Источники электричества: Шесть необычных источников энергии, которые пригодятся человечеству — Российская газета

Шесть необычных источников энергии, которые пригодятся человечеству — Российская газета

Тысячелетиями люди учились извлекать, преобразовывать и использовать всё новые виды энергии. Мы получали её больше и больше — готовя на огне пищу, бросая в топку прогресса сначала дрова, потом уголь, нефть, газ, атомное ядро. Мы научились добывать её из воды, ветра, солнца, даже из отходов. Но её всё равно не хватает. Держите подборку самых необычных научно-инженерных разработок — некоторые из них уже дают человечеству новую энергию!

Борщевик: из паразита в суперконденсаторы

Источник. Борщевик Сосновского. Растение, которое активно разводили в СССР как ценную кормовую культуру, оказалось страшным сорняком: оно захватывает всё новые территории, вызывает у людей ожоги, а в пищу животным не годится.

Сюжет напоминает роман и одноимённый фильм «День триффидов».

Условия. Использовать борщевик как источник энергии придумали российские учёные из НИТУ «МИСиС».

Увидев эту новость, мы подумали, что это первоапрельская шутка. Проверили дату — август. Значит, всё серьёзно!

Технология подготовки сорняка к работе на нужды энергетики описывается так: «Из сухих стеблей борщевика нарезали бруски длиной около сантиметра. Затем для удаления различных неорганических соединений, которые содержатся в стеблях, обработали их соляной кислотой, промыли и высушили. Для получения углеродного материала измельчённые стебли борщевика насытили углекислым газом при температуре 400 °С. На следующей стадии полученный материал смешали с гидроксидом калия и провели его активацию, то есть открыли образовавшиеся поры в атмосфере аргона при различных температурах».

Применение. Борщевик предлагается задействовать в устройствах накопления энергии — суперконденсаторах. От традиционных батарей они отличаются высокой мощностью и продолжительным сроком службы. При изготовлении электродов для суперконденсаторов используются углеродные материалы с большим количеством пор разного размера. Обработанные стебли борщевика хорошо для этого подходят.

Эффективность. Учёные утверждают, что борщевик в качестве материала для электродов, конечно, уступает графену, но ничуть не хуже других растительных материалов, например переработанной скорлупы орехов.

Плюсы

Отечественная разработка соответствует мировому тренду на использование растительного экологичного сырья.

Минусы

Радует и тот факт, что растение-террорист наконец начало приносить пользу Работать с борщевиком опасно: он вызывает ожоги. К тому же вряд ли кому-то придёт в голову снова засевать поля борщевиком, а значит, непонятно откуда брать сырьё в будущем

Водоросли: зелёные универсалы

Источник. Водоросли — подойдут и обычные зелёные, и диатомовые — те, которые с кремниевым панцирем, и микроводоросли, крошечные одноклеточные растения. В океане этого добра очень, очень много. Нужно только создать подходящие условия для извлечения липидов, которые запасают водоросли. А из них можно получать энергию.

Кстати, по одной из версий, именно из водорослей миллионы лет назад на Земле образовалась нефть. Можно ли ускорить этот процесс? Над этим учёные тоже работают.

Условия. Для быстрого роста и размножения водорослям необходимы вода, углерод и солнечный свет. Ничего сложного!

Применение. Пионером в области добычи энергии из водорослей стала Япония, у которой нет собственных запасов углеводородов, зато предостаточно водных ресурсов. Электростанция компании Tokyo Gas занимается промышленным сбраживанием морских растений: водоросли собирают, добавляют к ним воду, измельчают до состояния жижи, а затем ферментируют при помощи микроорганизмов. В результате выделяется метан, который поступает в газовый двигатель, вращающий генератор. Выдаваемой мощности в 10 кВт хватает, чтобы обеспечить электричеством десять домов с офисами и производственными помещениями Tokyo Gas.

Bio Intelligent Quotient House в Гамбурге Фото: IBA-Hamburg GmbH / Johannes Arlt

В мире есть несколько биогибридных многоэтажных жилых домов, снаружи покрытых биомассой из водорослей (в аккуратных аквариумах и стеклянных панелях), которая полностью обеспечивает жильцов энергией.

Например, в 2013 году в Гамбурге появился необычный 15-квартирный дом Bio Intelligent Quotient House. Его фасад покрыт 129 продуваемыми аквариумами, внутри которых расположены биореакторы с морскими водорослями. Накопленное тепло используется для подогрева воды в системе отопления. А в израильском городе Димона можно увидеть настоящие висячие сады из морских растений. Их выращивают в подвесных ёмкостях с солёной водой, сушат и превращают в биотопливо.

Эффективность. С 1 га можно получить 150 тыс. кубометров биогаза в год — сравнимо с мощностью типовой газовой скважины и достаточно, чтобы в течение всего периода снабжать энергией небольшой населённый пункт.

Плюсы

Всё очень экологично: топливо образуется за счёт фотосинтеза и брожения. К тому же водорослей можно развести сколько угодно, это практически бесконечный ресурс

Минусы

Нужно очень много воды

Вулканы: спящие монстры

Источник. Горячая магма, наземные и подводные вулканы.

Условия. Наличие вулканических скважин, высокая температура и присутствие сверхкритической жидкости — вещества, находящегося в промежуточном состоянии между обычной жидкостью и газом. Из генератора, работающего на сверхкритической жидкости, можно извлечь в 10 раз больше электричества, чем из обычного кипятка.

Под землёй довольно тепло — и чем глубже, тем теплее. В километре от поверхности всего 30 °С, в Кольской сверхглубокой скважине на глубине 12 км — 212 °С. А на глубине 100 км температура предположительно достигает 1300-1500 °С.

Применение. В 2013 году американские исследователи взялись за разработку вулканической энергии, выбрав в качестве испытуемого спящий вулкан Ньюберри в штате Орегон. Глубоко в горячие горные породы закачивалась солёная вода. При нагреве она превращалась в пар, который попадал в генератор, вырабатывавший электроэнергию.

Похожие электростанции заработали во Франции, Германии, России и других странах. В Исландии сверхкритическую жидкость используют для обеспечения энергией столицы — Рейкьявика. Этот проект получил название «Тор» в честь популярного скандинавского бога с молотом. На склоне вулкана, который извергался несколько веков назад, пробурили скважину глубиной 4600 метров. Температура внутри оказалась около 420 °С. Чтобы полностью обеспечить Рейкьявик энергией, достаточно пяти таких скважин.

Мутновская ГеоЭС на Камчатке — крупнейшая геотермальная электростанция России Фото: paul-fish.livejournal.com, Севзапэнергомонтажпроект

Российские геотермальные электростанции расположены на Дальнем Востоке, в частности на Сахалине и Камчатке. Самая мощная — у подножия вулкана Менделеева на острове Кунашир, она выдаёт 7,4 МВт и снабжает энергией дома местных жителей.

Эффективность. По оценке Геологической службы США, геотермальные источники энергии могут дать половину необходимого стране электричества.

Плюсы

Энергии много — запасов земного тепла хватит на несколько миллиардов лет. И эта энергия не слишком загрязняет атмосферу

Минусы

В горячие недра Земли добираться сложно и дорого. А там, где расплавленная магма близка к поверхности, скажем так, довольно опасно

Сточные воды: отходы в доходы

Источник. Канализация, стоки от производства.

Условия. В неочищенной воде должна быть органика, например отходы пищевой промышленности или нашего организма.

Применение. Профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан и его коллеги в 2012 году придумали, как вырабатывать электричество в процессе очистки воды из канализации. Для этого нужна большая колония экзоэлектрогенных бактерий — микроорганизмов, которые питаются органикой из сточных вод и при этом производят электричество.

Экзоэлектрогенные бактерии — это готовые биобатареи: в процессе обмена веществ они генерируют электроны и выводят их наружу.

Экзоэлектрогенные бактерии Фото: NASA

В России микробными топливными элементами занимается Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Здесь разрабатывают собственную микробную систему очистки вод с синхронной генерацией электроэнергии.

Эффективность. По оценке создателей, сточные воды могут возвращать от 7 до 17% всей потребляемой людьми электроэнергии.

Плюсы

Вода очищается, энергия вырабатывается

Минусы

Вряд ли всем понравится работать с канализационным стоком и прочими отходами

Городская инфраструктура: ни шагу без пользы

Источник. Турникеты, двери и тротуарная плитка.

Условия. Нужны прохожие на тротуарах и желающие проходить через турникеты.

Применение. Несколько исследовательских центров пытаются использовать потоки людей как генераторы энергии. Например, на вокзале в токийском районе Сибуя турникеты оснащены электрогенераторами, а в полу под ними встроены пьезоэлементы. Электричество производится от давления и вибраций, создаваемых людьми, которые на них наступают. В голландском центре Natuurcafe La Port для выработки электричества используют энергию усилия, прикладываемого посетителями для открывания дверей.

Дверной турникет с электрогенератором Фото: Natuurcafe La Port

Пьезоэлемент — это когда при сжатии в кристаллах возникает электрический заряд.

Эффективность. С помощью пьезоэлементов извлекают электричество из тротуарных плит в центре Лондона. Изобретение протестировали в 2012 году во время Олимпиады. За две недели оно дало 20 млн джоулей энергии для освещения улиц.

Плюсы

Толпам зевак наконец-то нашлось применение

Минусы

Во время локдаунов не работает

Человек: ты ж моя батарейка!

Источник энергии. Тепло наших тел.

Условия работы. Нужно, чтоб мы были теплее окружающей среды.

Применение. Есть два типа технологий, собирающих тепло наших тел: гаджеты индивидуального пользования и устройства, аккумулирующие энергию групп людей.

Здесь работает термоэлектрический эффект: если один конец проводника (или соединения двух проводников из разных материалов) теплее другого, между этими концами возникает разность потенциалов.

Энн Макосински. Она создала фонарик без батарейки и аккумуляторов Фото: annmakosinski.com

Индивидуальные устройства появились совсем недавно. Например, в Южной Корее придумали генератор, который встраивается в гибкую стеклянную пластинку, дополняющую фитнес-браслет, и подзаряжается от тепла руки. А канадская изобретательница Энн Макосински создала фонарик без батарейки и аккумуляторов — он заряжается от разницы температур воздуха и человеческого тела.

Изобретение она сделала в 15 лет — и получила за это главный приз на международной научной ярмарке Google.

Устройства, аккумулирующие групповое тепло, используются в некоторых энергоэффективных домах. Люди и бытовые приборы выделяют тепло, которое расходуется на обогрев здания. Причём источником энергии не всегда являются обитатели этого дома — во Франции агентство социального жилья Paris Habitat придумало использовать для отопления 17 квартир тепло тел пассажиров метро, которые в большом количестве проходят под зданием. В Стокгольме на Центральном железнодорожном вокзале установили специальные устройства, которые преобразуют тепло человеческих душ в отопление соседнего 13-этажного дома. А доверчивые шведы и не подозревают об этом!

Эффективность. Человек — ходячая электростанция, которая работает на непрерывных химических реакциях. При спокойной ходьбе наше тело может питать лампочку мощностью в 60 ватт или подзаряжать телефон, а при занятиях спортом — развивать до 2000 ватт. К сожалению, всё это лишь в теории, а на практике цифры надо делить как минимум на десять, ведь современные термоэлектрические преобразователи имеют очень низкий КПД — менее 10%.

Плюсы

Тело всегда под рукой. А также — ногой, животом и прочими частями тела Низкий КПД.

Минусы

Вообще, главными препятствиями для развития всех этих источников энергии являются недостаток финансирования и медленная окупаемость

Как возобновляемые источники энергии могут стать конкурентоспособными по цене и стоимости вырабатываемой энергии

Будучи генеральным директором Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (МАВИЭ), я с удовольствием согласился написать об удивительном преображении сектора энергетики, которое стало возможно благодаря внедрению технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии. Эта тема была предложена в любезном приглашении издания «Хроники ООН», и мы еще вернемся к этому факту, поскольку он многое говорит о том, какое место сейчас занимает использование возобновляемых источников энергии и как их воспринимают.

