28.11.2024
Разное

Источники энергии в будущем: Энергия будущего, традиционные и современные источники 21 века

alexxlabАвтор: alexxlab

Содержание

Энергия будущего, традиционные и современные источники 21 века

Ученые спешат найти источники энергии будущего, чтобы улучшить окружающую среду и уменьшить зависимость от нефти и других видов ископаемого топлива.

Некоторые предсказывают что энергия будущего это водородные топливные элементы. Другие говорят, что солнце – это путь. Более дикие схемы включают в себя ветряные турбины высоко в воздухе или двигатель на антивеществе.

Рассмотрим, что будет представлять собой энергия будущего в 21 веке и позднее.

Энергия антивещества энергия антивещества

Антивещество является аналогом материи, состоящей из античастиц, которая имеют ту же массу, что и обычная материя, но с противоположными атомными свойствами, известными как спин и заряд.


Когда противоположные частицы встречаются, они аннигилируют друг друга и высвобождают огромное количество энергии в соответствии с известным уравнением Эйнштейна Е=mc2.

Энергия будущего в виде прообраза антивещества уже используется в медицинской технике визуализации, известной как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), но ее использование в качестве потенциального источника топлива остается в сфере научной фантастики.

Проблема антивещества в том, что во Вселенной его очень мало. Антивещество можно произвести в лабораториях, но в настоящее время только в очень малом количестве и при непомерно высоких ценах. И даже если проблема производства может быть решена, все равно остается главный вопрос в том, как хранить то, что имеет тенденцию уничтожать себя при контакте с обычной материей, а также как использовать эту энергию антивещества, когда-то созданную.

Ученые проводят исследования по созданию антивещества, которое могло бы однажды переправить человечество к звездам, но мечты о звездолетах, работающих на энергии антивещества все еще далеки, согласны все эксперты.

Водородные топливные элементы топливные элементы

На первый взгляд водородные топливные элементы могут показаться идеальной альтернативой ископаемым видам топлива. Они могут произвести электричество используя только водород и кислород без особого загрязнения.


Автомобиль, работающий на водородных топливных элементах, будет не только более эффективным, чем автомобиль, работающий на двигателе внутреннего сгорания, но и имеющий единственный выброс это воду.

К сожалению, в то время как водород является самым распространенным элементом во Вселенной, большая его часть связана с молекулами, такими как вода. Это означает, что чистый несвязанный водород должен производиться с помощью других ресурсов, которые во многих случаях связаны с ископаемым топливом. Если это так, то многие экологические преимущества водорода как топлива ничтожны. Другая проблема с водородом что его нельзя сжать легко или безопасно и требуются особые баки для хранения. Кроме того, по причинам, которые не до конца понятны, маленькие атомы водорода имеют тенденцию к проникновению через материалы баков.

Ядерная ядерная энергия

Альберт Эйнштейн сказал нам, что грань между материей и энергией нечеткая. Энергия будущего может быть произведена путем разделения или слияния ядер – процессы известные как ядерные реакции деления и образования более тяжелых ядер где выделяется термоядерная энергия.

Ядерное атомное деление высвобождает вредную радиацию и производит большое количество радиоактивных материалов, которые могут оставаться активными в течение тысяч лет и могут разрушать целые экосистемы в случае утечки. Существует также озабоченность по поводу того, что ядерный материал может быть использован в оружии.

В настоящее время большинство атомных электростанций используют деление, и для производства требуется поддержание необходимых температур.

Также известно природное явление, как сонолюминесценция.


Сонолюминесценция может однажды стать средством обладающим гигантскими ядерными и термоядерными реакторами в стакане жидкости.

Сонолюминесценция относится к вспышке света, когда специальные жидкости создают высокоэнергетические звуковые волны. Звуковые волны разрывают жидкость и производят крошечные пузырьки, которые быстро расширяются, а затем сильно разрушаются. Свет производится в процессе, но что более важно, внутренности взрывающихся пузырьков достигают чрезвычайно высоких температур и давлений. Ученые предполагают что этого может быть достаточно для ядерного синтеза.

Ученые также экспериментируют с методами создания управляемого ядерного синтеза, ускоряя “тяжелые” ионы водорода в мощном электрическом поле.

