Статьи по возобновляемым источникам энергии. Перспективы развития виэ в россии. Страны-лидеры по использованию ВИЭ

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 .

Под выражением «возобновляемая энергия» либо регенеративная, то есть «зеленая энергия», подразумевается энергия источников, неисчерпаемая по человеческим меркам. В окружающей среде она представлена в широком спектре – солнечная, ветровая, водная, включая морские волны и течения, силы приливов и отливов океана, биомассы, геотермального тепла.

В последние годы широкое развитие получила альтернативная энергетика. Она представлена самыми разнообразными видами ВИЭ, которые постоянно возобновляются.

Под формулировкой «возобновляемые источники энергии» подразумеваются определенные формы энергии, вырабатываемые в естественных условиях, за счет происходящих на поверхности Земли природных процессов.

Условно они делятся на классы – возобновляемые и невозобновляемые:

• к первому классу относятся источники, которые имеют неисчерпаемые источники энергии по человеческим меркам. Они постоянно пополняются естественным путем в ходе прохождения планетой определенного цикла;
• второй класс представлен невозобновимыми природными ресурсами, в число которых входит газ, нефть, уголь, уран. Они относятся к энергоресурсам, сокращающимся с истечением времени без возобновления до прежних размеров.

Возобновляемый источник энергии предоставляют ресурсы, в число которых входит солнечный свет, водный поток, приливы и геотермальная теплота. Их возобновлению способствует круговорот воды в природе, цикличность его определяется временем года. Явление способствует постоянному восполнению энергии естественным путем.

ВИЭ подразделяется на группы – традиционные и нетрадиционные источники

В первую группу входит:

• гидравлическая энергия воды, которая преобразуется в электрическую энергию. Каждая энергетическая станция вырабатывает ее посредством действия гидросилового оборудования, устанавливаемого на ней;
• энергия биомассы, получаемая в ходе сжигания древесного угля, дров, торфа. Она применяется в основном для выработки тепла, подаваемого в отопительную систему жилых и нежилых зданий;
• геотермальная энергия, являющаяся результатом естественного гниения и поглощения минералами, находящимися в недрах земли, солнечной энергии. В сущности, солнце есть неисчерпаемый источник энергии. Его тепловое излучение преобразовывается в электрическую энергию с применением фотоэлементов, тепловых машин.

Вторая группа состоит из энергии, которая существует в природе, окружающей человека:

• солнечной;
• ветровой;
• морских волн и течений;
• приливов и отливов океана;
• биотоплива;
• низкопотенциальной тепловой.

Принцип использования возобновимой энергии заключается в ее извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде геологических процессов. Она предоставляется потребителю, который использует ее для решения технических задач и удовлетворения своих нужд.

Характеристики отдельных ВИЭ

Многие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии без затруднений устанавливаются в жилых зданиях. Отдельные его виды можно применять в тяжелой и легкой промышленности, установив в производственных зданиях. В их число входят возобновляемые ресурсы, предоставляемые человеку самой природой.

Наибольшую популярность обрела энергия биомассы, являющаяся одним из видов «зеленой энергии». Она позволяет рационально использовать природные ресурсы планеты. Ресурсами являются отходы деревообрабатывающей и бумажной промышленности, отраслей сельского хозяйства, включая бытовой и строительный мусор, из которого вырабатывается естественным путем метан.

Воздушные массы атмосферы есть своего рода вечный неиссякаемый источник, потому что обладают огромной кинетической энергией. Они перемещаются под воздействием геологической деятельности ветра. Его сила преобразуется в электрическую энергию с помощью ветровых установок. Несмотря на довольно высокую стоимость, они успешно используются в районах со спокойным ландшафтом.

Еще один вечный источник энергии – Солнце. Солнечная энергетика является одним из направлений НВИЭ, основанной на непосредственном применении солнечного излучения для получения энергии. Она является бесплатным источником, который возобновляется. Помимо того, ее относят к категории «чистая энергетика», не производящей вредных отходов. Но солнечные установки применимы только в тех широтах планеты, где достаточно солнечного света для выработки электрической энергии.

Водный поток есть неиссякаемый источник, обладающий потенциальной и кинетической энергией. Она в ходе работы преобразуется в электрический ток. Ярким примером использования гидравлической энергии рек, воды является строительство малых и микро ГЭС, а также крупных ГЭС с большими мощностями.