Но сначала необходимо поговорить о том, почему это направление энергетики имеет такое значение. Мир стоит на пороге беспрецедентного поворотного момента. Изменение климата — это реальная и неизбежная угроза благополучию, которого сегодня уже достигли многие и к которому стремятся и ради которого трудятся миллионы людей. Но, разумеется, дело не только в этом. Дело в том, что мы должны обеспечить выживание наиболее уязвимых жителей планеты и защиту экосистем и биологического разнообразия. Климат меняется во многом вследствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания ископаемых видов топлива, хотя есть и другие важные причины. Чтобы остановить изменение климата, мы должны сократить потребление этих видов топлива, насыщенных углеродом. Возобновляемые источники энергии могут и должны стать центральным элементом этого плана.

Увеличение объемов использования энергии из возобновляемых источников даст и другие положительные результаты. Применение подобных технологий позволяет создать рабочие места, уменьшить загрязнение атмосферы на местном уровне и сократить потребление воды. Технологии производства энергии из возобновляемых источников почти исключительно основаны на использовании местных ресурсов и, следовательно, помогают оградить экономику наших стран от внешних потрясений, связанных с энергетической безопасностью. Важно отметить, что для многих из 173 государств, которые являются членами и подписантами нашей организации, использование возобновляемых источников — это также один из наиболее быстрых способов расширить доступ к электроэнергии. Ярко выраженный модульный характер многих из этих технологий, особенно фотовольтаики, которая основана на использовании энергии солнца, и наземной ветроэнергетики, также означает, что впервые за всю историю электроэнергетики отдельные лица и сообщества играют активную роль в собственном электроснабжении. В этом качестве технологии производства энергии из возобновляемых источников знаменуют собой переход к более демократичной и равномерной энергосистеме.

Преимущества возобновляемых источников энергии многочисленны и очевидны, однако столь же многочисленны и очевидны препятствия к их внедрению. Сложившиеся рыночные структуры, непонимание принципов действия новых технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии, затрудненный доступ к финансированию и его высокая стоимость, неадекватные механизмы регулирования, отсутствие системы вознаграждений за компенсацию загрязнения ископаемыми видами топлива (например, выбросов в атмосферу углерода и местных загрязняющих вещества), небольшая емкость рынков и политическая неопределенность — все эти факторы сыграли свою роль в сдерживании использования возобновляемых источников энергии. К счастью, благодаря усердной работе предприятий данной отрасли, правительств, финансовых учреждений и регулирующих органов многие из этих препятствий преодолеваются.

Каждый год, начиная с 2011 года, более половины всех новых вводимых в эксплуатацию генерирующих мощностей составляли генераторы, основанные на технологиях производства энергии из возобновляемых источников. Сегодня задачи, связанные с использованием возобновляемых источников энергии, ставят перед собой 164 страны, тогда как в 2005 году таких стран было всего 43. В 2014 году мировой энергетический баланс пополнился рекордным количеством энергии из возобновляемых источников — 130 ГВт (гигаватт), а объем инвестиций в этот сектор вырос с 55 миллиардов долларов США в 2004 году более чем до 260 миллиардов долларов США в 2014 году. 2014 год также стал рекордным с точки зрения объема введенных в эксплуатацию генерирующих мощностей, основанных на технологиях фотовольтаики (40 ГВт) и ветроэнергетики (52 ГВт).

Путь к конкурентоспособности

Экономическая составляющая использования возобновляемых источников энергии имеет ключевое значение для понимания их потенциальной роли в энергетике, а также темпов и стоимости перевода энергетики на действительно устойчивые рельсы. К сожалению, большинство правительств не проводили систематического сбора данных, необходимого для отслеживания тенденций в области эволюции — или, как многие справедливо ее называют, революции — затрат на внедрение технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии. В результате эффективность политики слишком часто снижалась вследствие неправильного понимания структуры расходов или по причине использования устаревших данных.

Для восполнения этого пробела и обеспечения проведения здравой политики на основе точных и своевременных данных из надежного источника МАВИЭ разработало базу данных мирового уровня, в которую включено около 15 тыс. проектов по производству энергии из возобновляемых источников для коммунального энергоснабжения и почти три четверти миллиона малых систем, основанных на принципах фотовольтаики.

Тенденции, выявленные на основе этой базы данных, показывают не только успех политики, направленной на снижение расходов, но и основу для трансформации энергетического сектора в будущем.

Ценовая конкурентоспособность возобновляемых источников энергии достигла исторического максимума. При наличии хорошей ресурсной базы и структуры затрат энергия биомассы, воды, геотермальных источников и ветра теперь может быть преобразована в электроэнергию на конкурентоспособных условиях по сравнению использованием ископаемых видов топлива.

В 2015 году цены на солнечные батареи снизились на 75—80 процентов по сравнению с ценами, действовавшими в конце 2009 года. За период с 2010 года по 2014 год ранжированные по уровням затраты на производство электроэнергии для коммунального снабжения на основе технологии фотовольтаики сократились наполовину. Наиболее конкурентоспособные проекты коммунального энергоснабжения с использованием энергии солнца обеспечивают регулярные поставки электроэнергии по цене всего 0,08 доллара США за кВт∙ч (киловатт-час) без финансовой поддержки по сравнению с 0,045—0,14 доллара США за кВт∙ч при использовании ископаемых видов топлива. При этом на 2017 год и далее заложена еще более низкая стоимость. Хорошей иллюстрацией этого сдвига служит проведенный недавно в Дубае тендер на поставку электроэнергии по цене 0,06 доллара США за кВт∙ч, притом что данный регион изобилует ископаемыми видами топлива.

Одним из наиболее конкурентоспособных источников энергии на сегодняшний день является ветроэнергетика. Совершенствование технологии, сопровождающееся дальнейшим сокращением затрат на установку оборудования, позволяет снизить стоимость производства на основе энергии ветра до уровня производства на основе ископаемых видов топлива или даже ниже. Проекты по использованию энергии ветра во всем мире стабильно обеспечивают выработку электричества по цене 0,05—0,09 доллара США за кВт∙ч без финансовой поддержки, тогда как в рамках наиболее эффективных проектов стоимость производства оказывается еще ниже.

Выработка электричества на основе концентрированной энергии солнца и наземной ветроэнергетики на данный момент все еще, как правило, оказывается дороже, чем при использовании ископаемых видов топлива, за исключением наземной ветроэнергетики в приливно-отливных зонах. Однако эти технологии пока находятся на этапе зарождения с точки зрения их применения. Обе они основаны на важных возобновляемых источниках энергии, которые будут играть все более значимую роль в энергетическом балансе будущего, поскольку стоимость их использования продолжит снижаться.

Затраты на производство энергии на основе более зрелых технологий, предполагающих использование возобновляемых источников — энергии биомассы, геотермальных источников и воды, — с 2010 года остаются, в основном, стабильными. Однако при наличии незадействованных экономических ресурсов эти зрелые технологии могут обеспечить наиболее дешевую электроэнергию из любого источника.

С учетом затрат на установку оборудования и эффективности современных технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии, а также стоимости применения традиционных технологий можно говорить о том, что производство энергии из возобновляемых источников все чаще без какой-либо финансовой поддержки может конкурировать на равных с ископаемыми видами топлива.

Использование различных возобновляемых источников энергии имеет экономический смысл

Для формирования по-настоящему устойчивой энергетики роль фотовольтаики и ветроэнергетики в электроснабжении должна стремительно расти. Следовательно, основной задачей остается внедрение этих технологий таким образом, чтобы минимизировать любые дополнительные расходы на их интеграцию. Рано или поздно потребуется изменить политику и перейти от изолированного подхода, направленного на поддержку отдельных технологий, к установлению долгосрочных целей для минимизации общесистемных расходов.

Технические препятствия к расширению интеграции в энергосистему различных возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца и ветра, отсутствуют. При низком уровне распространенности стоимость подключения к сетям будет отрицательной или скромной, однако по мере распространения этих технологий она может увеличиться. Но и при этом с учетом экологических последствий использования ископаемых видов топлива на местном и мировом уровне стоимость подключения к сетям представляется значительно меньшим злом, даже если на различные возобновляемые источники будет приходиться 40 процентов общего объема энергоснабжения. Иными словами, при прочих равных и с учетом всех внешних факторов возобновляемые источники энергии остаются принципиально конкурентоспособными.

Каждый вид возобновляемых источников энергии имеет свои нюансы при подключении к системе электроснабжения, однако принцип во всех случаях один и тот же: для удовлетворения ежедневно меняющегося спроса потребуется набор различных технологий производства в различных местах. Энергия воды, биомассы, геотермальных источников и концентрированная солнечная энергия в аккумуляторах тепловой энергии являются базовыми, или контролируемыми, технологиями и не представляют никаких особых проблем для функционирования сетей.

Дополнительные общесистемные расходы, которые могут рассматриваться помимо и сверх расходов на производство энергии из различных возобновляемых источников, относительно невелики. Увеличение расходов в системах передачи и распределения энергии обычно минимально. В то же время общесистемные расходы могут вырасти за счет необходимости дополнительного резерва под перепады напряжения и с учетом циклических изменений погодных условий, чтобы не прекращать энергоснабжение в периоды слабого ветра или снижения интенсивности солнечного излучения.

Однако необходимо также учесть экологические и медицинские последствия использования ископаемых видов топлива в качестве источника энергии. В отсутствие подобного анализа возобновляемые источники энергии не могут конкурировать на равных с традиционными. Если учесть вред, наносимый человеческому здоровью при сжигании ископаемого топлива для производства энергии, в экономическом выражении, а также внешние факторы, связанные с выбросами CO₂ (исходя из значений в диапазоне 20—80 долларов США в расчете на тонну CO₂), стоимость производства энергии за счет ископаемого топлива вырастет на 0,01—0,13 доллара США за кВт∙ч (в зависимости от страны и применяемой технологии), что приведет к повышению стоимости электроэнергии на основе ископаемых видов топлива до 0,07—0,19 доллара США за кВт∙ч

Перспективы дальнейшего снижения расходов на выработку энергии из возобновляемых источников

Вернемся к заголовку данной статьи. «Как возобновляемые источники энергии могут стать конкурентоспособными с точки зрения цены» — не совсем правильное название, потому что технологии производства энергии из возобновляемых источников уже конкурентоспособны. Вопрос должен состоять в том, как еще больше уменьшить затраты и какие проблемы возникают при стремлении к этой цели.

Это ключевой вопрос, с которым мы сталкиваемся сегодня. Итоги анализа, проведенного МАВИЭ, показывают, что конкурентоспособность возобновляемых источников энергии имеет свои нюансы. Стоимость установки оборудования существенно варьируется не только между странами, но и внутри отдельных государств. Некоторые из этих различий связаны со структурными или относящимися к конкретному проекту проблемами, однако во многих случаях этот вопрос можно решить за счет проведения более совершенной политики.

В то же время остаются еще неиспользованные возможности сокращения расходов на оборудование и реализацию проектов. Однако в эпоху низких цен на оборудование дальнейшее сокращение расходов возможно в первую очередь за счет уменьшения сальдо от реализации проекта, а также снижения затрат на осуществление деятельности, техническое обслуживание и финансирование.

Реализация такого потенциала сокращения расходов и уменьшение различий в уровне затрат между рынками имеет определяющее значение для достижения мировых экономических, экологических и социальных целей. Следующим этапом стремительного развития возобновляемых источников энергии станет повышение их конкурентоспособности. Такие страны, как Индия, Иордания, Объединенные Арабские Эмираты и Чили постепенно осознают, что использование возобновляемых источников энергии часто оказывается наиболее экономичным способом удовлетворения спроса на электроэнергию. Однако темпы таких перемен будут слишком низкими для нашей планеты, даже несмотря на рост конкурентоспособности возобновляемых источников энергии.