Преобразование тепловой энергии океана энергия будущего

Океаны покрывают 70 процентов Земли, а вода является природным солнечным коллектором энергии будущего. Преобразование тепла океана происходит путем использования температурных различий между поверхностными водами нагреваемыми солнцем и водой в холодных глубинах океана для выработки электричества.

Преобразование тепловой энергии океана может работать по следующему принципу:

  • Замкнутый цикл: жидкость с низкой температурой кипения, например аммиак, кипит используя теплую морскую воду. Полученный пар используется для работы электрогенерирующей турбины, затем пар охлаждается холодной морской водой.
  • Открытый цикл: теплая морская вода преобразуется в пар низкого давления который используется для генерации электричества. Пар охлаждается и превращается в полезную пресную воду с холодной морской водой.
  • Гибридный цикл: используется замкнутый цикл для того, чтобы произвести электричество, которое применяется создавая окружающую среду низкого давления необходимого для открытого цикла.

Тепловую энергию океана используют и для добычи пресной воды и богатых питательными веществами морской воды извлекаемой из глубин океана для культивирования морских организмов и растений. Главный недостаток тепловой энергии океана, что необходимо работать на таких малых разницах температуры, вообще около 20 градусов по Цельсию где эффективность от 1 до 3 процента.

Гидроэлектроэнергия энергия воды

Падающую, пропускающую или в противном случае двигающую воду с древних времен уже обуздали для производства электричества.


Гидроэнергетика обеспечивает около 20 процентов электроэнергии в мире.

До недавнего времени считалось, что водная энергия будущего является богатым природным ресурсом, не требующим дополнительного топлива и не вызывающего загрязнения.

Недавние исследования, однако, оспаривают некоторые из этих утверждений и предполагают, что гидроэлектрические плотины могут производить значительное количество углекислого газа и метана за счет распада погруженного в воду растительного материала. В некоторых случаях эти выбросы конкурируют с выбросами электростанций, работающих на ископаемом топливе. Еще одним недостатком плотин является то, что людей часто нужно переселять. В случае строительства плотин в трех ущельях в Китае, который стал самой большой плотиной в мире 1,9 миллиона человек были перемещены, а исторические места были затоплены и потеряны.

Биомасса биотопливо

Источником энергии будущего является биомасса или биотопливо, которое включает в себя высвобождение химических ресурсов, хранящихся в органических веществах, таких как древесина, сельскохозяйственные культуры и животные отходы. Эти материалы сжигаются непосредственно для получения тепла или очищаются для создания алкогольного топлива, такого как этанол.

Но в отличие от некоторых других возобновляемых источников энергии, энергия биомассы не является чистой, так как при сжигании органического вещества производится большое количество углекислого газа. Однако можно компенсировать или устранить эту разницу, посадив быстрорастущие деревья и травы в качестве топлива. Ученые также экспериментируют с использованием бактерий для разрушения биомассы и получения водорода для использования в качестве топлива.

Одно интересное, но спорное альтернативное биотопливо включает в себя процесс, известный как тепловая конверсия.


В отличие от обычного биотоплива тепловая конверсия может преобразовать практически любой тип органического вещества в высококачественную нефть с водой в качестве единственного побочного продукта.

Однако еще предстоит выяснить, могут ли компании, запатентовавшие этот процесс, производить достаточно нефти для того, чтобы эта энергия будущего стала жизнеспособной альтернативой топливу.

Нефть будущие источники энергии

Некоторые называют это черным золотом. На этом основаны целые империи, из-за которых ведутся войны. Одна из причин, почему нефть или сырая нефть, так ценна, потому что она может быть преобразована в различные продукты, от керосина до пластика и асфальта. Является ли это источником энергии будущего горячо обсуждается.

Оценки того, сколько нефти осталось в земле, сильно различаются. Некоторые ученые прогнозируют, что запасы нефти достигнут пика, а затем быстро сократятся; другие считают, что будет открыто достаточно новых запасов для удовлетворения мировых энергетических потребностей в течение еще нескольких десятилетий.

Подобно углю и природному газу, нефть является относительно дешевой по сравнению с другим альтернативным топливом, но её использование связано с более высокими издержками экологического ущерба. Использование нефти производит большое количество углекислого газа, а разливы нефти могут повредить хрупкие экосистемы.

Ветер энергия ветра

Взяв концепцию ветряных мельниц на шаг дальше и выше, ученые хотят создавать электростанции в небе, плавающие в воздухе ветряные мельницы на высоте от 1000 метров. Устройство с винтами будет стабилизироваться на одном месте, а электричество будет подаваться на землю через кабель.