Малые и микро ГЭС обрели популярность во многих странах, использующих энергию возобновляемых источников малых водотоков с целью выработки электрического тока. Нужно заметить, что в последние годы строительство крупных гидроэлектростанций сократилось до минимума.

«Зеленая энергетика» представлена энергией приливов и отливов океанов, морских волн и течений. Для их использования на берегу морей и океанов строятся приливные станции. Они преобразуют кинетическую энергию вращения Земли, возникающую за счет гравитационных сил Луны и Солнца, которые два раза в сутки изменяют уровень воды.

Достоинства и недостатки ВИЭ

Основное преимущество заключается в том, что возобновляемые ресурсы являются дешевым источником энергии. Это неиссякаемый источник энергии, который предоставлен в неограниченном количестве в окружающей среде, не являясь следствием целенаправленной деятельности человека.

Нужно заметить, что возобновляемые источники энергии имеют один недостаток. Он заключается в низкой степени концентрации, поэтому нельзя получаемую энергию передать на большие расстояния. Как правило, ВИЭ подлежит использованию вблизи потребителя.

Возобновляемая энергетика будущего

Учеными планеты ведутся дальнейшие разработки технологии водородного топлива, которая выделяет энергию при помощи синтеза атомов водорода в атом гелия. В будущем они намерены получать возобновляемые ресурсы не только с применением наземных конструкций, но и спутников Земли, чтобы использовать находящуюся в черных дырах космическую энергию.

Основные предпосылки для развития ВИЭ в Российской Федерации:

• обеспечение энергетической безопасности страны;
• сохранение окружающей среды, что позволит обеспечить экологическую безопасность;
• достижение нового уровня на мировом рынке возобновляемой энергии, что обозначено в общем стратегическом плане развития государства;
• претворение в жизнь мер, способствующих сохранить собственные возобновляемые ресурсы для будущих поколений;
• увеличение размеров потребления сырья, которое используется в качестве топлива.

В перспективе использование возобновляемых источников энергии позволит человечеству восполнить топливный дефицит, удешевить добычу топлива, тепла и моторного масла. Кроме того, их использование очищает атмосферу, что, несомненно, поможет улучшить экологическую обстановку планеты.

И в заключение необходимо отметить, что возобновляемые источники электроэнергии обладают несомненным преимуществом. Оно заключается в их неисчерпаемости и экологической чистоте. Человек может использовать их без каких-либо опасений, потому что они не нарушают энергетический баланс планеты. К тому же возобновляемые ресурсы находятся вокруг него всюду.

Возобновляемые источники энергии

В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, энергия биомассы, гидроэнергия, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.

Принято условно разделять ВИЭ на две группы:

Традиционные : гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия.
Нетрадиционные : солнечная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микроГЭС, энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.
Перспективы возобновляемой энергетики

В последние годы тенденция роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становится достаточно явной. Проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне. Так на встрече на высшем уровне на Окинаве (июнь 2000) главы восьми государств, в том числе Президент России В. В. Путин, обсудили глобальные проблемы развития мирового сообщества и среди них проблему роли и места возобновляемых источников энергии. Было принято решение образовать рабочую группу для выработки рекомендаций по значительному развертыванию рынков возобновляемой энергетики. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ.
Чем же вызван такой интерес к этой проблеме?

Говоря об этой тенденции, следует выделить один принципиально новый момент. До последнего времени в развитии энергетики прослеживалась четкая закономерность: развитие получали те направления энергетики, которые обеспечивали достаточно быстрый прямой экономический эффект. Связанные с этими направлениями социальные и экологические последствия рассматривались лишь как сопутствующие, и их роль в принятии решений была незначительной.

При таком подходе ВИЭ рассматривались лишь как энергоресурсы будущего, когда будут исчерпаны традиционные источники энергии или когда их добыча станет чрезвычайно дорогой и трудоемкой. Так как это будущее представлялось достаточно отдаленным (да и сейчас говорить серьезно об истощении потенциала традиционных энергоресурсов можно лишь с большой натяжкой), то использование ВИЭ представлялось достаточно интересной, но в современных условиях скорее экзотической, чем практической, задачей.