Настало время воспользоваться открывающейся возможностью и ускорить распространение возобновляемых источников энергии для достижения наших общих целей, предполагающих наличие безопасной, надежной, недорогой и экологически устойчивой энергии. Сейчас это можно сделать дешевле, чем когда-либо, и этот вариант все чаще будет оказываться наиболее экономичным для потребителей сегодня и в долгосрочной перспективе. 

ВИЭ стали в 2020 году главным источником электричества в ЕС, у газа выросла доля | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В электроэнергетике Европейского Союза произошла смена лидера: крупнейшим производителем электричества стала возобновляемая энергетика. В 2020 году 27 стран Евросоюза впервые получили больше электроэнергии из возобновляемых источников, чем из ископаемых. Доля угля, газа и нефти снизилась до 37%, тогда как ветер, солнце, гидроэнергия и биомасса обеспечили 38% суммарной генерации в ЕС, увеличив объемы производства на 10%.

Ветер и солнце обеспечили пятую часть всей электроэнергии в ЕС

К таким выводам пришли два аналитических центра, специализирующихся на вопросах энергетики и глобального энергетического перехода, — британский Ember и немецкий Agora Energiewende. В совместном докладе, опубликованном 25 января, они подчеркивают, что достигнут «важный рубеж при переходе Европы на чистую энергию». Это уже пятое исследование электроэнергетики ЕС, проведенное двумя организациями.

Титульный лист доклада Ember и Agora Energiewende

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) вышли в лидеры благодаря продолжающемуся быстрому росту ветряной и солнечной энергетики, увеличивших в 2020 году генерацию, несмотря на экономический кризис, соответственно на 9% и 15%. Вместе они обеспечили в прошлом году 19% (почти пятую часть!) всего электричества в ЕС: доля ветра составила 14%, солнца — 5%. Объемы производства в гидроэнергетике остались неизменными, развитие биоэнергетики застопорилось, отмечается в докладе. Добавим, что в Германии доля ВИЭ в прошлом году впервые превысила 50%.

Рост выработки электроэнергии с помощью ВИЭ произошел в ЕС в прошлом году в условиях снижения спроса на электричество на 4%, вызванного пандемией коронавируса и рецессией. Одновременно продолжилось стремительное сокращение производства электроэнергии на угольных электростанциях. За один только 2020 год оно упало на 20%, а по сравнению с 2015 годом снизилось наполовину. В результате доля каменного и бурого угля в генерации электроэнергии в ЕС уменьшилась до 13%.

Доля природного газа в электроэнергетике ЕС достигла 20 процентов

На этом фоне относительно немного — на 4% сократилось производство электроэнергии из природного газа. В докладе указывается, что удержанию позиций способствовали низкие цены на газ и удорожание сертификатов на выбросы CO2 в атмосферу. Это стимулировало энергетические компании активнее использовать голубое топливо: оно выделяет при сжигании значительно меньше парниковых газов, чем уголь.

Несмотря на некоторое сокращение потребления газа в прошлогодних специфических условиях, спрос на него по сравнению с 2015 годом увеличился на 14%, в результате доля газа достигла 20%, указывается в докладе. Получается, что в настоящий момент в Евросоюзе из газа вырабатывается приблизительно столько же электричества, что и с помощью ветра и солнца.

На рекордные 10% упало в 2020 году производство электроэнергии на атомных электростанциях. «Это был самый большой спад с 1990 года и, возможно, за всю историю. Он был даже больше, чем в 2011 году, когда Германия закрыла атомные станции после Фукусимы», — отмечают авторы доклада и объясняют это проблемами на АЭС во Франции и Бельгии, а также закрытием энергоблоков в Швеции и Германии.   

У европейского рынка угля нет перспектив

Доклад Ember и Agora Energiewende в очередной раз подтвердил бесперспективность европейского рынка для российских экспортеров угля – и, соответственно, для железнодорожных и морских перевозок, обслуживающих поставки этого энергоносителя в западном направлении. Потребление энергетического угля падало в 2020 году почти во всех странах ЕС, отмечается в докладе. Особо упоминаются Нидерланды, Греция и Испания, где процесс отказа от угля ускоряется благодаря успешному развитию ветряной и солнечной энергетики.

Отметим, что большинство стран ЕС намерены прекратить использование угля в электроэнергетике к 2030 году. В Германии это должно произойти, согласно принятому закону, самое позднее в 2038 году, однако уже в 2020 году производство электричества на немецких угольных электростанциях сократилось даже несколько больше, чем в среднем по ЕС — на 22%, указывается в докладе. Крупнейшим поставщиком угля в ФРГ является Россия.

«Газпром» конкурирует в Европе с ВИЭ и альтернативными поставщиками

Куда более благоприятными выглядят перспективы для российских экспортеров газа, причем как трубопроводного («Газпром»), так и сжиженного («Новатэк»). Этот энергоноситель увеличивает свою долю на европейском рынке электроэнергии, вместе с ВИЭ вытесняя уголь. В то же время возобновляемая энергетика становится для газа и его поставщиков все более серьезным конкурентом. 

Строительство трубопровода TAP в Греции. В конце 2020 года он вошел в строй

Одной из стран, увеличивших в прошлом году производство электроэнергии на газовых электростанциях, были Нидерланды, говорится в докладе. Эта страна получает российский газ по действующему трубопроводу «Северный поток» и имеет также мощности для приема сжиженного природного газа (СПГ) из России. В то же время именно в Нидерландах в прошлом году наблюдался самый большой рост выработки электроэнергии с помощью ветра и солнца, составивший 40%, подсчитали Ember и Agora Energiewende.

В Польше и Греции газовая генерация в прошлом году тоже выросла. Однако Польша намерена с 2023 года полностью отказаться от поставок «Газпрома» и для этого прокладывает сейчас газопровод из Норвегии Baltic Pipe. А в Грецию, получающую российское голубое топливо по «Турецкому потоку», с этого года поступает и азербайджанский газ из вошедшего в строй газопровода TAP. Так что увеличение доли природного газа в электроэнергетике ЕС вовсе не означает, что это автоматически приведет к увеличению закупок голубого топлива в России.

Смотрите также:

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике «Кадр за кадром» — причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях — о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии — 41 % и 8 % соответственно.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом «коктейле» достигла 20 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Хаймбах (Северный Рейн — Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС — 13,3 %, бурый уголь — 24,1 %, каменный уголь — 14,0 %, природный газ — 7,4 %, ГЭС — 3,2 %, ветер — 20,2%, солнце — 8,5 %, биомасса — 8,3 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Гарцвайлер (Северный Рейн — Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Рюген (Мекленбург — Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли — тем более, что подходящие места становится находить все труднее.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дассов (Мекленбург — Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Зауэрланд (Северный Рейн — Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум — до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) — не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы — в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Бедбург-Хау (Северный Рейн — Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне — Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии — 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле «Высота установки х 10», то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ренцов (Мекленбург — Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.

  Автор: Максим Нелюбин

Электричество — Vaillant

Отопление электричеством отличается простотой монтажа и сравнительно невысокой ценой оборудования. Тем не менее, в долгосрочной перспективе более эффективными являются системы отопления, использующие другие источники энергии: газ, твердое топливо, солнечную и геотермальную энергию.

Отопление электричеством может быть весьма полезным в качестве дополнения к другим вариантам обогрева или в местах, которые не используются очень часто, например, загородных домах. Электрические устройства также рекомендуется в некоторых местах, где центральное отопление не представляется возможным или целесообразным, таких как небольшой офис или на складе.

Большинство устройств не требуют много места и не дороги. Другими преимуществами являются низкие затраты на установку и техническое обслуживание. Кроме того, проточные нагреватели производят тепло сразу, поэтому, они подходят для того, чтобы быстро принять душ.

Практические выгоды компенсируются относительно низкими затратами на использование электроэнергии. Сжигание ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии влечет за собой потери вследствие преобразования в электричество. Кроме того, часть энергии теряется на своем пути по сети. Это означает, что потребление энергии является более высоким по сравнению с отопительной системой в доме. Таким образом, использование электроэнергии для долгосрочного отопления в постоянно используемых зданиях не рекомендуется.

Преимущества электроэнергии:

• Высокая доступность
• Низкие требования к пространству
• Низкие закупочные цены
• Низкие расходы на установку и техническое обслуживание
• Возможность использовать дифференциальные тарифы для получения максимальной выгоды

Требования, которые должны быть выполнены в вашем доме:

• Он должен быть подключен к сети общего пользования или иметь автономный источник питания
• Некоторые устройства, такие как автономные емкостные нагреватели, требуют высоких токов

Электрические отопительные приборы

Существует ряд устройств, которые нагревают помещения с помощью электричества: автономные емкостные нагреватели, тепловентиляторы, радиаторы или электрические инфракрасные обогреватели. Радиаторы и электрические инфракрасные обогреватели являются прямыми отопительными приборами, которые сразу же передают свое тепло в окружающую среду.

Электрические водонагреватели

Часто электроэнергия используется для нагрева воды для кухонь и ванных комнат, например, через проточные водонагреватели.

Тепловые насосы

Тепловым насосам также требуются электрическая энергия. Они используют ее для привода насосов.

Альтернативные источники энергии

Краснодарский край по своим природно-климатическим характеристикам является одним из самых привлекательных в России для развития генерации на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

В Краснодарском крае сложился многолетний опыт практического использования солнечной энергии и геотермального тепла, ветро и гидроэнергии, а также других энергоисточников

В частности, наибольшим потенциалом с точки зрения освоения инвестиций имеют следующие направления.

Во-первых, солнечная электроэнергетика, использование которой имеет большие перспективы развития в регионе, так как Краснодарский край является одним из немногих субъектов Российской Федерации, обладающих значительными ресурсами солнечной энергии. Непосредственно для выработки электроэнергии используются фотоэлектрические преобразователи.

Во-вторых, солнечная теплоэнергетика, которая может использоваться с целью оснащения современными гелиосистемами объектов социального назначения и предприятий санаторно курортного комплекса по всему побережью Черного и Азовского морей, где количество солнечных дней составляет 260-280 суток в году.

Также ключевым направлением, обладающим инвестиционным потенциалом в этой области и позволяющим обеспечить заметный вклад в развитие солнечной теплоэнергетики, является строительная отрасль. Требуется разработка и внедрение систем солнечного теплоснабжения зданий с помощью встроенных в стены солнечных коллекторов с вакуумными стеклопакетами. Облицовка фасадов зданий солнечными коллекторами с вакуумными стеклопакетами в Краснодарском крае позволит круглогодично обеспечить солнечное теплоснабжение зданий.

В-третьих, ветроэнергетика, масштабное развитие которой целесообразно в условиях обширных прибрежных зон Азовского и Черного морей (Приморско-Ахтарский, Калининский, Славянский, Крымский, Темрюкский и Туапсинский районы, города-курорты Сочи, Анапа и Геленджик), а также протяженной области Армавирского ветрового коридора (зона интенсивных постоянных по силе и направлению ветров).

В-четвертых, геотермальная энергетика. Суммарная тепловая мощность эксплуатируемых геотермальных месторождений в Краснодарском крае составляет 238 МВт. Практическое значение имеют месторождения на 60 % территории региона.

В Краснодарском крае используются в системах теплоснабжения лишь 6-7 % потенциала геотермальных месторождений.

Более подробную информацию можно получить, обратившись в министерство топливно-энергетического комплекса и жилищно- коммунального хозяйства Краснодарского края тел: +7 (861) 259-09-31

Энергопереход пошел не по плану

Цены на газ в Европе продолжают стремительно расти. 14 сентября в 10.26 по московскому времени стоимость ближайшего октябрьского фьючерса на спотовый индекс TTF на газ на бирже ICE Futures перевалила за $800 и составила $808 за 1000 куб. м, как показывают данные биржи. Резкий рост цен наблюдается с конца августа, 9 сентября стоимость газа впервые превысила $700 за 1000 куб. м.

