Способы получения электроэнергии: где мир берет силы для развития: Статьи экономики ➕1, 14.04.2022
С каждым годом мировое потребление электричества растет, поэтому приходится задействовать все доступные способы его выработки. Разбираемся, какие технологии получения электроэнергии существуют и как они влияют на окружающую среду.
Тепловая электростанция
Фото: aapsky / iStock
В 2021 году с помощью тепловых электростанций (ТЭС) получено 62% мировой электроэнергии. Они работают на органическом топливе — природном газе, угле, мазуте, торфе, горючих сланцах. Нагретая в котле вода превращается в пар, который подается в паровую турбину. В результате ее вращения механическая энергия преобразуется в электрический ток.
Преимущество ТЭС — сравнительно небольшие затраты на строительство и обслуживание. Но при производстве электроэнергии в атмосферу попадают большие объемы CO2 и других парниковых газов, вызывающих изменения климата, и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксид серы, зола, сернистый газ.
Они приводят к увеличению риска развития различных заболеваний.
Влияние энергетики на экологию — насколько вредны уголь, нефть и газ
И когда планета и люди вздохнут спокойно
Опасения вызывают и стремительно уменьшающиеся запасы природных ресурсов. По оценкам Минприроды, запасы нефти в России будут исчерпаны через 16-17 лет, а природного газа — через 20. Мировые залежи нефти закончатся позже — примерно через 50 лет.
С учетом вышесказанного многие государства начали активный переход на более безопасную для природы возобновляемую энергию — солнца, ветра и т. д. По-прежнему востребованы атомная и гидроэнергетика. Обеспечение всеобщего доступа к экологически чистым источникам энергии является одной из Целей устойчивого развития (ЦУР) Организации объединенных наций (ООН).
ГЭС «Илья-Солтейра» в Бразилии
Фото: edsongrandisoli / iStock
Около 84% энергии, генерируемой на базе возобновляемых источников, вырабатывают гидроэлектростанции (ГЭС). Это одна шестая всей электроэнергии планеты. Большая часть мировой гидроэлектроэнергии производится в Бразилии, США, КНР, Канаде, России. По оценкам Международного энергетического агентства, в дальнейшем 80% ГЭС будут строиться в развивающихся странах с большим гидропотенциалом.
При работе гидроэлектростанций используется кинетическая энергия потока воды, приводящая в движение турбину. Для создания напора применяются плотины, специальные отводы, расположенные под наклоном (для горных рек), или аккумуляторные насосы, перекачивающие воду из одного резервуара в другой.
Гидроэнергетика использует возобновляемый ресурс и не дает вредных выбросов. Кроме того, мощность этого источника электроэнергии легко отрегулировать путем изменения интенсивности потока воды. С учетом этих преимуществ именно гидроэнергетику рассматривают как наиболее перспективную замену ТЭС.
Но строительство крупных ГЭС также оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Так, из-за Иркутской ГЭС уровень воды в озере Байкал повысился на один метр, что вызвало оползни и разрушение берегов. Кроме того, строительство гидроэлектростанций приводит к ухудшению условий обитания растений и животных, в том числе к снижению концентрации кислорода в воде, нарушению путей миграции рыб.
10 причин, почему крупные ГЭС опасны для природы и человека
Что не так с большими гидроэлектростанциями
Природоохранные организации предлагают ограничиться строительством малых и средних ГЭС. Эффективность этого решения уже подтверждена мировым опытом. Так, в Китае работает более 90 тыс. малых ГЭС. Они обеспечивают 30% электроэнергии, потребляемой сельскими регионами.
Солнечная электростанция в Китае
Фото: Jenson / iStock
Согласно данным Европейской ассоциации солнечной энергетики SolarPower Europe, солнечные электростанции (СЭС) обеспечивают выработку 2,6% мировой электроэнергии. В то же время эта отрасль лидирует по объемам инвестиций. Эксперты Института энергетики НИУ ВШЭ отмечают, что в 2019 году прирост мощностей СЭС в 2,5 раза превысил введенные мощности угольных и газовых станций.
СЭС отражают лучи солнца с помощью зеркал, концентрируя их на приемнике, наполненном маслом или водой. Пар, выделяемый при нагреве жидкости, приводит в действие электрогенератор.
Солнечная энергетика обладает огромным потенциалом. Каждый квадратный метр космического пространства содержит около 1,3 тыс. Вт энергии солнца. Две трети этого количества преодолевают атмосферу и достигают поверхности нашей планеты. Ученые подсчитали, что за 18 ясных дней на Землю поступает столько энергии, сколько содержится во всех запасах нефти, угля и природного газа.
