой вопрос, хватит ли этой энергии на всех, или кто-то уйдет обиженным.

Полтора года назад ученые из США и Китая попытались дать ответ на страницах журнала Nature Communications. Они проанализировали солнечные и ветровые ресурсы 42 стран со всех континентов по наблюдениям за 39 лет (с 1980 по 2018 год). Далее исследователи вычислили, сколько энергии можно было бы получить из этих ресурсов, и сравнили с потребностями упомянутых стран в электричестве. Авторы особо подчеркнули, что их интересовали принципиальные геофизические ограничения, а вовсе не экономика или геополитика.

Спрос и выработку электроэнергии эксперты учитывали не в среднем за год, а вразбивку по времени года и суток. Они учитывали, что солнечные батареи работают только днем, зато ночью сильнее ветер, что зимой меньше солнца, но больше ветра, и т. д.

Специалисты рассмотрели несколько моделей солнечно-ветровой энергетики. В простейшей из них энергия не запасалась и вырабатывалась без избытка. Тогда солнце и ветер могли обеспечить только 72–91% (в среднем 83%) спроса на электроэнергию. То есть обойтись совсем без традиционных источников энергии все-таки не получилось.

Самые надежные (в смысле вероятности перебоев) схемы генерации, достижимые в этой модели, всегда требовали больше ветра, чем солнца. Доля ветровых генераторов в общей солнечно-ветровой мощности колебалась от 65% для залитых солнцем Алжира и Египта до 85% для северных России и Канады, а в среднем составила 73%.

Во вторую модель была добавлена возможность запасать энергию, выработанную в течение трех или 12 часов. Естественно, это улучшило показатели. Система с 12-часовым хранением могла бы удовлетворить 83–94% (в среднем 90%) спроса на электроэнергию. При этом оптимальная доля солнечной энергетики сильно менялась от страны к стране — от 10 до 70%.

Материал по теме

Другим способом удовлетворить спрос оказалась избыточная генерация. Если вырабатывать в год в 1,5 раза больше энергии, чем нужно, то даже в самые плохие часы ее, скорее всего, хватит для потребителей. Неудивительно, что такие системы удовлетворяли 83–99% (в среднем 94%) спроса. А добавление к этой избыточной генерации еще и 12-часового хранения позволило бы удовлетворить спрос на 89–100%, в среднем на 98%.

Еще лучших результатов можно добиться, если интегрировать солнечно-ветровые системы в масштабах континентов. Тогда энергия могла бы перетекать оттуда, где ее слишком много, туда, где ее не хватает. Впрочем, в эпоху геополитических бурь о единой континентальной энергосистеме остается только мечтать.

Однако лететь на крыльях ветра в солнечные дали рановато.

Надежность в 98% хороша только на первый взгляд. Два процента неудовлетворенного спроса — это 175 часов без электричества в год. Между тем стандарты надежности электросети в развитых странах допускают отключения не более чем на два-три часа в год. Чтобы залатать эту дыру, понадобятся резервные мощности, которые большую часть времени будут простаивать.

Кроме того, вырабатывать в 1,5 раза больше энергии, чем нужно (и, значит, треть ее тратить «в молоко») — тоже не слишком экономично. Наконец, где запасти энергию на 12 часов потребления? Как отмечают авторы, для одной только Германии это 0,7 ТВт∙ч, что более чем втрое превышает емкость всех произведенных литиево-ионных аккумуляторов.

Резюмируем. Доля солнечной и ветровой генерации в энергетическом балансе Европы и планеты в целом, вполне вероятно, будет нарастать. Но даже если уставить всю Землю ветряками и солнечными панелями, совсем отказаться от традиционной электрогенерации не получится.

Или получится, но с серьезными потерями. Чтобы сделать солнечно-ветровую энергетику хотя бы минимально надежной, нужны новые технологии хранения энергии, которых сейчас нет, и неизвестно, когда они появятся. Не исключено, что термоядерная революция случится раньше, чем будет остановлена последняя газовая электростанция.