Исполнительный вице-президент Еврокомиссии Франс Тимерфранс заявил 14 сентября, что скачок цен на газ должен привести к более активной работе по переходу на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). «Ирония состоит в том, что, если бы у нас пять лет назад была Green Deal (стратегия ЕС по переходу на ВИЭ. – «Ведомости»), мы бы не попали в эту ситуацию, потому что мы бы меньше зависели от ископаемых видов топлива и природного газа».

Истинная ирония состоит в том, что одна из причин кризиса – в нестабильности выработки именно возобновляемой энергии. Так, установившийся в последние несколько недель штиль в морях, омывающих север Европы, 13 сентября сократил долю выработки электроэнергии ветряными станциями Великобритании до 4,9% при среднегодовом показателе за 2020 г. в 18%. В таких условиях еще 6 сентября британским властям пришлось запустить ранее законсервированную ТЭЦ на угле West Burton A, о чем 7 сентября сообщила ВВС. Благодаря этому доля угля как источника электроэнергии в Британии за сутки выросла на 0,7%.

Но цены на электроэнергию росли, и особенно болезненным рост цен оказался для небольших энергосетевых компаний. Как пишет Bloomberg, 7 сентября с рынка ушли компании PFP Energy и MoneyPlusEnergy, над тем, как помочь их 94 000 клиентов, работает британский энергетический оператор.

Адам Льюис из консалтинговой компании Hartree Solutions допускает, что, если ситуация не изменится, в Великобритании дойдет до отключений электроэнергии. В британской энергетической компании Centrica еще 6 сентября предсказали негативные последствия роста цен на газ и связанный с этим рост цен на электроэнергию. По словам управляющего торговлей энергоресурсами Centrica Касима Мангерраха, в случае холодной зимы цены на газ вырастут еще сильнее. Дойти может до того, что некоторые энергоемкие предприятия Великобритании и Евросоюза (ЕС) просто остановят производство из-за нехватки газа. «Если наступит долгая холодная зима, исходя из нынешнего положения дел, у нас могут возникнуть проблемы. Нам придется закупать СПГ почти независимо от цены, чтобы удовлетворить спрос», – подчеркнул Мангеррах Financial Times.

Пока Европа и Британия могут удовлетворять ежедневный спрос населения на газ, но заполнить им хранилища они не в состоянии. В разговоре с американским телеканалом CNBC это подтвердил и партнер компании Again Capital Джон Килдафф. Согласно его оценке, уровень заполняемости хранилищ в Европе газом на 16% ниже среднего за пять лет и рекордно низкий для сентября.

Аналогичные проблемы возникли и по другую сторону Атлантики. По сообщению Reuters, независимый системный оператор энергосистемы Калифорнии на прошлой неделе запросил у министерства энергетики отмену на 60 суток ограничений на работу электростанций, работающих на природном газе, что позволит расконсервировать закрытые станции мощностью 200 МВт. Штат все больше полагается на энергию ветра и солнца, но в этом году сильная засуха привела к сокращению гидроэнергетических мощностей штата, а лесные пожары угрожают линиям электропередачи, по которым электроэнергия поступает из других штатов. Калифорния заявила, что может столкнуться с потенциальным дефицитом предложения до 3500 МВт в часы пикового спроса, что эквивалентно потреблению 2,6 млн домохозяйств.

«Нынешняя ситуация демонстрирует болезненность перехода на возобновляемые источники энергии. Стабильность ВИЭ пока невелика, и это уже приводит к всплескам спроса на газ и взлету цен на электричество и топливо», – говорит управляющий директор по корпоративным и ESG-рейтингам рейтингового агентства «Эксперт РА» Павел Митрофанов. По его мнению, в обозримом будущем ЕС вряд ли откажется от экологических приоритетов, результатом чего будут регулярные «ценовые шоки в период недостатка мощности».

Старший директор группы по природным ресурсам Fitch Ratings Дмитрий Маринченко полагает, что рост цен на газ и электричество может негативно сказаться на энергоемких отраслях, в том числе сталелитейной промышленности, а также нефтехимии, где газ используется в качестве сырья. Кроме того, взрывной рост цен, если не произойдет его отката, может негативно повлиять и на макроэкономические показатели – инфляцию, потребительский спрос и темпы экономического роста. Многое будет зависеть от того, насколько холодной будет зима и станет ли «Газпром» более активно продавать газ на спотовом рынке, пока создается впечатление, что «Газпром» не спешит сильно наращивать поставки, несмотря на более чем благоприятную ценовую конъюнктуру.

Холодная зима в сочетании с задержкой ввода в эксплуатацию «Северного потока – 2» могли бы стать причиной настоящего энергетического кризиса, но, если зима будет мягкой, проблема с недостатком газа в газохранилищах может раствориться в воздухе без серьезных последствий, считает Маринченко.

Европейская энергетика озеленилась – Газета Коммерсантъ № 12 (6974) от 26.01.2021

Производство электроэнергии из возобновляемых источников в Европе впервые обогнало ископаемое топливо. Так, по итогам года зеленая генерация обеспечила 38,2% всей выработки электроэнергии в ЕС против 37%, произведенных на угольных и газовых станциях. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) постепенно вытесняют уголь и АЭС из европейской генерации. Для России как для крупнейшего поставщика энергоресурсов в Европу сжатие рынков традиционного топлива должно стать тревожным сигналом, считают аналитики.

Доля ВИЭ (объединяет ветряные, солнечные, гидроэлектростанции, а также использование биомассы) в выработке энергии в Европе в 2020 году впервые в истории превысила долю ископаемого топлива, следует из ежегодного отчета британского аналитического центра Ember и немецкого Agora Energiewende (. pdf). Так, согласно отчету, в прошлом году на ВИЭ приходилось 38,2% всей произведенной электроэнергии (34,6% в 2019 году), на ископаемое топливо — 37%.

В исследовании это объясняется удвоением с 2015 года объемов выработки ветровой и солнечной энергии.

В 2020 году выработка ветряных и солнечных станций выросла на 9% и 15% соответственно, и совокупно они произвели пятую часть электроэнергии в Европе. Среди лидеров по их использованию:

• Дания (61% в выработке),
• Ирландия (35%),
• Германия (33%),
• Испания (29%).

Но, как считают авторы исследования, рост ВИЭ-генерации пока недостаточен для того, чтобы достичь целевых показателей 2030 года, и должен почти утроиться. Так, среднегодовой прирост выработки в 2020–2030 годах должен увеличиться до 100 ТВт•ч с 38 ТВт•ч в среднем за 2010–2020 годы.

Вместе с тем производство электроэнергии из угля в Европе с 2015 года сократилось вдвое, и в 2020 году на угольные ТЭС пришлось лишь 13% выработки (падение относительно 2019 года составило 20%). Производство электроэнергии на газовых станциях в 2020 году снизилось не так критично — всего на 4% год к году, чему способствовало резкое снижение цен на газ.

При этом в 2020 году падение производства атомной генерации было самым большим в истории — сразу на 10%.

«Быстрый рост ветровой и солнечной энергии привел к сокращению доли угля, но это только начало. Европа опирается на ветровую и солнечную энергию, чтобы обеспечить не только поэтапный отказ от угля к 2030 году, но также постепенно отказаться от газовой генерации, заменить закрывающиеся атомные электростанции, а также удовлетворить растущий спрос на электроэнергию для электромобилей, тепловых насосов и электролизеров»,— пояснил старший аналитик Ember Дейв Джонс.

Спрос на электроэнергию снизился на 4% в 2020 году на фоне COVID-19, но это, по мнению авторов исследования, не повлияло на увеличение доли ВИЭ в Европе. Удельные выбросы СО2 при производстве электроэнергии сократились до 0,226 кг на 1 кВт•ч — это на 29% меньше, чем в 2015 году.

Падение спроса на электроэнергию в течение 2020 года приводило к разгрузке электростанций с наибольшими операционными затратами, угольных, и сопровождалось снижением выработки АЭС из-за отказов во Франции и Бельгии и вывода из эксплуатации атомных блоков в Германии и Швеции, отмечает старший аналитик центра энергетики МШУ «Сколково» Юрий Мельников.

На этом фоне ВИЭ показали резкий рост выработки, а газовая генерация смогла лишь сохранить свои позиции, несмотря на очень благоприятные цены на топливо.

Юрий Мельников напоминает, что ввод солнечных и ветряных станций в ЕС в 2021 году, по прогнозу IEA, станет рекордным за последние пять-семь лет — не менее 30 ГВт. Для России, по его мнению, это станет дополнительным сигналом, указывающим на проблему сжатия европейского направления экспорта ископаемого топлива. Россия является крупнейшим поставщиком газа и энергетического угля в ЕС.

Анатолий Чубайс, спецпредставитель президента РФ по связям с международными организациями, 10 декабря 2020 года

Кое-кто говорил нам пять лет назад: «Да зачем это надо, ваша возобновляемая энергетика, бросьте вы этими глупостями заниматься». А сейчас, уверяю вас, оказывается, что этот спрос появится…

Ростислав Костюк из Vygon Consulting считает, что 2020 год стал рекордным для роста доли зеленой энергетики в основном благодаря пандемии: при значительном падении потребления ВИЭ-генерация, у которой нет затрат на топливо, активно замещала выбывающие из баланса угольные и газовые станции. В то же время, считает аналитик, российские поставщики газа и угля вряд ли потеряют рынок в среднесрочной перспективе благодаря низким производственным затратам.

Татьяна Дятел

10 Различные альтернативные источники энергии (солнечная, ветровая, геотермальная, биомасса, океан и другие источники энергии)

Существует 10 основных альтернативных источников энергии, которые используются в мире для выработки электроэнергии. В то время как другие источники обнаруживаются постоянно, ни один из них не достиг той стадии, когда их можно использовать для обеспечения энергии, помогающей современной жизни функционировать.

Все эти различные источники энергии используются в основном для производства электроэнергии. Мир управляется серией электрических реакций — говорите ли вы об автомобиле, которым управляете, или о включенном свете.Все эти различные источники энергии добавляют к запасу электроэнергии, которая затем отправляется в разные места по высоковольтным линиям.

Типы источников энергии

Их можно разделить на возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

Возобновляемый источник энергии

Возобновляемый источник энергии – это любой природный ресурс, который может быстро и надежно заменить его. Эти источники энергии многочисленны, устойчивы, естественным образом пополняются и полезны для окружающей среды.

Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:

• Солнечная энергия солнца
• Энергия ветра
• Геотермальная энергия тепла недр земли
• Гидроэнергетика из проточной воды
• Энергия океана в виде энергии волн, приливов, течений и тепловой энергии океана.
• Биомасса растений

Невозобновляемый источник энергии

Невозобновляемый источник энергии — это источник с ограниченным запасом, который мы можем добывать или извлекать из земли, и который рано или поздно закончится.

Образовались тысячи лет назад из захороненных останков древних морских растений и животных, живших миллионы лет назад. Большинство этих источников энергии представляют собой «грязное» ископаемое топливо, которое, как правило, вредно для окружающей среды.

Основными видами или источниками невозобновляемой энергии являются:

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

Различные источники энергии

Вот обзор каждого из различных источников энергии, которые используются, и потенциальные проблемы для каждого из них.

1. Солнечная энергия

Основным источником энергии является солнце. Солнечная энергия собирает энергию солнца, используя коллекторные панели для создания условий, которые затем можно превратить в своего рода энергию. Большие поля солнечных батарей часто используются в пустыне, чтобы собрать достаточно энергии для зарядки небольших подстанций, и многие дома используют солнечные системы для обеспечения горячей водой, охлаждением и дополнительным электричеством.

Проблема с солнечными батареями заключается в том, что, хотя доступного солнечного света в избытке, только определенные географические районы мира получают достаточно прямой солнечной энергии в течение достаточно долгого времени, чтобы генерировать полезную энергию из этого источника.