Ситуацию резко изменило осознание человечеством экологических пределов роста. Быстрый экспоненциальный рост негативных антропогенных воздействий на окружающую среду ведет к существенному ухудшению среды обитания человека. Поддержание этой среды в нормальном состоянии и возможность ее к самосохранению, становится одной из приоритетных целей жизнедеятельности общества. В этих условиях прежние, только узко экономические оценки различных направлений техники, технологии, хозяйствования, становятся явно недостаточными, ибо они не учитывают социальные и экологические аспекты.

Импульсом для интенсивного развития ВИЭ впервые стали не перспективные экономические выкладки, а общественный нажим, основанный на экологических требованиях. Мнение о том, что использование ВИЭ существенно улучшит экологическую обстановку в мире, - вот основа этого нажима.

Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивается в 20 млрд. т.у.т. в год, что в два раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии - неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии.

По оценке Американского общества инженеров-электриков, если в 1980 г. доля производимой электроэнергии на ВИЭ в мире составляла 1%, то к 2005 г. она достигнет 5%, к 2020 - 13% и к 2060 г. - 33%. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 г. объем производства электроэнергии на базе ВИЭ может возрасти с 11 до 22%. В странах Европейского Союза планируется увеличение доли использования для производства тепловой и электрической энергии с 6% (1996) до 12% (2010). Исходная ситуация в странах ЕС различна. И если в Дании доля использования ВИЭ в 2000 г. достигла 10%, то Нидерланды планируют увеличить долю ВИЭ с 3% в 2000 г. до 10% в 2020 г. Основной результат в общей картине определяет Германия, в которой планируется увеличить долю ВИЭ с 5,9% в 2000 г. до 12% в 2010 г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы.

Можно выделить пять основных причин, обусловивших развитие ВИЭ:

· обеспечение энергетической безопасности;
· сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;
· завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развивающихся странах;
· сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;
· увеличение потребления сырья для неэнергетического использования топлива.

Масштабы роста использования ВИЭ в мире на ближайшие 10 лет представлены в табл. 1. Чтобы ощутить масштаб цифр, укажем, что электрическая мощность электростанций на возобновляемых источниках энергии (без крупных ГЭС) составит 380-390 ГВт, что превышает мощность всех электростанций России (215 ГВт) в 1,8 раза.

Таблица 1

Вид оборудования или технологии		2000 г.	2010 г.
Фотоэлектричество		0,938 (0,26)
Ветроустановки, подключенные к сети
Малые ГЭС
Электростанции на биомассе
Солнечные термодинамические станции
Геотермальные станции
			380,9 - 392,45
Геотермальные тепловые станции и установки, ГВт
Солнечные коллекторы и системы,

На территории России сосредоточено 45% мировых запасов природного газа, 13% - нефти, 23% - угля, 14% - урана. Такие запасы топливно-энергетических ресурсов могут обеспечить потребности страны в тепловой и электрической энергии в течение сотен лет. Однако фактическое их использование обусловлено существенными трудностями и опасностями, не обеспечивает потребности многих регионов в энергии, связано с безвозвратными потерями топливно-энергетических ресурсов (до 50%), угрожает экологической катастрофой в местах добычи и производства топливно-энергетических ресурсов. Природа может не выдержать такого испытания. Около 22-25 млн. человек проживают в районах автономного энергоснабжения или ненадежного централизованного энергоснабжения, занимающих более 70% территории России.

Экономический потенциал ВИЭ на территории России, выраженный в тоннах условного топлива (т.у.т.), составляет по видам источников: энергия Солнца - 12,5 млн., энергия ветра - 10 млн., тепло Земли - 115 млн., энергия биомассы - 35 млн., энергия малых рек - 65 млн., энергия низкопотенциальных источников тепла - 31.5,млн., всего - 270 млн. т.у.т.

Эти источники по объему составляют примерно 30% от объема потребления топливно-энергетических ресурсов в России, составляющего 916 млн. т.у.т. в год, что создает благоприятные перспективы решения энергетических, социальных и экологических проблем в будущем.

Особенностью современного состояния научно-технических разработок и практического использования ВИЭ является пока еще более высокая стоимость получаемой энергии (тепловой и электрической) по сравнению с энергией, получаемой на крупных традиционных электростанциях. Но актуальность данного вопроса не исчезает. В России имеются обширные районы, где по экономическим, экологическим и социальным условиям целесообразно приоритетное развитие возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. К ним относятся:

• зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения, в первую очередь, районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории;
• зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными материальными потерями из-за частых отключений потребителей энергии;
• города и места массового отдыха и лечения населения со сложной экологической обстановкой, что обусловлено вредными выбросами в атмосферу от промышленных и городских котельных, работающих на ископаемом топливе;
• зоны с проблемами обеспечения энергией индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных участков.