Энергия ветра в настоящее время составляет всего 0,1 процента от мирового спроса на электроэнергию. Это число, как ожидается, увеличится, поскольку ветер является одной из самых чистых форм энергии и может генерировать энергию до тех пор пока дует ветер.

Проблема, конечно, в том, что ветры не всегда дуют, и на ветроэнергетику нельзя полагаться, чтобы производить постоянное электричество. Существует также озабоченность по поводу того, что ветряные электростанции могут оказывать влияние на местную погоду таким образом, который еще предстоит полностью понять.


Ученые надеются, что поднятие ветряных мельниц в небо решит эти проблемы, так как ветры на высоте дуют гораздо сильнее и более постоянно на больших высотах.

Уголь энергия угля

Уголь был топливом, которое привело в действие промышленную революцию, и с тех пор он играет все более важную роль в удовлетворении мировых энергетических потребностей.


Главное преимущество угля в том, что его много. Достаточно, чтобы продержаться еще 200-300 лет при нынешних темпах потребления.

Пока свое обилие делает его очень экономичным, однако при горении уголь выпускает примеси серы и азота в воздух, который может совместиться с водой в атмосфере для того чтобы сформировать кислотный дождь. Сжигание угля также производит большое количество углекислого газа, который по мнению большинства климатологов, способствует глобальному потеплению. Серьезные усилия прилагаются, чтобы найти новые способы уменьшить отходы и побочные продукты добычи угля.

Солнечная энергия солнечная энергия

Солнечная энергия не требует никакого дополнительного топлива и загрязнения не происходит. Солнечный свет можно концентрировать в виде тепла или преобразовать в электричество используя фотоэлектрический или фотовольтаический эффект через синхронизированные зеркала которые отслеживают движение солнца через небо. Ученые также разработали методы использования солнечной энергии будущего для замены газового двигателя нагревом водородного газа в резервуаре, который расширяется и приводит в движение генератор.

К недостаткам солнечной энергии можно отнести высокие начальные затраты, а также потребность в больших пространствах. Также для большинства альтернатив выход солнечной энергии будущего подвержен капризам загрязнения воздуха и погоды, которые могут блокировать солнечный свет.

реальность и фантазии. Альтернативные источники энергии

Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.

В этой статье мы рассмотрим несколько самых перспективных, на взгляд современных ученых, идей, на которых будет строиться энергетика будущего.

Солнечные станции

Люди издавна задумывались над тем, возможно ли использование энергии солнца на земле. Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.

Естествоиспытатели проводили множество опытов, которые доказывали, что использование энергии солнца на земле возможно. Однако солнечная батарея, которая превращала бы солнечную энергию в механическую, появилась сравнительно недавно, в 1953 году. Ее создали ученые из Национального аэрокосмического агентства США. Уже в 1959 году солнечную батарею впервые применили для оснащения космического спутника.

Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего?

С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.

Экономическая сторона вопроса здесь тоже присутствует: любой бюджет сильно пострадает, если на него будет возложена задача перевести целый город (или всю страну) на солнечные батареи. Казалось бы, можно обязать жителей городов выплачивать некоторые суммы на переоснащение, но в таком случае недовольны будут они, ведь если бы люди готовы были бы пойти на такие траты, они уже давно сделали бы это сами: возможность купить солнечную батарею есть у каждого.

Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать «экологичные» солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и «неэкологичной» энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.

Ветер

Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них — ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы «висеть» в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.

Приливы и волны

Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество.

Проект «Устрица» — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон.

Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии.

Использование энергии приливов и отливов несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.

Энергия человека

Одним из самых фантастических проектов в нашем списке можно назвать использование энергии живых людей. Звучит ошеломляюще и даже несколько ужасающе, но не все так страшно. Ученые лелеют мысль о том, как использовать механическую энергию движения. Речь в этих проектах идет о микроэлектронике и нанотехнологиях с низким энергопотреблением. Пока звучит как утопия, реальных разработок нет, но идея весьма интересная и не покидает умы ученых. Согласитесь, весьма удобны будут устройства, которые подобно часам с автоматической подзаводкой, будут заряжаться от того, что по сенсору проводят пальцем, или от того, что планшет или телефон просто болтается в сумке при ходьбе. Не говоря уж об одежде, которая, наполненная разными микроустройствами, могла бы преобразовывать в электричество энергию движения человека.