Его доступность также зависит от смены сезонов и погоды, когда они не всегда могут быть использованы. Это требует больших первоначальных инвестиций для продуктивного использования, поскольку технология хранения солнечной электроэнергии еще не достигла своего оптимального потенциала.

2. Энергия ветра

Энергия ветра становится все более распространенной. Новые инновации, которые позволяют появляться ветряным электростанциям, делают их более распространенным зрелищем. Используя большие турбины, чтобы использовать имеющийся ветер в качестве мощности для вращения, турбина может затем вращать генератор для производства электроэнергии.

Требует больших вложений, да и скорость ветра каждый раз неравномерна, что влияет на выработку электроэнергии. Хотя многим это казалось идеальным решением, реальность ветряных электростанций начинает проявлять непредвиденное воздействие на окружающую среду, что может не сделать их идеальным выбором.

3. Геотермальная энергия

Источник: Canva

Геотермальная энергия — это энергия, добываемая из-под земли. Он чистый, устойчивый и экологически чистый. Высокие температуры постоянно производятся внутри земной коры за счет медленного замедления радиоактивных частиц.Горячие камни, находящиеся под землей, нагревают воду, которая производит пар. Затем пар улавливается, что помогает вращать турбины. Затем вращающиеся турбины приводят в действие генераторы.

Геотермальная энергия может использоваться в жилых помещениях или в крупных промышленных масштабах. В древности его использовали для купания и обогрева помещений. Геотермальные электростанции обычно имеют низкий уровень выбросов, если они закачивают пар и воду, которые используют, обратно в резервуар.

Самым большим недостатком геотермальной энергии является то, что ее можно производить только на отдельных участках по всему миру.Самая большая группа геотермальных электростанций в мире расположена в Гейзерах, геотермальном поле в Калифорнии, США.

Еще одним недостатком является то, что там, где нет подземных резервуаров, создание геотермальных электростанций может увеличить риск землетрясений в районах, уже считающихся геологически горячими точками.

4. Водородная энергия

Водород доступен с водой (h3O) и является наиболее распространенным элементом, доступным на Земле. Вода содержит две трети водорода и может быть найдена в сочетании с другими элементами.

После отделения его можно использовать в качестве топлива для выработки электроэнергии. Водород является огромным источником энергии и может использоваться в качестве источника топлива для кораблей, транспортных средств, домов, промышленности и ракет. Он полностью возобновляем, может производиться по требованию и не оставляет токсичных выбросов в атмосферу.

5. Приливная энергия

Источник: Canva

Энергия приливов использует приливы и отливы для преобразования кинетической энергии приливов и отливов в электрическую энергию.Производство энергии за счет приливной энергии наиболее распространено в прибрежных районах. Энергия приливов является одним из возобновляемых источников энергии и производит большое количество энергии, даже когда скорость приливов мала.

При повышении уровня воды в океане возникают приливы, которые носятся в океане взад и вперед. Чтобы получить достаточную мощность от потенциала приливной энергии, высота прилива должна быть как минимум на пять метров (около 16 футов) больше, чем высота отлива.

Огромные инвестиции и ограниченная доступность площадок — вот лишь некоторые из недостатков приливной энергии. Высокое гражданское строительство и высокий тариф на покупку электроэнергии делают капитальные затраты на приливные электростанции очень высокими.

6. Волновая энергия

Источник: Canva

Энергия волн производится из волн, которые возникают в океанах. Поскольку в океане правит гравитация Луны, это делает использование ее силы привлекательным вариантом. Были изучены различные методы преобразования энергии волн в электроэнергию с помощью конструкций, подобных плотинам, или устройств, закрепленных на дне океана на поверхности воды или непосредственно под ней.

Энергия волн возобновляема, экологически безопасна и не наносит вреда атмосфере. Его можно использовать в прибрежных районах многих стран, и он может помочь стране уменьшить свою зависимость от зарубежных стран в плане топлива.

Производство волновой энергии может нанести ущерб морской экосистеме, а также стать источником беспокойства для частных и коммерческих судов. Он сильно зависит от длины волны, а также может быть источником визуального и шумового загрязнения. Эта энергия также менее интенсивна по сравнению с тем, что имеется в более северных и южных широтах.

7. Гидроэнергетика

Источник: Canva

Многие люди не знают, что большинство городов и поселков в мире зависят от гидроэнергетики, и так было в прошлом столетии. Каждый раз, когда вы видите крупную плотину, она снабжает электроэнергией электростанцию. Энергия воды используется для включения генераторов для производства электроэнергии, которая затем используется. Он не загрязняет окружающую среду, не влечет за собой отходов или выделяет токсичные газы и не наносит вреда окружающей среде.

Проблемы, с которыми сейчас сталкивается гидроэнергетика, связаны со старением плотин.Многие из них нуждаются в серьезной реставрации, чтобы оставаться в рабочем состоянии и в безопасности, а это стоит огромных денег. Утечка запасов питьевой воды в мире также вызывает проблемы, поскольку поселкам может понадобиться потреблять воду, которая также обеспечивает их электроэнергией.

8. Энергия биомассы

Источник: Canva

Энергия биомассы производится из органических материалов и широко используется во всем мире. Хлорофилл, присутствующий в растениях, улавливает солнечную энергию, превращая углекислый газ из воздуха и воду из земли в углеводы в процессе фотосинтеза.Когда растения сжигаются, вода и углекислый газ снова выбрасываются обратно в атмосферу.

Биомасса обычно включает сельскохозяйственные культуры, растения, деревья, обрезки дворов, древесную щепу и отходы животноводства. Энергия биомассы используется для отопления и приготовления пищи в домах и в качестве топлива в промышленном производстве.

Однако сбор топлива требовал кропотливой работы. Этот вид энергии производит большое количество углекислого газа в атмосферу. При отсутствии достаточной вентиляции при приготовлении пищи в помещении такие виды топлива, как навоз, вызывают загрязнение воздуха, что представляет серьезную опасность для здоровья.Более того, неустойчивое и неэффективное использование биомассы приводит к уничтожению растительности и, следовательно, к деградации окружающей среды.

9. Атомная энергетика

Источник: Canva

Хотя ядерная энергетика остается предметом споров о том, насколько безопасно ее использование и действительно ли она энергоэффективна, если принять во внимание производимые ею отходы, на самом деле она остается одной из основных возобновляемых источников энергии, доступных миру.

Энергия создается в результате особой ядерной реакции, затем собирается и используется для питания генераторов.Хотя почти в каждой стране есть атомные генераторы, существуют моратории на их использование или строительство, поскольку ученые пытаются решить вопросы безопасности и утилизации отходов.

Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для создания 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.

В будущем ядерная энергетика будет использовать реакторы на быстрых нейтронах, не только используя примерно в 60 раз больше энергии из урана, но и раскрывая потенциал использования тория, который является более распространенным элементом, в качестве топлива. Теперь около 1,5 млн тонн обедненного урана, который рассматривается как не более чем отходы, становятся топливным ресурсом.

По сути, во время работы они будут «обновлять» свой собственный топливный ресурс. Возможный результат состоит в том, что ресурс топлива, доступного для реакторов на быстрых нейтронах, настолько велик, что значительное истощение источника топлива практически невозможно.

10. Ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ)

Источник: Canva

Когда большинство людей говорят о различных источниках энергии, в качестве вариантов они называют природный газ, уголь и нефть — все они считаются одним источником энергии из ископаемого топлива. Ископаемое топливо обеспечивает электроэнергией большую часть мира, в основном используя уголь и нефть.

Нефть перерабатывается во многие продукты, наиболее часто используемым из которых является бензин. Природный газ становится все более распространенным, но в основном используется для отопления, хотя на улицах появляется все больше и больше транспортных средств, работающих на природном газе.

Проблема с ископаемым топливом двояка. Чтобы добраться до ископаемого топлива и преобразовать его в использование, необходимо сильное разрушение и загрязнение окружающей среды. Запасы ископаемого топлива также ограничены, и их хватит только еще на 100 лет при базовом уровне потребления.

Нелегко определить, какой из этих различных источников энергии лучше всего использовать. Все они имеют свои хорошие и плохие стороны. В то время как сторонники каждого типа власти рекламируют свои как лучшие, правда в том, что все они несовершенны.Что должно произойти, так это согласованные усилия, чтобы изменить то, как мы потребляем энергию, и создать баланс между тем, из каких источников мы черпаем.

Источники энергии: сравнение

Если вы хотите заботиться об окружающей среде, вам следует водить электромобиль. Правильно?

К сожалению, это не так просто. Хотя электромобили не загрязняют воздух вокруг себя, как это делает двигатель внутреннего сгорания, их необходимо заряжать, что приводит к таким вопросам, как источник энергии, из которого поступает электричество, и является ли этот источник энергии чистым.

Общая оценка источника энергии основывается не только на том, насколько он чист; он также должен быть надежным, доступным и недорогим. Не все эти факторы можно четко классифицировать. Например, нефть, как правило, относительно доступна в Соединенных Штатах, но это отчасти потому, что правительство субсидирует отрасли, работающие на ископаемом топливе. Точно так же, хотя энергия ветра, как правило, относительно дорогая, ее стоимость неуклонно снижалась в течение многих лет по мере увеличения ее использования.

Чтобы оценить доступные варианты, полезно понять фундаментальные факты о том, какие типы энергии доступны и какие компромиссы каждый из них представляет.

Существует три основных категории источников энергии: ископаемое топливо, альтернативные и возобновляемые источники. Возобновляемые источники иногда, но не всегда, включаются в категорию альтернативных.

Ископаемое топливо образовалось миллионы лет назад, когда мертвые растения и животные подверглись воздействию сильной жары и давления в земной коре. Этот естественный процесс превратил кости и другие органические вещества в богатые углеродом вещества, которые при сгорании генерируют энергию. Есть три основных вида ископаемого топлива.

• Нефть — это общий термин, включающий такие продукты, как сырая нефть, которая перерабатывается в более привычные виды топлива, такие как бензин, реактивное топливо, керосин и дизельное топливо. Petroleum и oil часто взаимозаменяемы. Его извлекают путем бурения или гидроразрыва пласта (также известного как фрекинг).
• Уголь — это горная порода, найденная близко к поверхности земли и являющаяся одним из самых распространенных видов ископаемого топлива в мире. Его добывают открытым способом (с использованием машин для расчистки самых верхних слоев породы и почвы) и подземной добычей (с использованием машин и горняков для извлечения угля глубоко под землей).
• Природный газ , смесь газов, находящихся под поверхностью земли, добывается теми же способами, что и нефть.Достижения в области бурения и гидроразрыва открыли огромные запасы природного газа.

Ископаемые виды топлива часто называют грязными источниками энергии, потому что их использование сопряжено с высокими и часто необратимыми затратами для окружающей среды. Выбросы углерода или количество углекислого газа, которое эти виды топлива выделяют в атмосферу, накапливаются в течение поколений и не могут быть возвращены. Более того, на Земле существует лишь конечное количество этих ресурсов.

Формы энергии, не полученные из ископаемого топлива, включают как возобновляемую , так и альтернативную энергию , термины, которые иногда используются взаимозаменяемо, но не означают одно и то же. Альтернативная энергия в широком смысле относится к любой энергии, которая не извлекается из ископаемого топлива, но не обязательно только из возобновляемого источника. Например, при выработке ядерной энергии чаще всего используется уран, широко распространенное, но технически не возобновляемое топливо. С другой стороны, возобновляемая энергия включает в себя такие источники, как солнце и ветер, которые возникают естественным образом и постоянно.

Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива.