Мировыми лидерами по мощностям солнечной энергетики являются Китай, Германия, Япония и США. В нашей стране эта отрасль тоже развивается: уже построено около 80 крупных СЭС общей мощностью более 1,8 ГВт. Кроме того, государство поддерживает микрогенерацию — каждый человек может установить солнечный модуль, например за окном или на крыше, чтобы генерировать электроэнергию и продавать ее ресурсоснабжающим компаниям.
Как солнечные панели экономят плату за электричество
Пять выводов о том, как развивается частная солнечная энергетика в России
Средний срок службы солнечных батарей — 25-30 лет. Все это время обеспечиваются получение и передача электроэнергии потребителям без дополнительных затрат на обслуживание. Достаточно смывать с модулей пыль 3-4 раза в год. Передача электроэнергии осуществляется по электрическим сетям.
Ветроэнергетика развивается быстрее, чем другие технологии ВИЭ. В 2020 году ее мощности увеличились на 95,3 ГВт, в 2021-м — на 93,6 ГВт. Общая мощность ветрогенераторов в мире равна 837 ГВт. К началу 2021 года на ВЭС приходилось 0,13% генерации в России.
Ветроэнергетика не загрязняет атмосферу, но шум и вибрации, создаваемые генераторами, отпугивают животных, обитающих поблизости. Также существует опасность гибели птиц, пролетающих рядом с лопастями. Но действие этих факторов не настолько велико, чтобы всерьез задуматься об отказе от энергии ветра. Так, по данным Европейской ассоциации ветряной энергетики (EWEA), от столкновения с ВЭС гибнет в 3,5 тысячи раз меньше птиц, чем от когтей и зубов кошек. Кроме того, в США создали систему, выключающую генератор при приближении охраняемых пернатых.
Несмотря на активное развитие сектора ВЭС, динамика его роста по-прежнему недостаточна для того, чтобы достичь углеродной нейтральности к 2050 году. По оценкам специалистов из Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC), необходимо ежегодно строить в четыре раза больше турбин.
Эксперт: Россия может перейти с угля и газа на ветер
Ветровая электроэнергия в стране уже сопоставима по стоимости с традиционной
Воды Мирового океана занимают около 70% поверхности планеты и накапливают большое количество тепловой энергии cолнца. Эту энергию преобразуют в электричество с помощью специального оборудования. Для его эффективной работы необходима разница температур между поверхностным и глубоким слоями воды не менее 20 °C.
Существует три вида океанических теплоэлектростанций (ОТЭС):
1
В системе открытого цикла прогретая солнцем океаническая вода превращается в пар в камере с низким давлением, снижающим температуру ее кипения. Пар запускает турбину, а на выходе холодная глубинная вода возвращает его в жидкое состояние.
2
В установках закрытого цикла теплая вода испаряет рабочую жидкость (пропан, фреон, аммиак), циркулирующую по замкнутой системе трубок и проходящую через теплообменник. В этом случае океаническая вода должна быть прогрета до нужной температуры.
3
В ОТЭС смешанного типа вода преобразуется в пар, который испаряет рабочую жидкость.
Описанный выше порядок получения электроэнергии при помощи ОТЭС подходит только для тропических регионов. Но планируется построить подобные станции и в Арктике, где они будут работать за счет разницы температур подледного слоя воды и воздуха, превышающей 26 °C.
Увеличение объемов использования тепловой энергии океана включено в национальные программы Индии, США, Швеции, Франции, Японии. Так, президент Франции поставил задачу: к 2030 году полностью перевести остров Реюньон на энергию ОТЭС.
Ростовская атомная электростанция
Фото: Эрик Романенко / ТАСС
В мире функционирует более 400 ядерных реакторов, и еще 475 планируется построить. 98% атомных электростанций (АЭС) сконцентрировано в Европе, Северной Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе. В России АЭС вырабатывают 20% всей электроэнергии страны. Сейчас госкорпорация «Росатом» строит три новых энергоблока, в том числе инновационный реактор БРЕСТ-ОД-300 с замкнутым топливным циклом. Облученное топливо будет перерабатываться и использоваться повторно, благодаря чему система станет практически безотходной.
«Замести под коврик»: как в России утилизируют радиоактивные отходы
Грамотно ли в нашей стране поступают с атомными реакторами и топливом
В недавнем заявлении Еврокомиссии говорится, что ядерная энергетика поможет увеличить долю использования возобновляемых источников энергии и перейти к климатической нейтральности, то есть минимизировать влияние электростанций на климат. Этот способ получения электричества имеет еще одно достоинство: энергоемкость ядерного топлива в 104 раз больше нефти.