Материал по теме

Основы биоэнергетики | Департамент энергетики

Управление биоэнергетических технологий

Биоэнергия является одним из многих разнообразных ресурсов, которые помогают удовлетворить наши потребности в энергии. Это форма возобновляемой энергии, полученная из недавно живых органических материалов, известных как биомасса, которые можно использовать для производства транспортного топлива, тепла, электричества и продуктов.

ПРЕИМУЩЕСТВА НАДЕЖНОЙ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Обильная и возобновляемая биоэнергия может способствовать более безопасному, устойчивому и экономически обоснованному будущему за счет:

• Обеспечение внутренних чистых источников энергии
• Снижение зависимости США от иностранной нефти
• Создание рабочих мест в США
• Оживление сельской экономики.

В отчете Министерства энергетики США о миллиардных тоннах за 2016 год: развитие внутренних ресурсов для процветающей биоэкономики сделан вывод о том, что Соединенные Штаты могут производить 1 миллиард сухих тонн непродовольственных ресурсов биомассы ежегодно к 2040 году и при этом удовлетворять потребности в продуктах питания. , корм и клетчатка. Один миллиард тонн биомассы может:

• Производство до 50 миллиардов галлонов биотоплива
• Производство 50 миллиардов фунтов химикатов и биопродуктов на биологической основе
• Производство 85 миллиардов киловатт-часов электроэнергии для питания 7 миллионов домохозяйств
• Создание 1,1 миллиона рабочих мест для экономики США
• Держите 260 миллиардов долларов в США. ^[1]

Узнайте больше о Биопреимуществах.

БИОМАССА: ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС

Биомасса – это возобновляемый источник энергии, полученный из материалов на основе растений и водорослей, который включает:

Crop wastes Forest residues Purpose-grown grasses Woody energy crops Microalgae

Urban wood waste Food waste

Biomass is a универсальный возобновляемый источник энергии. Его можно преобразовать в жидкое транспортное топливо, эквивалентное ископаемому топливу, такому как бензин, реактивное и дизельное топливо. Технологии биоэнергетики позволяют повторно использовать углерод из биомассы и потоков отходов в топливо с пониженным уровнем выбросов для автомобилей, грузовиков, самолетов и кораблей; биопродукты; и возобновляемая энергия.

Узнайте больше о ресурсах биомассы.

БИОТОПЛИВО: ЭНЕРГИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТА

Биомасса — это один из видов возобновляемых ресурсов, который можно преобразовать в жидкое топливо, известное как биотопливо, для транспорта. Биотопливо включает целлюлозный этанол, биодизельное топливо и возобновляемое углеводородное «добавочное» топливо. Двумя наиболее распространенными типами биотоплива, используемыми сегодня, являются этанол и биодизель. Биотопливо можно использовать в самолетах и ​​большинстве транспортных средств, находящихся в пути. Возобновляемое транспортное топливо, которое функционально эквивалентно нефтяному топливу, снижает углеродоемкость наших автомобилей и самолетов.

Узнайте больше о биотопливе.

БИОЭНЕРГЕТИКА: ЭНЕРГЕТИКА ДЛЯ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Технологии биоэнергетики преобразуют возобновляемое топливо из биомассы в тепло и электричество, используя процессы, подобные тем, которые используются с ископаемым топливом. Есть три способа собрать энергию, хранящуюся в биомассе, для производства биоэнергии: сжигание, бактериальный распад и преобразование в газ или жидкое топливо. Биоэнергетика может компенсировать потребность в углеродном топливе, сжигаемом на электростанциях, тем самым снижая углеродоемкость производства электроэнергии. В отличие от некоторых форм прерывистой возобновляемой энергии, биоэнергетика может повысить гибкость производства электроэнергии и повысить надежность электрической сети.

Узнайте больше о Биоэнергетике.