В Беркли, в лаборатории Лоуренса, например, ученые попытались воплотить в жизнь идею о том, чтобы использовать вирусы для преобразования энергии давления в электричество. Небольшие механизмы, работающие от движения, так же имеются, однако пока что на поток подобная технология не поставлена. Да, с глобальным энергетическим кризисом подобным образом не справиться: скольким же людям придется «крутить педали», чтобы заставить работать целый завод? Но как одна из мер, применяемых в комплексе, теория вполне жизнеспособна.

Особенно подобные технологии будут эффективны в труднодоступных местах, на полярных станциях, в горах и тайге, среди путешественников и туристов, у которых не всегда есть возможность зарядить свой гаджет, а вот оставаться на связи важно, особенно если группа попала в критическую ситуацию. Как много всего можно было бы предотвратить, если бы у людей всегда было надежное устройство связи, не зависящее «от розетки».

Топливные ячейки водорода

Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо.

Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров.

Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.

Тепло земли

Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого «озера» магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество.

Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие «хранилища» магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.

Использование ядерных отходов

Атомная энергетика, в свое время, произвела настоящий фурор. Так было до тех пор, пока люди не осознали всю опасность этой отрасли энергетики. Аварии возможны, от подобных случаев никто не застрахован, но они весьма редки, а вот радиоактивные отходы появляются стабильно и до недавнего времени ученые не могли решить эту проблему. Дело в том, что стержни урана — традиционное «топливо» АЭС, может быть использовано только на 5 %. После выработки этой небольшой части, весь стержень отправляется на «свалку».

Ранее применялась технология, при которой стержни погружались в воду, которая замедляет нейтроны, поддерживая устойчивую реакцию. Сейчас вместо воды стали использовать жидкий натрий. Эта замена позволяет не только использовать весь объем урана, но и переработать десятки тысяч тонн радиоактивных отходов.

Избавить планету от отходов атомной энергетики важно, но в самой технологии есть одно «но». Уран относится к ресурсам, и его запасы на Земле конечны. В случае если всю планету перевести исключительно на энергию, получаемую от АЭС (к примеру, в США АЭС производят лишь 20% всего потребляемого электричества), запасы урана будут истощены довольно быстро, и это снова приведет человечество на порог энергетического кризиса, так что атомная энергетика, пусть и модернизированная, только временная мера.

Растительное топливо

Еще Генри Форд, создав свою «Модель Т», рассчитывал, что она уже будет работать на биотопливе. Однако в то время были открыты новые нефтяные месторождения, и нужда в альтернативных источниках энергии отпала еще на несколько десятков лет, но теперь снова возвращается.

За последние пятнадцать лет использование растительных видов топлива, таких как этанол и биодизель, возросло в несколько раз. Их используют как самостоятельные источники энергии, так и в качестве добавок к бензину. Некоторое время назад надежды возлагались на особую просяную культуру, получившую название «канола». Она совершенно непригодна в пищу ни для людей, ни для скота, однако обладает высокими показателями масличности. Из этого масла и стали производить «биодизель». Но эта культура займет слишком много места, если попытаться вырастить ее столько, чтобы обеспечить топливом хотя бы часть планеты.

Теперь ученые заговорили об использовании водорослей. Их масличность около 50 %, что позволит так же легко извлекать масло, а отходы можно превращать в удобрения, на основе которых будут выращиваться новые водоросли. Идея считается интересной, но свою жизнеспособность пока что не доказала: публикация об успешных экспериментах в этой области пока не опубликовано.

Термоядерный синтез

Будущая энергетика мира, по мнению современных ученых, невозможна без технологий термоядерного синтеза. Это, на данный момент, самая перспективная разработка, в которую уже вкладывают миллиарды долларов.

В атомных электростанциях используется энергия деления. Она опасна тем, что есть угроза возникновения неуправляемой реакции, которая уничтожит реактор, и приведет к выбросу огромного количества радиоактивных веществ: пожалуй, все помнят аварию на Чернобыльской АЭС.

В реакциях термоядерного синтеза, что следует из названия, используется энергия, выделяемая при слиянии атомов. В результате, в отличие от атомного деления, не образуется никаких радиоактивных отходов.