По сути, широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России.

К примеру, во многом энергетическая безопасность формируется на региональном уровне. Степень обеспеченности регионов собственными топливно-энергетическими ресурсами является одним из основных показателей восприимчивости регионов к угрозам энергетической безопасности. Освоение и использование местных энергетических ресурсов (гидроэнергетика малых рек, торф, небольшие месторождения углеводородных топлив и др.), а также использование других, в первую очередь возобновляемых, энергетических ресурсов (солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы) позволят многие регионы страны перевести на энергообеспечение за счет ВИЭ, обеспечив их энергетическую независимость.

В некоторых областях использования ВИЭ Россия имеет крупные научные результаты, соответствующие мировому уровню. Выявлены большие потенциальные возможности использования этих источников энергии в решении энергетических и экологических проблем уже в ближайшем будущем.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) или возобновляемая энергия (ещё называется регенеративная или "зелёная") добывается из существующих потоков энергии, которые связаны с природными процессами, такими как солнечный свет, ветер, текущая вода, биологические процессы и геотермальные тепловые потоки.

Наиболее распространённым определением является то, что возобновляемая энергия происходит от источника энергии, который быстро заменяется процессом, который происходит естественно, таким как энергия, генерируемая солнцем или ветром.

Источники возобновляемой энергии

Возобновляемой энергией считается та, которую извлекают из постоянно происходящих в окружающей среде процессов от неисчерпаемых источников. Её получают из природных ресурсов, источники могут быть разными, такими как:

Энергия ветра

Представляет собой кинетическую энергию воздуха в движении. Ветер наделён энергией и образуется из-за существования неравномерного солнечного нагревания атмосферы (т. е. движение воздуха, появляющееся из-за разницы в атмосферном давлении), вращения земного шара и неровностей поверхности земли.

Скорость ветра выражает сколько кинетической энергии, которую можно трансформировать в электроэнергию или механическую энергию.

Энергия волн

Является энергией, переносимой по поверхности воды от волн. Её используют для добывания электричества, преобразовывается она на специальных волновых электростанциях, установленных в воду.

Энергия приливов и отливов

Эта энергия вырабатывается за счёт силы притяжения Луны и Солнца, т. е. гравитационного градиента или разницы в притяжении Луны и Солнца, которая действует на Землю (её поверхность и центр).

Чтобы преобразовать кинетическую энергию движения воды в электрическую энергию используются приливные электростанции.

Энергия температурного градиента морской воды

Эта энергия вырабатывается за счёт разности температур, которая возникает и на поверхности воды, и на глубине. Её можно применить для электрогенерации.

Преобразование этой энергии осуществляется используя гидротермальные станции, устанавливаемые в особенной океанической акватории.

Гидроэнергия

Это энергия потоков водных масс или генерируемая в результате падения воды. Для этого использовались водяные колёса для преобразования механической энергии, а позднее с развитием технологий, начали применять гидротурбины. Сейчас гидротурбины создают в основном электроэнергию.

Энергия солнечного света

Этот тип энергии достаточно широк в использовании. Ещё идут исследования возможностей применения гелиоустановок (устройство, преобразующее энергию солнца и позволяющее использовать её для другого типа энергии, например тепловую).

На данный момент уже существуют разные способы потребления энергии солнечного света: "солнечные" крыши на частных домах (для тепло- и энергоснабжения), установки на автомобилях (которые заряжают аккумуляторы), большие "солнечные фермы" и другие.

Геотермальная энергия

Это энергия естественного тепла Земли. Широко используется многими странами для теплоснабжения (для обогрева воды, отопления, в промышленности и т. д.) и производства электроэнергии. Её запасы огромны.

Главные типы геотермальной энергии:

• поверхностное тепло Земли (выработано на глубине до нескольких сотен метров);
• магма (полученная от расплавления горных пород);
• гидротермальные системы (резервуары горячей/тёплой воды);
• петрогеотермальные зоны (тепло полученное от сухих горных пород);
• парогидротермальные системы (полученные из месторождения пара и пароводяной смеси).

Биоэнергетика

Энергия из материалов, полученных из биологических источников растительного и животного происхождения, лесного хозяйства и все биологически разлагаемые отходы.