• Энергия ветра создается, когда ветер вращает турбину или ветряную мельницу, которая может быть расположена на суше или в море.
• Солнечная энергия использует солнечную энергию двумя способами: путем преобразования солнечного света непосредственно в электричество, когда солнце отсутствует (вспомните солнечные батареи), или солнечной тепловой энергии, которая использует солнечное тепло для выработки электричества, метод, который работает. даже когда солнце садится.
• Гидроэнергетика создается, когда быстро текущая вода вращает турбины внутри плотины, вырабатывая электроэнергию.
• Атомная энергия производится на электростанциях в процессе ядерного деления.Энергия, вырабатываемая в ходе ядерных реакций, используется для производства электричества.
• Биотопливо , также называемое биомассой, производится с использованием органических материалов (древесина, сельскохозяйственные культуры и отходы, пищевые отходы и навоз животных), которые содержат накопленную солнечную энергию. Люди использовали биомассу с тех пор, как научились сжигать древесину для получения огня. Жидкие биотоплива, такие как этанол, также выделяют химическую энергию в виде тепла.

Возобновляемые и альтернативные источники энергии часто относят к категории чистой энергии, поскольку они производят значительно меньше выбросов углерода по сравнению с ископаемым топливом. Но они не без экологического следа.

Производство гидроэлектроэнергии, например, производит меньше выбросов углерода, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Однако перекрытие воды для строительства резервуаров для гидроэлектростанций затапливает долины, нарушая местные экосистемы и средства к существованию. В другом случае биотопливо является возобновляемым, но выращивается на огромных участках земли и иногда генерирует больше выбросов углерода, чем ископаемое топливо.

Другие соображения, такие как безопасность, также имеют значение. Вероятность расплавления ядерного объекта чрезвычайно мала, но если бы это произошло, последствия были бы катастрофическими.Фактически опасения по поводу опасностей, связанных с эксплуатацией атомных электростанций, ограничивают распространение ядерной энергии.
 

Как работает чистая энергия?

Давайте начнем с разницы между чистой и грязной энергией.

Печальный факт, что большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах производится из грязных, загрязняющих окружающую среду, невозобновляемых источников, таких как ископаемое топливо. Фактически, производство электроэнергии является промышленной причиной загрязнения воздуха №1 в США, создавая больше выбросов CO ₂ , чем любой другой сектор, и усиливая последствия изменения климата.

Чистая энергия, с другой стороны, на 100 % не загрязняет окружающую среду. Он производится с использованием естественно пополняемых и практически неисчерпаемых источников, таких как солнце и ветер. Лучше всего то, что это может оказать положительное влияние на последствия изменения климата. Если использование природных возобновляемых источников энергии звучит как лучший способ получения электроэнергии, то у вас, вероятно, возник тот же вопрос, что и у нас: как мы можем поддержать использование экологически чистых источников энергии и обеспечить наши дома и предприятия полностью возобновляемой электроэнергией?

Вот почему мы основали Green Mountain Energy: чтобы использовать силу выбора потребителей, чтобы изменить способ производства электроэнергии.Мы каждый день стремимся поддерживать экологически чистую энергию и обеспечивать, чтобы дома и предприятия могли уменьшить свой углеродный след и помочь смягчить последствия изменения климата с помощью экологически чистого электричества.

Готовы оказать положительное влияние?
Подпишитесь на план 100% чистого электричества сегодня.

Начало работы

Как работает чистая энергия:

Жизни нужно много энергии, но не вся энергия вырабатывается одинаково.

Все электричество, поступающее в ваш дом, поступает из США.S. электрическая сеть, которая распределяет электроэнергию из разных источников. Некоторые из этих источников сжигают ископаемое топливо и вызывают загрязнение, в то время как другие производят чистую возобновляемую энергию из природных ресурсов, таких как солнце и ветер. Как только электричество поступает в сеть, оно распределяется по домам и предприятиям в зависимости от того, что им нужно.

Так как же убедиться, что вы выбираете экологически чистое и устойчивое электричество? Вы следите за тем, чтобы возобновляемая энергия добавлялась в сеть от вашего имени. Вот где в игру вступают сертификаты возобновляемой энергии.

Сертификаты возобновляемой энергии

К сожалению, невозможно направить какой-либо конкретный электрон, который проходит через электрическую сеть, поэтому покупка возобновляемой энергии не означает, что электричество, поступающее в ваш дом, поступает непосредственно от ветряных электростанций или других источников экологически чистой энергии. Однако это означает, что электроэнергия, поступающая в сеть от вашего имени, поступает из экологически чистых и возобновляемых источников, а не из более грязных источников генерации, таких как уголь и нефть. Вот как: мы покупаем электроэнергию для удовлетворения ежеминутных потребностей наших клиентов в электроэнергии, и мы обеспечиваем производство равного количества чистой энергии за счет покупки сертификатов возобновляемой энергии от национальных ветряных или солнечных источников.

Сертификаты на возобновляемую энергию (также известные как кредиты на возобновляемую энергию или REC) представляют собой экологические и другие неэнергетические атрибуты производства возобновляемой электроэнергии и являются частью большинства продуктов возобновляемой электроэнергии. REC измеряются с приращением в 1 мегаватт-час (МВтч) энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, таких как ветер, солнечная энергия, гидроэнергия и биомасса, и могут продаваться отдельно от фактической электроэнергии, произведенной возобновляемыми объектами. Приобретая REC, мы гарантируем, что электроэнергия, которую вы покупаете, вырабатывается с использованием возобновляемых ресурсов, что снижает количество электроэнергии, которая должна быть выработана из загрязняющих окружающую среду источников ископаемого топлива.REC также могут компенсировать выбросы CO ₂ , связанные с потреблением электроэнергии. По состоянию на 2020 год только клиенты Green Mountain Energy компенсировали более 81,9 миллиарда фунтов CO ₂ . Это все равно, что посадить столько деревьев, чтобы покрыть 25 400 футбольных полей!

Вот как планы электроснабжения, включающие REC, помогают изменить мир к лучшему: поддерживая разработку и использование большего количества возобновляемых источников энергии. Чем больше чистой энергии добавляется в сеть, тем меньше требуется ископаемого топлива — все просто.

Узнайте о преимуществах чистого электричества.

Мы знаем, что производство электроэнергии с использованием чистых возобновляемых ресурсов имеет экологические преимущества, но знаете ли вы, что это также имеет экономические преимущества?

Экологические преимущества:

• Изготовлено из неограниченных возобновляемых источников
• Помогает сохранить и защитить окружающую среду для будущих поколений
• Во многих формах практически не использует воду
• Не наносит вреда земле

‘не выделяет

• n двуокись углерода (CO ₂ ), ртуть, оксиды азота (NOx), двуокись серы (SO ₂ ) или твердые частицы в воздухе, воде или почве; часто упоминаемые эффекты этих вредных загрязнителей включают изменение климата, отравление ртутью, смог, кислотные дожди и респираторные заболевания; вместе наши клиенты избежали более 81. 9 миллиардов фунтов CO ₂ выбросов, что равносильно снятию с дорог 8,6 миллионов автомобилей в год ¹

Экономические выгоды:

• Создает рабочие места прямо здесь, в Соединенных Штатах; по состоянию на 2020 год ветровая и солнечная энергия являются двумя наиболее быстро растущими рынками труда в США ²
• Поддерживает местный источник энергии, помогая обеспечить энергетическое будущее Америки
• Привносит развитие в сельские районы, где возобновляемые источники энергии могут использовать преимущества достаточное пространство и ресурсный потенциал

Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы помочь увеличить спрос на
более чистую энергию и более зеленую планету.

Начало работы

¹ Статистика воздействия на дом в Техасе, использующем 2000 кВтч в месяц и годовой пробег автомобиля 15000.

² Бюро трудовой статистики США

4.

Источники энергии

Учение об источниках энергии поддерживается 7 ключевыми понятиями:

4.1 Люди переносят и преобразуют энергию из окружающей среды в формы, полезные для человеческой деятельности. Основными источниками энергии в окружающей среде являются такие виды топлива, как уголь, нефть, природный газ, уран и биомасса.Все виды топлива из первичных источников, за исключением биомассы, являются невозобновляемыми. Первичные источники также включают возобновляемые источники, такие как солнечный свет, ветер, движущаяся вода и геотермальная энергия.

4.2 Использование энергии человеком ограничено. Промышленность, транспорт, городское развитие, сельское хозяйство и большинство других видов человеческой деятельности тесно связаны с количеством и видом доступной энергии. Наличие энергетических ресурсов ограничено распределением природных ресурсов, наличием доступных технологий, социально-экономической политикой и социально-экономическим статусом.

4. 3 Ископаемое и биотопливо представляют собой органические вещества, содержащие энергию, захваченную солнечным светом. Энергия в ископаемом топливе, таком как нефть, природный газ и уголь, поступает из энергии, которую производители, такие как растения, водоросли и цианобактерии, давным-давно захватили из солнечного света. Энергия в биотопливе, таком как продукты питания, древесина и этанол, поступает из энергии, которую производители совсем недавно получили от солнечного света. Энергия, запасенная в этих видах топлива, высвобождается во время химических реакций, таких как горение и дыхание, которые также выделяют углекислый газ в атмосферу.

4.4 Люди переносят энергию с места на место. Топливо часто не используется у источника, а транспортируется, иногда на большие расстояния. Топливо транспортируется в основном по трубопроводам, грузовиками, кораблями и поездами. Электрическая энергия может быть получена из различных энергетических ресурсов и может быть преобразована практически в любую другую форму энергии. Электрические цепи используются для распределения энергии в отдаленные места. Электричество является не первичным источником энергии, а энергоносителем.

4.5 Люди производят электричество несколькими способами. Когда магнит перемещается или магнитное поле изменяется относительно катушки с проволокой, электроны индуцируются в проволоке. Большая часть производства электроэнергии человеком происходит таким образом. Электроны также можно заставить течь за счет прямого взаимодействия с легкими частицами; это основа, на которой работает солнечный элемент. Другие способы получения электричества включают электрохимические, пьезоэлектрические и термоэлектрические.

4.6 Люди намеренно накапливают энергию для последующего использования различными способами.Примеры включают батареи, резервуары для воды, сжатый воздух, водород и тепловые аккумуляторы. Хранение энергии сопряжено со многими технологическими, экологическими и социальными проблемами.

4.7 Различные источники энергии и различные способы преобразования, транспортировки и хранения энергии имеют свои преимущества и недостатки. Данная энергетическая система, от источника до потребителя, будет иметь присущий уровень энергоэффективности, денежных затрат и риска для окружающей среды. Каждая система также будет иметь последствия для национальной безопасности, доступа и справедливости.

Тема источников энергии может стать одной из определяющих в жизни наших студентов

По мере того, как нефтяные ресурсы становятся все более опасными, разведка раздвигает границы технологических возможностей, таких как бурение в глубоких морских водах.

Происхождение: Фотография из галерей изображений Microsoft.
Повторное использование: Если вы хотите использовать этот элемент за пределами этого сайта способами, выходящим за рамки добросовестного использования (см. http://fairuse.stanford.edu/), вы должны получить разрешение от его создателя.

Происходит энергетический переход. Знаменательное Парижское соглашение по климату 2016 года дало четкий сигнал о том, что во всем мире необходимо двигаться в направлении низкоуглеродной энергетики. Несмотря на то, что США намереваются выйти из Парижского соглашения, переход на экологически чистую энергию не ослабевает, и его возглавляют другие страны мира, а также штаты, города и корпорации США.

Истоки нашего энергоснабжения — захватывающая и привлекательная тема для студентов, которая является отличным способом узнать о различных способах получения энергии, а также о влиянии и социальных последствиях различных видов энергии.Эти концепции вращаются вокруг энергии, которая используется в человеческих целях, включая возобновляемые и невозобновляемые источники энергии, хранение энергии, производство электроэнергии и транспортировку энергии с места на место.

Важной отправной точкой для этой темы является концепция возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Многие студенты уже знакомы с идеей о том, что ископаемые виды топлива восстанавливаются гораздо медленнее, чем мы их используем, поэтому они невозобновляемы. Возобновляемая энергия существует во многих формах: гидроэлектроэнергия, солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия и биотопливо. Каждый из них предлагает множество связанных тем и нюансов. Например, солнечная энергия может генерироваться на одной крыше или на больших солнечных фермах коммунального масштаба. Солнечная энергия также может генерироваться на концентрирующих солнечных электростанциях, которые используют массив зеркал для направления солнечной энергии на центральную башню. Этот тип солнечной энергии может поставлять энергию даже ночью. Подробное изучение производства энергии может предотвратить чрезмерно упрощенное определение конкретных видов энергии как хороших или плохих.