Климатолог Джеймс Хансен отметил, что переход на атомную энергетику может спасти 7 млн жизней в год. Именно столько людей умирает от загрязнения воздуха, вызванного выбросами теплоэлектростанций.
У развития атомной энергетики есть одно препятствие — негативные ассоциации, связанные с катастрофами в Чернобыле и Фукусиме. Но надежность современных ядерных реакторов не оставляет поводов для опасений: согласно исследованию медицинского журнала Lancet, атомная энергия по безопасности превосходит даже солнечные панели.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.
Автор
Вера Жихарева
Как создается гидроэнергия En + Group
Один из старейших источников энергии
Гидроэнергетика – один из старейших источников энергии на планете. Более 2000 лет назад в Древней Греции водоподъемные колеса использовались для механических задач: с их помощью мололи зерно, пилили древесину, работали текстильные мастерские и иные мануфактуры. Использовать воду в качестве источника энергии стали в конце 19-го века после того как британо-американский инженер Джеймс Френсис разработал первую современную гидротурбину.
Как работает гидроэлектростанция
ГЭС используют потоки воды для производства электроэнергии. Гидроэнергетика вырабатывает более 16% всего электричества на планете. Это крупнейший источник возобновляемой энергии.
Создание напора воды
Для выработки электроэнергии с помощью воды необходимо создать напор. Наиболее распространённые технологии – плотины (поток создается водохранилищем), сток реки (используется естественный поток реки) или гидроаккумулирующие станции (насосы перемещают воду между водоемами на разных высотах).
Прокрутите вниз
Создание напора воды
Для выработки электроэнергии с помощью воды необходимо создать напор. Наиболее распространённые технологии – плотины (поток создается водохранилищем), сток реки (используется естественный поток реки) или гидроаккумулирующие станции (насосы перемещают воду между водоемами на разных высотах).
Прокрутите вниз
Вода поступает в шлюз
Сильный поток воды направляется в трубы под названием напорный трубопровод ГЭС.
Таким образом, используется сила притяжения падающей жидкости.
Прокрутите вниз
Вода вращает гидротурбины
Трубопроводы соединены с турбинами, которые, вращаясь, трансформируют гравитационную энергию в электрическую (турбины приводят в действие генераторы). Выработка энергии зависит от объема воды и перепада высот между нижним и верхним бьефом.
Прокрутите вниз
Преимущества гидроэнергетики
Нет выбросов CO2. У ГЭС нет выбросов CO2 в атмосферу, с их помощью можно снизить эмиссии парниковых газов
Низкая и стабильная стоимость.
Операционная гибкость. Гидроэлектростанция может оперативно менять объемы выработки в период пиковых показателей потребления
Поддержка сети. Постоянно доступный источник энергии, обеспечивающий надежное электроснабжение возобновляемой энергии
Обеспечение безопасности. ГЭС могут быть использованы для управления речным потоком для предотвращения наводнений
Длительный жизненный цикл:
ГЭС могут работать свыше 100 лет
- Новая энергия
Крупнейший источник возобновляемой энергии
Гидроэлектростанции вырабатывают около 70% всей электроэнергии в мире. В отличие от тепловых станций, которые сжигают ископаемые углеводороды, ГЭС не тратят воду и не производят прямых выбросов. Они используют гравитационную силу или течение воды для выработки электричества.
Выбросы парниковых газов за жизненный цикл ГЭС сопоставим с атомной электростанцией. Однако, интенсивность эмиссий – существенно ниже других источников энергии.
По прогнозу МЭА – гидроэнергетика будет крупнейшим источником возобновляемой энергии, по меньшей мере до 2023 года.
- Возобновляемая энергия
Россия обладает вторым в мире экономически эффективным гидропотенциалом, способным обеспечить свыше 800 кВтч низкоуглеродного электричества в год.
- География присутствия
- О выбросах начистоту
Узнать больше
Чем мы занимаемся
Новая энергия
О Компании
О выбросах начистоту
О Компании
География присутствия
Технологии производства энергии | Как работает
“”Исследование говорит, что солнечные панели на половине крыш могут удовлетворить мировые потребности в электроэнергии
Солнечные панели на крышах почти на 80 процентов дешевле, чем всего 10 лет назад. В новой статье говорится, что если мы установим их на 50 процентах крыш, мы сможем удовлетворить все годовые потребности мира в электроэнергии.