Выработанная энергия может быть использована для тепла, электричества или топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Биоэнергетическое топливо это - этанол, метанол, биодизель и другие.

Разница между возобновляемыми и альтернативными источниками энергии

Возобновляемые источники энергии не совсем то же, что и альтернативные источники энергии.

Альтернативная энергия - это более широкая категория, охватывающая все источники энергии и процессы неископаемого вида топлива, из которых возобновляемые источники энергии являются лишь частью.

Формы альтернативной энергии, не считающиеся возобновляемыми, включают водород и энергию, основанную на расщеплении.

Невозобновляемые источники энергии

После употребления возместить резервы природных ископаемых нельзя. Но мы ещё не знаем, как жить без их использования. Основная проблема невозобновляемых источников энергии состоит именно в том, что со временем они непременно закончатся.

Примеры невозобновляемых источников энергии:

• нефть;
• уголь;
• торф;
• природный газ;
• урановые руды.

Возобновляемые источники энергии в России

В России значительные запасы нефти и газа, однако они небезграничны. Наступит время и придётся задуматься о других источниках энергии.

Россия обладает значительным потенциалом использования возобновляемых источников энергии, такими как:

• солнечная энергетика: используется на Кавказских регионах;
• ветровая энергетика: используется рядом с Санкт-Петербургом, на Кавказских регионах, на севере европейской части страны и азиатской;
• малая гидроэнергетика: в Московской области, в Карелии, на Кавказе, рядом с Уфой и Оренбургом;
• геотермальная: на Кавказе, Курильских островах и на Сахалине;
• энергия волн: эксплуатируется на Баренцеве море;
• энергия биомассы.

Россия нуждается в развитии возобновляемых источников. Но при этом нужно принимать к сведению множество факторов: экономические возможности, реальные потребности, а также ситуацию в мире.

Возобновляемые источники энергии в мире

В последние годы глобальное потребление первичных энергоресурсов сильно выросло, в основном за счёт природного газа и возобновляемых источников энергии, при этом доля угля в структуре энергопотребления продолжает сокращаться.

Потребление первичных энергоресурсов с 1992 до 2017 года.

Страны-лидеры в области возобновляемых источников энергии

Некоторые учёные считают, что полный переход на возобновляемую энергию неизбежен и что это произойдёт скорее раньше, чем позже.

Недавнее исследование, проведённое исследователями Стэнфордского университета, предсказывает, что уже к 2037–2057 годам мир сможет полностью действовать от возобновляемых источников.

Здесь мы рассмотрим 10 стран, которые лидируют в переходе на возобновляемые источники энергии.

Исландия

Самая большая геотермальная электростанция в Исландии "ГеоТЭС Несьяведлир".

Исландия производит наиболее чистое электричество на земле: почти 100% её энергии поступает из возобновляемых источников. Сейчас она получает всю свою энергию для электричества и отопления домов из геотермальных и гидроэлектростанций.

Коста-Рика

Из-за своего небольшого размера (всего 4,9 миллиона человек) и уникальной географии (67 вулканов) Коста-Рика способна удовлетворить большую часть своих потребностей в энергии за счёт гидроэнергетических, геотермальных, солнечных и ветровых источников.

Страна стремится иметь абсолютно нулевой баланс выбросов углерода и уже достигла некоторых впечатляющих результатов: работая на 100% на возобновляемых источниках энергии более двух месяцев дважды за последние два года.

Никарагуа

Никарагуа - ещё одна страна Центральной Америки, где возобновляемые источники энергии приобретают всё большее значение. Как и в Коста-Рике, у них есть несколько вулканов, делающих производство геотермальной энергии жизнеспособным.

Соединённое Королевство

Ветряная электростанция в городе Ардроссан, округ Норт-Эршир, Шотландия.

Соединённое Королевство - ветреное место и значение энергии ветра возрастает. Используя комбинацию ветроэлектростанций, связанных энергосистем ветряных электростанций и автономных турбин, Соединённое Королевство теперь производит больше электроэнергии из ветровых электростанций, чем из угля.

В некоторые дни года Шотландия может производить достаточно энергии ветра, чтобы обеспечить все 100% шотландских домов.

Соседняя Ирландия также устанавливает новые рекорды, имея достаточно энергии, чтобы обеспечить более 1,26 миллиона домов тем, что было произведено всего за один ветреный день.