Также стоит остановиться на практических и технологических аспектах энергетики.Распределение энергетических ресурсов по земному шару неравномерно, так как в одних регионах есть изобилие источников энергии, а в других нет. Районы, где энергия используется наиболее интенсивно, не обязательно являются теми же местами, где естественным образом существуют энергетические ресурсы. Например, богатые залежи нефти и газа находятся в прибрежной морской среде, а ветряные электростанции расположены в сельской местности. В обоих случаях эта энергия транспортируется к месту, где энергия потребляется. Кроме того, конечное использование энергии зависит от географии, времени года и времени суток.Таким образом, энергию необходимо транспортировать, хранить и преобразовывать из одной формы в другую, чтобы она была доступна, когда и где она необходима.

Изучение источников энергии дает практические уроки

Сегодняшние студенты являются свидетелями возрождения энергетических технологий. После десятилетий использования энергии с преобладанием ископаемого топлива предстоит исследовать широкий спектр инновационных вариантов. Отказ от углеродоемких видов топлива в мире является важной темой, которая предлагает богатые, актуальные, многогранные возможности для обучения.К изучению источников энергии можно подходить с точки зрения инженерии, общественного здравоохранения, экономики или международной торговли, что делает междисциплинарный подход идеальным (эти идеи также рассматриваются в Energy Decisions).

Точно так же, как экосистемы зависят от поступления энергии, человеческие общества также зависят от энергии для инфраструктуры, транспорта, продуктов питания и большинства других видов человеческой деятельности. Однако существуют пределы того, сколько энергии доступно данному обществу. Даже возобновляемые формы энергии зависят от географического положения и технологической доступности.Запасы невозобновляемых источников энергии ограничены и оказывают влияние на их добычу, транспортировку и потребление. Ценообразование на энергию, энергетическая справедливость и энергетическая безопасность — все это факторы, определяющие доступность энергии для различных слоев общества. Некоторые общества обладают избытком энергии, в то время как другие изо всех сил пытаются удовлетворить свои основные потребности. Изучая эти концепции, учащиеся могут начать понимать, как люди зависят от использования энергии, но также ограничены практическими аспектами использования энергии.

Помощь учащимся в понимании этих идей

График Управления энергетической информации, показывающий разбивку энергопотребления по различным источникам. Это изображение обновляется ежегодно, а текущую информацию можно найти по адресу https://www.eia.gov/energyexplained/us-energy-facts/.

Происхождение: Управление энергетической информации США
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может свободно использоваться повторно без ограничений.

Большинство студентов уже понимают, что энергия может исходить из многих источников.Однако у них могут быть неправильные представления о том, откуда берется их собственная энергия или сколько энергии берется из различных источников. Например, студенты могут быть удивлены, узнав, что лишь небольшая часть энергоснабжения США приходится на ветряные турбины и другие возобновляемые источники (11% в 2018 г.), а 80% — на ископаемое топливо. Ядерная энергетика обеспечивает 8% энергоснабжения США (Управление энергетической информации, эта страница ежегодно обновляется). Несмотря на популярность и важность технологий использования возобновляемых источников энергии, важно понимать, что ископаемые виды топлива по-прежнему составляют подавляющую часть нашего энергетического портфеля, и, по прогнозам, так будет и в ближайшие десятилетия (источник: Управление энергетической информации, 2020 г. ).

Это иллюстрирует чрезвычайные проблемы, с которыми мы сталкиваемся, выходя за рамки ископаемой энергии. Отказ от ископаемого топлива вызывает новый набор вопросов, таких как хранение энергии, аккумуляторная технология и энергоснабжение, которое связано с многочисленными прерывистыми источниками, а не с несколькими стационарными электростанциями.

Сегодняшние студенты, вероятно, с энтузиазмом относятся к возобновляемым источникам энергии, что является отличным способом вовлечь их. Но важно, чтобы они узнали о проблемах и реалиях капитального ремонта энергетической системы.Например, рассмотрите огромные установки возобновляемой энергии, которые потребуются для замены 80% энергоснабжения, поступающего от ископаемого топлива, и логистику, где разместить ветряные турбины, солнечные фермы или другую новую энергетическую инфраструктуру. Числа важны. Количественное рассмотрение этих предметов ясно показывает, что нам предстоит пройти долгий путь, чтобы обеспечить надежное, безопасное и экологически чистое энергоснабжение.

Принесите эти идеи в ваш класс

Наше энергетическое будущее — это не только многие темы, которые мы преподаем, но и проблема, на которую нет однозначного ответа.Это может быть захватывающим призывом к действию для студентов. Возможно, они будут частью проектных решений? В научных стандартах следующего поколения особое внимание уделяется инженерному делу, дизайну, междисциплинарному мышлению и решению проблем. Эти способы мышления необходимы для решения этой проблемы.

Энергия является частью жизни каждого студента и используется повсюду вокруг нас. Поэтому легко найти уместность в обучении источникам энергии. Упражнение «Источник энергии» требует от групп учащихся создать концептуальный эскиз электричества, который начинается с их собственного выключателя света, и проследить его как можно дальше.Это упражнение можно использовать на любом уровне обучения, оно служит вводным заданием, которое может подтолкнуть к дальнейшим исследованиям, а также выявить неверные представления. Учащиеся могут развить эту концепцию и разработать свои собственные энергетические портфолио на основе интернет-исследований о различных источниках энергии.

Учащиеся также могут ознакомиться с передовыми инновациями в области энергетики, такими как солнечная черепица для крыш, энергия из водорослей или новые способы хранения энергии. Почти каждый день мы узнаем о новой возможности. Обратной стороной этого является то, что преподавателям может быть трудно идти в ногу с быстрыми изменениями.Например, цены на возобновляемые источники энергии падают с каждым годом, а установки возобновляемых источников энергии опережают прогнозы по всему миру. Педагоги должны внимательно следить за тем, чтобы предоставлять актуальную информацию, что может включать проверку и обновление цифр каждый год. Управление энергетической информации предлагает множество данных, карт, графиков и прогнозов, которые можно использовать для изучения ряда вопросов.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• Energy for You показывает учащимся, как исследовать типы энергетических ресурсов в их родном штате.
• Биотопливо из водорослей: новая возобновляемая энергия — учащиеся изучают основные жизненные потребности водорослей (фитопланктона) с помощью практического опыта и интерактивной игры.

Программа

• Oceans of Energy посвящена исследованию океана как способу научиться улавливать, контролировать и распределять возобновляемые энергетические ресурсы океана. Студенты исследуют один источник энергии океана с помощью Интернета, а затем строят микро-гидрогенератор.

Средняя школа

• The Great Energy Debate позволяет студенческим командам выработать ключевые точки зрения на плюсы и минусы назначенного им источника энергии и сравнить его с другими.
• The United States of Energy — это привлекательная интерактивная карта и база данных, которые иллюстрируют производство и потребление энергии в разных штатах. Полезно для интернет-исследований, проводимых студентами, или для сравнения энергии в разных состояниях.
• Wind Maps — это карта среднегодовой скорости ветра на высоте 80 метров над землей. Эту карту можно использовать для оценки потенциала ветровой энергии в США.

Колледж

• Энергия ветра С помощью Google Планета Земля используются семь крупных ветряных электростанций, разбросанных по всему миру, для сравнения потенциальной мощности ветряных ресурсов каждой фермы.
• Наша энергетическая система — это интерактивная диаграмма Национальной академии наук, которая показывает, как мы полагаемся на различные первичные источники энергии для снабжения энергией четырех секторов конечного использования (жилой, коммерческий, промышленный и транспортный).
• Браузер данных по электроэнергии содержит актуальные данные о производстве электроэнергии в США. Данные можно фильтровать и отображать в виде графиков несколькими способами, что полезно для уроков, основанных на запросах, о производстве энергии.

В проекте

• «Природный газ и сланцы Марцеллус» используется метод изучения конкретных случаев для изучения гидроразрыва пласта.
• Selecting Sites for Renewable Energy Projects использует Google Earth для исследования различных возобновляемых источников энергии и выбора площадок в Соединенных Штатах, которые подходят для развития возобновляемых источников энергии.

Найдите упражнения и наглядные материалы для преподавания этой темы

Поиск по уровню обучения: средняя школа средняя школа введение колледж старшие классы колледж поиск все уровни обучения

Каталожные номера

Суммарное производство и потребление энергии по штатам — интерактивная карта США.С., что приводит к производству, потреблению и источникам энергии для каждого штата. Вкладки в верхней части каждой страницы содержат подробную информацию об энергии в каждом состоянии. На момент написания этой статьи данные были за 2017 год, и вполне возможно, что Управление энергетической информации продолжит обновлять эту страницу.

Hourly Electric Grid Monitor от Управления энергетической информации показывает в режиме реального времени графики источников электроэнергии, работающих в различных регионах США. Выпадающее меню в левом верхнем углу предлагает дополнительные инструменты для анализа электроэнергии.

Годовой энергетический прогноз Управления энергетической информации. Это «вечнозеленый» источник, который обновляется каждый год. В отчете представлены тенденции использования энергии, производства электроэнергии, выбросов CO ₂ и т. д.

50 State Targets for Clean Energy — это набор из 50 информационных бюллетеней/инфографики, показывающих конкретные планы по переходу на возобновляемые источники энергии в каждом штате США. Данные включают создание рабочих мест. Данные Стэнфордского университета.

Interactive: Какая часть электроэнергии в вашей стране является возобновляемой? | Infographic News

Около 30 процентов электроэнергии в мире вырабатывается за счет возобновляемых источников энергии, включая гидроэнергетику, солнечную энергию и энергию ветра.

Спрос на энергию быстро растет.

Годовое потребление энергии в мире почти утроилось с 62 949 тераватт-часов (ТВтч) в 1969 году до 173 340 ТВтч в 2019 году.

По состоянию на 2020 год почти 80 процентов мировой энергии производилось за счет сжигания ископаемого топлива — нефти, угля и газа.

Возобновляемая энергия, включая гидроэнергетику, солнечную энергию, ветер и биотопливо, составляет немногим более 10 процентов, а остальная часть приходится на ядерную и традиционную биомассу.

Эта энергия необходима для транспорта, отопления и производства электроэнергии.

Около 30% электроэнергии в мире производится за счет возобновляемых источников энергии, включая гидроэнергетику, солнечную энергию и энергию ветра.

В следующей инфографике Аль-Джазира показывает, как потребляется электроэнергия в мире:

Разделение электроэнергии

В то время как 90 процентов населения мира имеют доступ к электричеству, остальные 10 процентов — 760 миллионов человек — не имеют доступа к нему.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), доступ к электричеству определяется как способность домохозяйства обеспечить:

• базовое освещение четырьмя лампочками пять часов в день
• работает холодильник
• мощность для зарядки мобильного устройства или работы телевизора в течение четырех часов в день
• вентилятор работает шесть часов в день

В 29 странах, в основном в странах Африки к югу от Сахары, менее 50 процентов населения имеют «доступ к электричеству».

В 2019 году более 90 процентов населения Чада не имели доступа к электричеству.

Это контрастирует со странами с высоким уровнем дохода, население которых имеет полный доступ к электричеству.

Кто потребляет больше всего электроэнергии?

Странами с наибольшим потреблением электроэнергии на душу населения являются Исландия (56 828 кВтч), Норвегия (26 492 кВтч) и Бахрейн (17 133 кВтч).

Исландия, холодная скандинавская страна с населением около 366 000 человек, обладает изобилием возобновляемых источников энергии, включая геотермальную и гидроэнергетику.