Сиддхарт Джоши, Джеймс Глинн и Шивика Миттал
“”Швеция сильна в превращении мусора в энергию
Швеция выбрасывает на свалки менее 1 процента своего бытового мусора, отчасти потому, что почти половина мусора сжигается для производства тепла и электричества.
Патрик Дж. Кигер
Реклама
“”Амбициозное предложение вновь заморозить Арктику
Некоторые ученые предлагают массивный набор ветряных насосов для подъема большего количества арктической воды на поверхность, чтобы она могла замерзать и уплотнять существующий морской лед.
Патрик Дж. Кигер
Что случилось с увлечением зелеными технологиями?
В наши дни кажется, что все “зеленеют”. Все, от частных лиц до компаний, ищут способы быть более устойчивыми и безвредными для окружающей среды. Но зеленые технологии — путь будущего или просто еще одна причуда?
Бет Бриндл
Реклама
“”Какой источник энергии мы будем использовать для питания наших автомобилей в 2050 году?
Люди говорят о растущей стоимости и прогнозируемом дефиците ископаемого топлива. Но найти новый источник энергии и разработать инфраструктуру будет дорого и сложно. Будем ли мы по-прежнему использовать бензин в 2050 году?
Джонатан Стрикленд
“”Произведут ли нанохлопья революцию в солнечной энергетике?
Что, если бы солнечные батареи были дешевле, компактнее и эффективнее? Теоретически, нанохлопья могут помочь вам в этом, если технология когда-либо будет запущена.
Джейкоб Сильверман
“”Как работает солнечная тепловая энергия
Существует два основных способа получения солнечной энергии. Но одна из них — солнечная тепловая технология — действительно готова стать чистой и надежной формой альтернативной энергии.
Мария Тримарчи
“”Как работает целлюлозный этанол
Целлюлозный этанол можно производить из любого старого стебля, листа или ствола дерева. Сельскохозяйственные отходы, скошенная трава и переработанные газеты тоже подойдут. Итак, когда мы можем ожидать, что это альтернативное топливо поступит на заправочные станции?
Сьюзан Л. Наср
Реклама
“”Как работает газификация
Газификация может стать вторым шансом для угля. Получит ли эта старая технология, работающая на угле или биомассе, новую жизнь в качестве одной из наиболее важных энергетических альтернатив будущего?
Уильям Харрис
“”Как работает замороженное топливо
Это не просто грязь. Это ископаемое топливо, которое в огромных количествах спрятано в отложениях по всей земной коре. Может ли это замороженное топливо также нагревать планету?
Уильям Харрис
“”Есть ли способ получить солнечную энергию ночью?
Солнечная энергия чиста и обильна. Однако есть одна большая проблема: солнце не светит все время. Есть ли способ, чтобы солнечные электростанции работали всю ночь?
Джулия Лейтон
“”Как работает искусственная геотермальная энергия
Вы знаете, что такое геотермальная энергия — тепло Земли. Может ли новый поворот в геотермальной энергетике помочь странам достичь энергетической независимости?
Сьюзан Л. Наср
Реклама
“”Как работает искусственный фотосинтез
Растения прекрасно производят энергию: преобразуют солнечный свет, углекислый газ и воду в энергию, не выделяя при этом ничего вредного. Можем ли мы подражать такой элегантной системе?
Автор: Джулия Лейтон
Что окажется лучше?
Технологии производства электроэнергии, такие как угольные электростанции, ядерные реакторы и ветряные турбины, предлагают различные преимущества и недостатки для компаний, производящих энергию, и их клиентов.
Компания хочет поставлять электроэнергию, которая была бы одновременно надежной и экономичной, а также максимально безопасной для окружающей среды. Какая технология производства электроэнергии отвечает всем этим требованиям?
В недавней диаграмме Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) иллюстрирует плюсы и минусы технологий генерации, рассматривая критические факторы, включая стоимость — как стоимость строительства, так и стоимость электроэнергии — землепользование, потребности в воде, выбросы CO2, отходы, доступность, и гибкость.
Выводы EPRI показывают, что при рассмотрении технологий производства электроэнергии не существует универсального решения.
Баланс плюсов и минусов
По оценке EPRI, преимущества природного газа высоко оцениваются. По большей части природный газ доступен как для строительства, так и для производства электроэнергии, имеет меньше выбросов, чем уголь, а также является относительно гибким.
В последние годы популярность природного газа в некоторых регионах резко возросла. Это связано с его вновь обретенным изобилием в таких местах, как США, и его репутацией ископаемого топлива с низким уровнем выбросов углерода, а также с улучшениями в технологии газовых турбин.