Главной проблемой является то, что в результате термоядерного синтеза образуется вещество, имеющее настолько высокую температуру, что может уничтожить весь реактор.

Эта энергетика будущего — реальность. И фантазии здесь неуместны, на данный момент на территории Франции уже началась постройка реактора. Несколько миллиардов долларов вложено в экспериментальный проект, который профинансирован многими странами, в число которых, помимо ЕС, входят Китай и Япония, США, Россия и другие. Изначально первые эксперименты планировалось запустить уже в 2016 году, однако расчеты показали, что бюджет слишком мал (вместо 5 миллиардов потребовалось 19), и запуск перенесли еще на 9 лет. Возможно, через несколько лет мы увидим, на что способна термоядерная энергетика.

Проблемы настоящего и возможности будущего

Не только ученые, но и писатели-фантасты, дают множество идей для воплощения технологии будущего в энергетике, однако все сходятся на том, что пока что ни один из предложенных вариантов не может произвести полное обеспечение всех потребностей нашей цивилизации. К примеру, если все автомобили в США будут ездить на биотопливе, полями канолы придется засадить территорию, равную половине всей страны, без учета того, что земель, пригодных для земледелия в Штатах не так уж много. Более того, пока что все способы производства альтернативной энергии — дороги. Пожалуй, каждый из простых городских жителей, согласен, что важно использовать экологически чистые, возобновляемые ресурсы, однако не в случае, когда им озвучивают стоимость такого перехода на данный момент. Ученым предстоит еще много работать в этой сфере. Новые открытия, новые материалы, новые идеи — все это поможет человечеству успешно справиться с назревающим ресурсным кризисом. Решить энергетическую проблему планеты можно только комплексными мерами. В некоторых областях удобнее применять добычу энергии с помощью ветра, где-то — солнечные батареи, и так далее. Но, возможно, главным фактором станет снижение энергопотребления в целом и создание энергосберегающих технологий. Каждый человек должен понимать, что несет ответственность за планету, и каждый должен задать себе вопрос: «Какую энергетику я выбираю для будущего?» Прежде чем перейти на другие ресурсы, каждый должен осознать, что это действительно необходимо. Только при комплексном подходе удастся решить проблему энергопотребления.

тенденции в хранении и управлении электрической энергией — Будущее на vc.ru

Технологические достижения происходят буквально ежесекундно, поэтому трудно представить индустрию, которую бы не затронула технологическая революция.

Энергетическая сфера переживает сейчас эпоху ренессанса благодаря новым возможностям, которые открывают инновационные технологии, заполняющие рынок, например в области систем хранения и управления электрической энергией. Работая с множеством различных компаний – от стартапов, разрабатывающих новые решения в области энергоэффективности, такие как персональные электростанции, до крупных компаний, внедряющих инновации в своих областях, — я отметил большое влияние инноваций на трансформацию различных отраслей промышленности во всем мире. И энергетика не является исключением из этого правила.

Source: Shutterstock

Все чаще небольшие устройства, которые питали наши телефоны или компьютеры всего несколько лет назад, сейчас способны заряжать автомобили и даже здания. И изменилось не только соотношение размера и мощности — источники энергии тоже значительно изменились.

Согласно данным UBS (CNBC), затраты на хранение энергии снизятся на 66% и 80% в течение следующего десятилетия, в то время как энергетический мировой рынок вырастет до 426 миллиардов долларов.

Поскольку возобновляемые источники становятся дешевле и наносят меньший вред окружающей среде, аккумуляторы нового поколения могут стать решением для плавного перехода от природных органических видов топлива к возобновляемым источникам с акцентом на солнечную и ветровую энергию.

Мало того, что существует ощутимый сдвиг в сторону более устойчивых, более чистых источников энергии в целом, также, по-видимому, расширяются возможности и методики в части более эффективного энергонакопления с целью постепенного устранения потребности в природном газе.

Среди новых областей применения подобных методик (например, аккумуляторов) — электромобили, которые в последнее время приобрели популярность. Тесла объявила о выпуске роскошного электрического спортивного автомобиля в 2006 году, опередив на годы вперед отраслевых игроков, которые все еще работали с идеей гибридных моделей, частично используя возобновляемую энергию, но все еще сохраняя необходимость в традиционных источниках энергии. Но по мере изменения энергетического рынка могут меняться и ожидания потребителей, и, следовательно, приоритеты этих компаний.