В последние годы Исландия также была центром майнинга криптовалюты, где, по данным Исландского фонда блокчейнов, было добыто не менее восьми процентов всех биткойнов.

На другом конце шкалы Бенин, Чад и Афганистан потребляют менее 30 кВт/ч на душу населения.

Основной источник электроэнергии в стране

Целых 134 страны (65 процентов) производят большую часть своей электроэнергии из ископаемого топлива, 66 стран (31 процент) из возобновляемых источников энергии и семь стран (4 процента) из ядерной энергии.

Всего пять стран — Албания, Бутан, Лесото, Непал и Парагвай — производят 100% электроэнергии из возобновляемых источников, в основном в виде гидроэлектроэнергии, вырабатываемой плотинами.

(Аль-Джазира)

Какая часть электроэнергии в вашей стране поступает из возобновляемых источников?

Знаете ли вы, какие страны производят наименьшее количество электроэнергии из возобновляемых источников энергии?

Выберите свою страну, затем перетащите ползунок ниже, чтобы угадать количество электроэнергии — от нуля до 100 процентов — которая поступает от гидроэнергетики, ветра и солнца.

Декарбонизация производства электроэнергии с непостоянными источниками энергии

A1. Оптимальные количества

Обозначая γ, μ_f, μ¯f, μ_i, μ _f и μ _s множители соответственно связанные с ограничениями (4), (5), (6), (7 ), (8) и (9), функция Лагранжа, соответствующая программе, может быть записана как

ℒ=ν[S(K¯F(ri˜)+qfw−Ksν)−(c+δ)qfw+ µ_fqfw+µ¯f(Kf−qfw)+µ_i(ri˜−r_i)]+νγ(K¯F(ri˜)+qfw−Ksν−Kf−λKs1−ν)+(1−ν)[S(Kf +λKs1−ν)−(c+δ)Kf]−rfKf−K¯∫r_ir˜iridF(ri)+µfKf−rsKs+µsKs.

Учитывая линейность технологий и вогнутость функции прибавки, следующие условия первого порядка достаточны для определения оптимальных уровней мощности и выпуска:

(A1)qfw:ν[S′(.)−(c+δ )+µ_f−µ¯f+γ]=0,

(A2)Kf:ν[µ¯f−γ]+(1−ν)[S′(.)−(c+δ)]−rf+ µf=0,

(A3)ri˜:ν[S′(.)+µ_i′+γ]−ri˜=0,

(A4)Ks:−S′(.)(1−λ)− γ[1+νλ1−ν]+µs−rs=0,

, где µ_i′≡µ_i/K¯f(r˜i), S ′(.) обозначает S′(K¯F(r˜i) +qfw−[Ks/ν])=S′(Kf+[λKs/(1−ν)]), плюс дополнительные условия нежесткости, полученные из пяти ограничений-неравенств (5)–(9).

Объединение (A1) и (A3) дает:

(A5)ri˜ν=µ¯f+µ_i′−µ_f+c+δ.

Кроме того, объединение (A1) и (A2) приводит к:

(A6)γ=µ¯f−rf−(1−ν)µ_f+µf.

а. Во-первых, без прерывистой энергии (случай a в предложении 1) мы имеем, что ri˜=r_i и µ_i′≥0. Также Kf>0 по (2), так что µf=0. Более того, поскольку K¯F(ri˜)=0, из условия нереактивности (4) следует qfw=Kf+Ks[(1/ν)+(λ/[1−ν])], что в сочетании с qfw≤Kf , следует Ks=0 и qfw=Kf, поэтому µ_f=0 и µ¯f≥0. Следовательно, условие (A5) влечет r_i/ν≥c+δ. Поскольку это необходимое условие для Ki=0, то, напротив,

(A7)δ≥δb=defr_iν−c

достаточно для Ki>0.

Подстановка qfw=Kf>0 и K¯F(r˜i)=0 в (A1) дает µ¯f−γ=S′(Kf)−(c+δ), что в сочетании с (A2), где µf= 0, приводит к Kf=S′−1(c+δ+rf).

б. При вложении прерывистой энергии Ki>0 мы имеем ri˜>r_i и µ_i′=0 в (A5), что становится ri˜/ν=µ¯f−µ_f+c+δ. Предположим сначала, что qfw>0 (случай b ).Кроме того, ограничение нереактивности с Ki>0 и Ks=0 подразумевает qfw

(A8)c+δ+rf=11−λ[(rf−µ¯f)(1+λν1−ν)+µs−rs].

Поскольку µ _s и µ¯f являются единственными эндогенными переменными в (A8), за исключением очень специфических значений параметров, мы не можем иметь оба множителя равными нулю одновременно. Следовательно, если µ¯f=0, то µs>0: при Kf>qfw>0 хранилище не устанавливается.Уравнение (A6) с µf=µ_f=µ¯f=0 приводит к γ=−rf. Ограничение нереактивности (3) при Ks=0 дает установленную мощность тепловой энергии Kf=Ki+qfw=S′−1(c+δ+rf), а также производство ископаемой энергии в состоянии w , qfw= Kf−Ki=S′−1(c+δ+rf)−K¯F(ν(c+δ)) при стоимости r˜i/ν=c+δ предельных инвестиций в возобновляемые источники энергии.

Пусть ∆c(δ)≡S′−1(c+δ+rf)−K¯F(ν(c+δ))>0. Поскольку ∆c′(δ)<0 и ∆c(0)=S′−1(c+rf)>0, то ∆c(δ)>0 для каждого δ<δc, где δ ^c однозначно определяется как ∆c(δc)=0, то есть:

(A9)K¯F(ν(c+δc))=S′−1(c+rf+δc).

Следовательно, Kf>qfw>0 при δ<δc и qfw=0 при δ≥δc при Ks=0.

в. Предположим теперь, что δ≥δc и Ks=0, так что qfw=0 и Kf>0 (случай c ). Тогда µ¯f=µf=0, что в (A6) дает γ=−(1−ν)µ_f−rf. Подставим его в (A2) и (A3), чтобы получить µ_f=−(r˜i/ν)+(c+δ), что в (A1) приводит к S′(.)=(1−ν)(c+ δ)+r˜i+rf. Таким образом, используя ограничение нереактивности (3) с Ks=0, получаем:

(A10)S′(Ki)=S′(Kf)=(1−ν)(c+δ)+ri˜+rf,

Подстановка Ki=K¯F(r˜i)=Kf в (A10) дает:

(A11)K¯F(ri˜c)=Kf=S′−1((1−ν)(c+δ)+ ri˜c+rf),

, который определяет как K _f , так и ri˜c, причем последний является фиксированной точкой в ​​соотношении. Это явно зависит от значения δ.

Подстановка S′(.)=(1−ν)(c+δ)+ri˜c+rf и (из [A3]) S′(.)+γ=r˜ic/ν в (A4) показывает, что µs>0 (без вложений в память), если:

(A12)(r˜icν+rs)λ−1>c+δ+rf1−ν.

Пусть δ ^d — значение δ, для которого (A12) выполняется как равенство. Дифференцирование (A11) показывает, что r˜ic убывает с увеличением δ и, следовательно, левая часть (A12) также убывает с увеличением δ, а правая часть возрастает с ростом δ, что показывает, что δ ^d уникален.

д. Предположим теперь, что δ>δd, так что (A12) перевернуто и, следовательно, Ks>0. Зная, что µs=µf=µ_i′=µ¯f=0, условия (A2), (A3) и (A4) вместе с (3) представляют собой набор из четырех уравнений для определения четырех неизвестных: K _f , K _i , K _s и γ. Как и в параграфе c выше, мы имеем, что S′(.)+γ=r˜i/ν и S′(.)=(1−ν)(c+δ)+rf+r˜i. Подставив эти два значения в (A4), мы получим стоимость менее эффективной установки периодического действия:

(A13)r˜id=λν[c+δ+rf1−ν]−νrs

и соответствующий объем Ki=K¯F (избавлять). Используя (A13) и S′(Ki−[Ks/ν])=(c+δ)(1−ν)+rf+r˜id, мы можем определить емкость хранилища:

S′(Ki−Ksν)=( 1−ν(1−λ))[c+δ+rf1−ν]−νrs.

Наконец, используя эти значения и ограничение нереактивности (3), мы получаем тепловложение Kf=Ki-([1/ν]+[λ/(1-ν)])Ks. Обратите внимание, что поскольку S″<0, Ki−(Ks/ν) уменьшается с увеличением δ, тогда как K _s увеличивается. Мы делаем вывод, что оптимальная теплоемкость должна уменьшаться при увеличении δ. Эта зона заканчивается, когда Kf=0, то есть когда δ равно порогу δ ^e , такому что:

δe=defarg [S′−1((c+δ)(1−ν)+ rf+r˜id)=λν1−ν+λνK¯F(r˜id)],

, где r˜id определено в (A13).

эл. Наконец, рассмотрим случай δ>δe и, таким образом, Kf=0=qfw, а Ks>0 (накопление без тепловой энергии). Ограничение нереактивности (3) дает:

(A14)Ks=ν(1−ν)1−ν+λνKi.

Далее, объединяя (A3) и (A4), получаем:

S′(.)=r˜i+(1−ν)λ−1[rs+ri˜ν].

Используя ограничение нереактивности (3), получаем:

Ki−Ksν=S′−1(r˜i+(1−ν)λ−1[rs+ri˜ν]).

Комбинируя приведенное выше соотношение с (A14) и Ki=K¯F(r˜i), мы получаем уравнение, определяющее стоимость оптимального предельного оборудования в возобновляемой энергетике r˜ie как фиксированную точку:

K¯F(r ˜ie)=S′−1(r˜ie(1+1−νλν)+1−νλrs)[1+1−νλν].

Первичные и вторичные источники электроэнергии

Аннотация

Как было сказано ранее, ЛД представляет собой электротехническое устройство, для питания которого необходим источник электрической энергии с выходной характеристикой ССУ или СУЗ. В этой главе рассматриваются типы доступных источников.

Существуют разнообразные устройства, предназначенные для производства и подачи электроэнергии потребителям.Они преобразуют носители неэлектрической энергии, например нефти, газа, химических реакций, воды, ветра, солнечного света и т. д., в электрическую (в технической литературе они именуются «первичными источниками электрической энергии»). Эта преобразованная энергия представляет собой либо постоянный ток (DC), либо переменный ток (AC).

В большинстве приложений этой энергии используются два типа первичных источников: электрические батареи (используемые в мобильных объектах, таких как автомобили и фонарики) и генераторы переменного тока с соответствующей сетью переменного тока (в которых энергия от многих первичных источников объединяется для питания стационарного оборудования).Существуют также мобильные генераторы, которые вырабатывают электроэнергию с параметрами, соответствующими сети переменного тока.

Первичные источники электроэнергии могут напрямую питать только ограниченные типы электрических устройств, например, лампы накаливания в фонариках, питающихся от батареек. Некоторые двигатели переменного тока и лампы накаливания питаются непосредственно от сети переменного тока. Для большинства электрических устройств (электрических нагрузок) требуются либо источники переменного тока с другим переменным напряжением и/или частотой, либо источники постоянного тока с выходной характеристикой CVS, CCS или CPS. Эта схема включает в себя промежуточное устройство, подключенное между первичным источником электроэнергии и нагрузкой, которое преобразует электрическую энергию от первичного источника в электрическую энергию, обладающую характеристиками, необходимыми для нагрузки. Эти устройства называются «вторичными источниками электрической энергии». В американской технической литературе их принято называть источниками питания (ИП). Что касается питания LD, вторичные источники обозначаются как LDD.

Понимание характеристик электрических источников и электрических нагрузок, а также взаимодействия между ними необходимо для грамотного проектирования LDD.Одной из основных целей этой книги является представление принципов проектирования и характеристик вторичных источников электроэнергии, предназначенных для питания ЛД. В следующем разделе рассматриваются характеристики первичных источников.

Онлайн-доступ к электронным книгам SPIE ограничен учреждениями-подписчиками.