БИОПРОДУКТЫ: ТОВАРЫ ПОВСЕДНЕВНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ БИОМАССЫ

Биомасса — универсальный источник энергии, очень похожий на нефть. Помимо преобразования биомассы в биотопливо для использования в транспортных средствах, он также может служить возобновляемой альтернативой ископаемому топливу при производстве биопродуктов, таких как пластмассы, смазочные материалы, промышленные химикаты и многие другие продукты, которые в настоящее время получают из нефти или природного газа. Подражая существующей модели нефтеперерабатывающих заводов, интегрированные биоперерабатывающие заводы могут производить биопродукты наряду с биотопливом. Эта стратегия совместного производства предлагает более эффективный, экономичный и комплексный подход к использованию ресурсов биомассы США. Доходы, получаемые от биопродуктов, также обеспечивают добавленную стоимость, улучшая экономику операций по биопереработке и создавая более конкурентоспособное биотопливо.

Узнайте больше о биопродуктах.

 

_{^[1] Роджерс, Дж. Н., Б. Стоукс, Дж. Данн, Х. Кай, М. Ву, З. Хак, Х. Баумс. 2016. «Оценка потенциальных продуктов и экономических и экологических последствий в результате биоэкономики на миллиард тонн». Биотопливо, биопродукты и биопереработка,  11: 110–128. https://doi.org/10.1002/bbb.1728.}

Источники энергии – Управление энергетической информации США (EIA)

• Основы
• +Меню

Большая часть нашей энергии невозобновляема

В Соединенных Штатах и ​​многих других странах большинство источников энергии для выполнения работы являются невозобновляемыми источниками энергии:

• Нефть
• Сжиженные углеводородные газы
• Природный газ
• Уголь
• Атомная энергия

Эти источники энергии называются невозобновляемыми, потому что их запасы ограничены количеством, которое мы можем добыть или извлечь из земли. Уголь, природный газ и нефть образовались за тысячи лет из захороненных останков древних морских растений и животных, живших миллионы лет назад. Вот почему мы также называем эти источники энергии ископаемое топливо .

Большая часть нефтепродуктов, потребляемых в США, производится из сырой нефти, но жидкие углеводороды также могут производиться 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 формировались звезды. Уран встречается повсюду в земной коре, но большую его часть слишком сложно или слишком дорого добывать и перерабатывать в топливо для атомных электростанций.

Существует пять основных возобновляемых источников энергии

Основными типами или источниками возобновляемой энергии являются:

• Солнечная энергия солнца
• Геотермальная энергия из тепла внутри земли
• Энергия ветра
• Биомасса растений
• Гидроэнергетика из проточной воды

Их называют возобновляемыми источниками энергии, потому что они пополняются естественным путем. День за днем ​​светит солнце, растут растения, дует ветер и 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 для 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 стало основным источником энергии. Использование биомассы для отопления домов оставалось источником энергии, но в основном в сельской местности и для дополнительного тепла в городских районах. В середине 19В 80-х годах использование биомассы и других видов 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 уменьшить или избежать выбросов углекислого газа.

Узнайте больше об энергопотреблении в США в прошлом и графиках источников энергии.

На приведенной ниже диаграмме показаны источники энергии в США, их основное использование и их процентная доля в общем потреблении энергии в США в 2021 году9.0003 Потребление энергии в США по источникам, 2021 г. США. потребление энергии по источникам, 2021 годбиомассавозобновляемая энергияотопление, электричество, транспорт5,0%гидроэнергетикавозобновляемаяэлектроэнергия2,3%ветроваявозобновляемаяэлектроэнергия3,4%солнечнаявозобновляемаяэнергияотопление,электроэнергия1,5%геотермальнаявозобновляемаяэнергияотопление,электроэнергия0,2%нефтьневозобновляемаятранспорт,производство,электроэнергия36,0%природныйгазневозобновляемаяэнергияотопление,производство,электричество,транспорт32. 2%угольневозобновляемая электроэнергия, производство10,8%ядерная (из урана)невозобновляемая электроэнергия8,4%Небольшое количество источников, не включенных выше, представляет собой чистый импорт электроэнергии и угольный кокс.