По данным Международного энергетического агентства, «мировой парк электромобилей превысил 5,1 миллиона» в 2018 году. И это все еще очень малая часть из более чем 1 миллиарда автомобилей, которые, согласно аналитикам, должны будут появится на дорогах по прогнозам 2015 года. Более того, по оценкам BloombergNEF, к концу 2040 году 57% проданных легковых автомобилей будут электрическими.

Аккумуляторы нового поколения используются не только в электромобилях. Я считаю, что эти технологии находятся на пути к тому, чтобы стать передовым новшеством в области энергонакопления и возможно полностью устранить потребность в природных органических видах топлива в ближайшем будущем. Tesla одной из первых компаний стала работать с солнечной энергией и аккумуляторами, известными как Powerwall, которые могут преобразить рынок персональных электростанций и позволить клиентам запасать энергию под собственной крышей.

Перспектива и аргументы про возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии имеют неисчерпаемый запас, поскольку они получены из природных процессов, которые не будут исчерпаны в обозримом будущем. Таким образом, перспективы возобновляемых источников энергии в рассмотрении их для замены ископаемого топлива.

Однако при 7% мирового производства энергии использование возобновляемых источников очень мало по сравнению с ископаемым топливом и ядерной энергией, на долю которых приходится 93% мировой энергии.  Только ядерная энергия составляет около 6%, оставляя основную часть мировой энергии ископаемому топливу.

Возобновляемые источники энергии включают в себя: ветер, солнце, геотермальную энергию, гидроэнергию, биоэнергию и энергию океана.перспективы возобновляемых источников энергии

Из-за ограничений поставок возобновляемых источников энергии решение энергетических проблем 21-го века стало актуальной проблемой, поскольку для решения этих проблем идеальный ресурс должен обладать такими свойствами как:

Рентабельность

Экономическая эффективность подразумевает, что источник энергии экономичен как по отношению к чистым затратам на производство, так и по отношению к поставкам. Возобновляемые источники соответствуют этому критерию, хотя объекты требуют предварительных инвестиций с очень низкими затратами. Это, в отличие от ископаемого топлива, обеспечивает стабильные цены на энергоносители с течением времени. Фактически, в последние годы наблюдается продолжающееся снижение стоимости единицы возобновляемой энергии.

Например, согласно данным стоимость электроэнергии от ветра в размере $0,03 – $0,04 кВт/ч теперь возможна в местах с адекватными природными источниками и хорошей институциональной и нормативной базой.

В таких «солнечных» странах, как Чили, Мексика, Перу, Саудовская Аравия, ОАЭ, Казахстан новые солнечные фотоэлектрические проекты имеют среднюю стоимость в размере $0,03 кВт/ч.

Для сравнения, новые электростанции, производящие электроэнергию на основе ископаемого топлива, обычно колеблются в цене от $0,05кВт/ч до более чем $0,15кВт/ч, что выше чем средняя  стоимость электроэнергии в мире.

На самом деле концентрированная солнечная энергия, которая на сегодняшний день является самой дорогой технологией возобновляемой энергетики при средней стоимости $0,18кВт/ч, все еще может конкурировать с установками на ископаемом топливе.

Последовательное снижение стоимости новых возобновляемых источников энергии является ключевой причиной того, что они способны эффективно конкурировать со старыми технологиями использования ископаемого топлива. Эта тенденция, вероятно, сохранится в течение следующего десятилетия, особенно для береговых ветров и солнечных фотоэлектрических установок.

Экологическая устойчивость

В свете антропогенного экологического кризиса, такого как глобальное потепление, вызванное чрезмерной закачкой CO2 и других парниковых газов в атмосферу из-за увеличения потребления энергии, которое продолжается со времен промышленной революции, акцент делается на экологически чистые альтернативные источники.

Доказано, что ископаемая энергия вредна для долгосрочного выживания нашей планеты как в смысле неблагоприятных климатических условий, которые разрушают нашу окружающую среду, так и в смысле воздействия на здоровье  побочного продукта. Перспективы возобновляемых источников энергии являются лучшими для обеспечения экологической устойчивости. Это связано с тем, что эти ресурсы практически не производят выбросов глобального потепления. Хотя, в зависимости от ресурсов и от того, является ли они устойчиво добываемые и собираемые, биомасса, например, может выделять широкий спектр согревающих газов. Однако это количество бесконечно мало по сравнению с ископаемым топливом, даже если учитывать выбросы жизненного цикла. Выбросы от каждой стадии жизненного цикла технологии – производство, установка, эксплуатация и вывод из эксплуатации.