Однако не все страны имеют доступ к обильному и дешевому природному газу. В некоторых случаях доступ к недорогому природному газу оказался под угрозой из-за геополитической напряженности, как, например, в случае с Восточной Европой и некоторыми странами Западной Европы во время политических разногласий между Россией и Украиной несколько лет назад. Кроме того, хотя газ производит примерно половину выбросов угля, он по-прежнему не является полностью безуглеродным или возобновляемым источником.
Технологии использования возобновляемых источников энергии, такие как ветряные турбины, солнечные фотоэлектрические модули и гидроэлектростанции, производят электроэнергию без вредных выбросов, и сейчас эти технологии дешевле, чем когда-либо, часто дешевле, чем конкурирующие источники. Большинство стран будут иметь доступ к одному или нескольким возобновляемым источникам энергии.
Однако для возобновляемых источников энергии обычно требуется много земли, а также они непостоянны и зависят от погодных условий. В настоящее время нельзя полагаться на то, что они удовлетворят весь спрос.
Уголь, традиционный источник базовой энергии, занимает первое место в таблице EPRI по недостаткам. Это крупнейший источник выбросов CO2, требующий большого количества воды и земли. Даже с улавливанием углерода он занимает низкое место.
Однако потеря угольной генерации может вызвать проблемы. В Южной Австралии, например, угольные электростанции ушли с рынка из-за ценовой конкурентоспособности возобновляемых источников энергии и государственной политики, которая отдает предпочтение чистой энергии, а не энергии с интенсивными выбросами. В результате электроснабжение пострадало из-за потери базовой мощности, что вынудило местное правительство вмешаться.
Кроме того, для развивающихся стран, таких как Индия, которые имеют доступ к большому количеству дешевого угля, угольная генерация обеспечивает столь необходимое и надежное базовое производство электроэнергии по разумной цене. Это доказывает, что, несмотря на свои недостатки в списке EPRI, уголь по-прежнему остается важным источником электроэнергии.
Ядерная промышленность показала хорошие результаты. Однако, несмотря на то, что она чище угля и удовлетворяет базовые потребности в энергии, капиталоемкий характер атомной энергетики часто непомерно высок. Например, компания EDF Energy, которая строит в Великобритании новую атомную электростанцию под названием Hinkley Point C, недавно объявила, что стоимость станции составит 1,5 млрд евро, или около 1,3 млрд долларов США, по данным BBC, что составляет 10 процентов больше, чем ожидалось.
Идеальный энергетический баланс ближайшего будущего
Технологии будущего могут смягчить некоторые проблемы, связанные с развитием технологий производства электроэнергии. Например, газовые турбины, интегрированные с резервным аккумулятором, обеспечивают резерв на случай непредвиденных обстоятельств без сжигания топлива, помогая турбинам работать так, как они не могли раньше.
Периодические проблемы с возобновляемыми источниками энергии можно смягчить за счет разработки доступных крупномасштабных накопителей энергии. PJM Interconnection в Калифорнии доказала, что это возможно, хотя и в относительно небольших масштабах по сравнению с более широким рынком электроэнергии США.
Другие технологии, такие как реагирование на стороне потребления и интеллектуальные счетчики, также меняют способ потребления энергии.
Тем не менее, ожидается, что спрос будет расти во всем мире, и модель EPRI показывает, что потребуется разнообразный энергетический баланс.
Не существует ни одной идеальной технологии производства энергии, которая могла бы обеспечить надежное и экономичное электричество с минимальным воздействием на окружающую среду. При рассмотрении портфеля производства электроэнергии приоритетом должно быть разнообразие поставок и поддержание баланса.
Великобритания, например, представляет собой разнообразный и сбалансированный энергетический баланс, состоящий из 30 процентов природного газа, 22 процентов угля, 21 процента атомной энергии и около 25 процентов возобновляемых источников энергии, по данным Energy UK. Остальное поступает от интерконнекторов в Европе.
Природный газ с его более быстрым запуском и более низким уровнем выбросов может помочь сбалансировать прерывистый характер возобновляемых источников энергии. Однако в регионах, где природный газ малодоступен, но есть много угля, угольные электростанции могут быть лучшим вариантом.
В зависимости от района уголь, вероятно, по-прежнему будет необходим для обеспечения надежности базовой нагрузки, даже при сочетании газа и возобновляемых источников энергии. Если есть необходимость сбалансировать негативные последствия использования угля для окружающей среды, флоты могут добавить в смесь больше энергии ветра и солнца.