Германия

Их производство возобновляемой энергии, включая солнечную, увеличилось более чем в восемь раз с 1990 года. В 2015 году они установили рекорд, удовлетворив до 78% потребности страны в электроэнергии, пользуясь возобновляемыми источниками.

Уругвай

Благодаря благоприятной нормативно-правовой среде и прочным партнёрским отношениям между государственным и частным секторами страна инвестировала значительные средства в ветряную и солнечную энергию без использования субсидий или увеличения потребительских расходов.

И как результат, теперь они могут похвастаться национальным энергоснабжением на 95% с использованием возобновляемых источников энергии, которое они достигли менее чем за 10 лет.

Дания

Дания стремится к 2050 году полностью отказаться от ископаемого топлива и планирует использовать энергию ветра для достижения этой цели. Они уже установили мировой рекорд в 2014 году, производя почти 40% своих общих потребностей в электроэнергии за счёт энергии ветра.

Китай

Они могут быть крупнейшим в мире источником загрязнения, но Китай также является и крупнейшим в мире инвестором в возобновляемую энергетику с огромным уровнем инвестиций как дома, так и за рубежом.

В настоящее время Китаю принадлежат: пять из шести крупнейших в мире фирм по производству солнечных модулей, крупнейший производитель ветротурбин, крупнейший в мире производитель ионов лития и крупнейшая в мире электроэнергетическая компания.

Китай абсолютно привержен сокращению потребления ископаемого топлива и с его сильнейшим загрязнением городов у страны есть все стимулы для этого.

Соединённые Штаты Америки

Одна из крупнейших фотоэлектрических солнечных электростанций в США, расположена на базе ВВС Неллис.

В Соединённых Штатах Америки есть одна из крупнейших в мире солнечных фотоэлектрических установок и вырабатывание ветровой энергии по мощности уступает только Китаю.

Но США также является одним из крупнейших в мире потребителей энергии, что сводит на нет большую часть их возобновляемой производительности.

Тем не менее, если бы больше внимания уделялось возобновляемым источникам энергии, а не ископаемому топливу, то США смогли бы сократить свои выбросы почти на 80% всего за 15 лет.

Кения

В прошлом Кения была вынуждена импортировать электроэнергию из соседних стран, но государство прилагает все усилия, чтобы изменить эту ситуацию, инвестируя значительные средства в производство геотермальной энергии, на долю которой в 2015 году пришлось более половины их энергетического баланса.

У них также есть крупнейшая ветровая электростанция в Африке, обеспечивающая ещё 20% их установленной электрической мощности.

Альтернативные источники энергии для частного дома

"Зелёная энергетика" давно привлекала человека своими огромными перспективами. Мы можем получать совершенно бесплатно неиссякаемую энергию из окружающей среды для обслуживания независимых частных коммуникаций. При этом её запас постоянно восполняется без нашего участия.

Альтернативные источники энергии уже являются реальностью в России, особенно для бытового потребления. Некоторые из них:

1. Выработка электрической энергии, с марта по сентябрь, период наивысшей солнечной активности: солнечные батареи - понятие "солнечная батарея" включает в себя и фотомодуль (для образования электричества), и коллектор (для выработки тепловой энергии).

2. Выработка электрической энергии через электромеханические источники, в период с сентября по март: ветрогенераторы.

3. Отопление и подогрев воды - на основе тепловых насосов (термодинамические источники).

4. Получение тепловой энергии - биоэнергетические источники, переработка отбросов (источник с очень сложными технологическими и техническими требованиями).

В XXI веке промышленность набирает небывалые обороты. Промышленное производство потребляет около 90–93% всей мировой энергии. Повышение общей энергетической эффективности – одно из приоритетных направлений политики Российской Федерации.

В связи с этим возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в России начали набирать всё большую популярность. Так ли необходим государству переход к альтернативной энергетике? Обязательна ли политика энергосбережения? Какую пользу принесут эти изменения? Обо всём по порядку.

Промышленность и энергетика – две тесно связанные между собою отрасли. Чтобы обеспечивать работу крупных и мелких предприятий, а также организовывать транспортные грузоперевозки, необходимо подключиться к мощнейшим источникам электрической энергии. В жизни без неё, кстати, тоже никуда.

От электросетей питаются:

• освещение дорог и автомагистралей;
• теле- и радиостанции;
• жилые, рабочие, торговые кварталы;
• стационарные и частные заведения;
• обслуживающие предприятия.

Таким образом, электроэнергия окружает человека со всех сторон. Но как её получают? В городские сети энергия поступает, в основном, с тепловых (ТЭС), водяных (ГЭС) и ядерных электростанций. Они являются представителями традиционной топливной энергетики.

В качестве источников энергии на таких станциях выступает природное топливо:

• уголь,
• торф;
• нефть;
• радиоактивные руды (уран, плутоний).

Энергопреобразующие станции устроены примитивно, зато их КПД свидетельствует об их эффективности:

1. Российские ТЭС работают благодаря сжиганию горючего топлива. Мощная химическая энергия, которая высвобождается в процессе горения, преобразуется в электрическую. Максимальный КПД – около 35%.
2. Схожим способом работают атомные электростанции. В России для обеспечения их работоспособности используют урановые руды или плутоний. При распаде ядер этих радиоактивных материалов выделяется энергия, которую впоследствии преобразуют в тепловую и электрическую. Наивысший показатель КПД – 44%.
3. В случаях с гидроэлектростанциями энергия добывается из мощных водных потоков. Огромные массы воды поступают на гидротурбины и приводят их в движение. Так генерируется электроэнергия. КПД – до 92%.
4. ГТЭС – газотурбинные станции – относительно новые установки, генерирующие сразу и электрическую, и тепловую энергию. Максимальный КПД – 46%.

Почему же традиционная энергетика, в основе которой лежит использование нефтепродуктов и радиоактивных элементов, не поощряется специалистами?

Основы альтернативной энергетики и использования ВИЭ

Возобновляемая энергетика использует для своих нужд энергию:

• ветра;
• малых речных потоков;
• солнца;
• геотермальных источников;
• приливов и отливов.

Обратите внимание: на сегодняшний день под возобновляемую энергетику в России отводится всего около 2–3% от общего энергобаланса страны.

Россия стремится к переходу на использование альтернативных источников энергии. Вот как развивается эта отрасль энергетики в государстве:

Из приведённых в списке данных видно, что ВИЭ на территории России набирают обороты и медленно, но верно развиваются. Однако страна всё ещё отстаёт от мировых лидеров по использованию ВИЭ.

Недостатки системы ВИЭ

По расчётам учёных, использование ВИЭ в России на сегодняшний день должно было составлять около 15–18%. Эти оптимистические прогнозы не сбылись. Почему же обещанное не сбылось?

Большое влияние здесь имели такие недостатки системы ВИЭ:

1. Сравнительная дороговизна производства.В то время как добыча традиционных ископаемых уже давно себя окупила, сооружение нового оборудования под стандарты альтернативной энергетики требует огромных инвестиций. Пока что инвесторы не заинтересованы совершать крупные вложения, отдача от которых будет минимальной. Предпринимателям выгоднее открывать новые месторождения нефти и газа, а не тратить деньги «на ветер».
2. Слабая законодательная база в Российской Федерации.Мировые учёные уверены, что направление развитию альтернативной энергетики задаёт государство. Правительственные органы формируют надлежащую базу и этим оказывают поддержку. Например, во многих странах Европы введены налоги на выброс СО₂ в атмосферу. В этих странах общий процент использования ВИЭ достигает от 20 до 40%.
3. Потребительский фактор.Тарифы на энергию, произведённую ВИЭ, выше традиционных в 3–3,5 раз. Современный человек работает над своим благосостоянием и хочет получать максимальный результат при минимальных затратах. Ментальность людей изменить сложнее всего. Ни крупные бизнесмены, ни простые обыватели не хотят переплачивать за альтернативную энергию, пусть даже от этого зависит будущее планеты.
4. Непостоянство системы.Природа переменчива. Эффективность разных видов ВИЭ зависит от сезонных и погодных условий. Солнечные элементы не будут производить энергию в пасмурный день. Ветрогенераторы не работают в штиль. До сих пор человеку не удаётся побороть сезонность ВИЭ.

Для успешного развития российской возобновляемой энергетике не хватает потенциала и поддержки. В связи с этим русские энергетики уверены, что в обозримом будущем ВИЭ будут использоваться лишь в качестве подспорья традиционному топливу.

Необходимость перехода к ВИЭ

С точки зрения таких наук, как биология и экология, переход к альтернативной энергетике является лучшим вариантом развития событий как для человека, так и для природы.

Дело в том, что применение не возобновляемых источников энергии (нефтепродуктов) в промышленных масштабах – мощный вредоносный фактор для экосистемы Земли. И вот почему:

1. Запасы топлива не безграничны.Газ, уголь, торф и нефть добываются человеком из недр Земли. Россия богата на месторождения этих полезных ресурсов. Однако, как бы ни была огромна площадь добычи, рано или поздно все источники себя исчерпают.
2. Добыча ископаемых модифицирует все системы планеты.Из-за ресурсодобывающей деятельности человека меняется рельеф, в земной коре образуются пустоты, карьеры.
3. Работа электростанций меняет свойства атмосферы.Меняется состав воздуха, увеличивается выброс парникового газа СО₂, образуются озоновые дыры.
4. ГЭС вредят рекам.В результате деятельности ГЭС разрушаются поймы рек, затопляются близлежащие территории.

Эти факторы являются причинами катаклизмов и природных бедствий. В свою очередь, альтернативная энергетика обладает такими преимуществами:

1. Экологически чистая.При использовании возобновляемых источников исключается выброс вредных веществ и парниковых газов в атмосферу. Не страдают ни литосфера, ни гидросфера, ни биосфера. Запасы ВИЭ практически бесконечны. С физической точки зрения, они исчерпаются, когда нашей планеты не станет. Но пока Земля существует в космосе, на ней будут дуть ветры и течь реки, совершаться приливы и отливы. В конце концов, будет светить Солнце.
2. Совершенно безопасна для человека.Никаких вредных выбросов.
3. Эффективна в удалённых районах, куда вести централизованное энергообеспечение не представляется возможным.Возобновляемые источники энергии в России могут обеспечить человеку светлое, экологически чистое будущее.

Глобальный взгляд: почему в России переход на ВИЭ не осуществится?

Специалисты данной области уверены, что для перехода на возобновляемые источники энергии в России необходимо устранить большое количество препятствий, ибо горючее и ядерное топливо отлично справляются со своими главными задачами.

Традиционная топливная энергетика обладает рядом несомненных преимуществ, т. к. она:

1. Сравнительно дешёвая.Добыча ископаемого топлива уже «поставлена на конвейер». Человечество занимается этим несколько десятков лет подряд. За такой продолжительный срок было изобретено эффективное оборудование, которое широко используется в добывающей отрасли. Разработка месторождений угля, нефти и природного газа больше не стоит так дорого. У современного человека есть опыт в данной отрасли, так что людям намного проще «идти по накатанной», чем искать новые пути добычи энергии. «Зачем изобретать то, что у нас уже есть?» – вот так мыслит человечество.
2. Общедоступная.В связи с тем, что добыча горючих ископаемых ведётся на протяжении многих лет, все затраты, отведённые на эту деятельность, уже покрыты. Стоимость оборудования для топливной энергетики сполна окупилась. Техобслуживание не затратное. Плюс ко всему, энергодобывающие компании являются стабильным источником рабочих мест. Все эти факторы играют на руку традиционной энергетике, в связи с чем она становится всё популярнее.
3. Удобная в использовании.Добыча топлива и производство энергии цикличны и стабильны. Людям остаётся лишь поддерживать функционирование этой системы, и тогда она будет давать хорошие доходы.
4. Востребованная.В энергетической отрасли решающим фактором выступает экономическая целесообразность. Востребовано то, что дешевле и практичнее. А пока что эти черты не присущи альтернативным источникам.

Все перечисленные преимущества топливной энергетики делают её фавориткой мирового производства. Пока она не требует безвозвратных финансовых вложений и приносит большие доходы, она будет конкурентом для ВИЭ.

Наравне с достоинствами топливного производства стоят недостатки применения возобновляемых источников энергии.

Если изучить представленные выше списки, становится ясно, что топливная энергетика более перспективна, в то время как альтернативная лишь пытается «встать на ноги», и для её развития необходимо преодолеть множество препятствий.

Заключение

Альтернативная энергетика всё ещё несовершенна, а потому не пользуется широким спросом. Однако уже сегодня специалисты в данной области понимают, что именно за использованием ВИЭ стоит перспективное будущее России. Поэтому весь научный потенциал государства направлен на решение проблем, связанных с ВИЭ, и устранение основных недостатков альтернативной энергетики.