Замена самой дорогой угольной мощности (около 500 гигаватт) на перспективные возобновляемые источники энергии позволит сократить глобальные ежегодные выбросы углекислого газа на 1,8 гигатонны. Например, 1,8 гигатонны – это около 5% от годового мирового объема.

Поэтому возобновляемые источники энергии, бесспорно, являются идеальным решением для глобальной декарбонизации (снижения выбросов углекислого газа).

Эффективность энергоснабжения

Возобновляемые источники энергии, составляющие всего 7% от общемирового объема производства энергии, крайне недостаточны для удовлетворения глобальных энергетических потребностей. Это тем более важно, что рост населения в будущем подразумевает увеличение потребления и, следовательно, спроса.

Помимо экономической эффективности и устойчивости, альтернативные источники энергии также должны удовлетворять энергетические потребности 21-го века по мере роста населения, а также эффективно способствовать замене производства энергии на ископаемом топливе для удовлетворения будущих глобальных энергетических потребностей.

В свете этой неадекватности правительство, директивные органы, а также бизнес нефтегазовой промышленности утверждают, что до тех пор, пока перспективы возобновляемых источников энергии не станут достаточно жизнеспособными в качестве ключевых поставщиков, единственной разумной альтернативой для удовлетворения глобальных энергетических потребностей является продолжение добычи глобальных запасов ископаемого топлива.

Переход на возобновляемые источники

Хотя перспективы возобновляемых источников энергии для замены ископаемого топлива имеет такую мощную привлекательность, полный глобальный переход потребует ряда сложных и длительных процессов, которые будут стоить больших денег.

В ближайшее время наше потребительско-капиталистическое общество делает такой переход совершенно нереализуемым.

  • Перспективы возобновляемых источников энергии не могут обеспечить основную часть мирового спроса на энергию.

По крайней мере, не в настоящее время, учитывая тот факт, что после 50 лет субсидий, солнечная и ветровая технология, которая на сегодняшний день является самым популярным, все еще производит только около 1% мировой энергии. Если мы учитываем периодическое снабжение, которое ограничивает крупномасштабное использование, будучи также зависимым от погоды, технология еще больше теряет свою привлекательность.

  • Хотя коалиция глобального лидерства может с помощью правильных политических решений увеличить мировое производство возобновляемых источников энергии, все еще слишком оптимистично полагать, что они будут поставлять основную часть мировой энергии к 2050 году. Реализация таких целей потребует радикальных социальных, экономических, политических и культурных изменений. Однако некоторые страны могут фактически реализовать общенациональный переход на возобновляемые источники в кратчайшие сроки, например, Дания, Испания, Германия, даже развивающиеся экономики, такие как Южная Африка и Бразилия. Кроме того, трудно рассчитать со 100% точностью стоимость этого перехода.
  • Возобновляемые источники энергии имеют серьезные проблемы с масштабируемостью и хранением, особенно солнечные и ветровые источники. Например, для строительства функциональной ветроэлектростанции среднестатистически потребуется 10 гектаров продуктивной земли, когда продуктивная земля на человека составляет 1,3 гектара на планете.
  • Опять же, крупномасштабное производство, особенно через солнечные тепловые станции и фотоэлектрические фермы в наиболее благоприятных местах, будет включать в себя передачу на большие расстояния. Потери электроэнергии из-за передачи на большие расстояния неизбежно велики.
  • Возобновляемые источники энергии, наконец, будут доминировать, но это займет столетия за столетиями. Спрос уже растет, однако ископаемое топливо будет жить достаточно долго.
  • Наконец, хорошо знать, что прогресс есть прогресс. Если мы можем довести мировое производство возобновляемых источников энергии до 7%, мы также можем довести его до 10%, а затем до 15%, 20%…Гринпис предполагает, что ключ лежит в том, чтобы иметь сочетание источников, разбросанных по широкой территории: солнечная и ветровая энергия, биогаз, биомасса и геотермальная, даже океанская энергия могут внести свой вклад.

Выводы по перспективам

Глобальная и чрезмерная зависимость от ископаемых видов топлива должна уменьшиться.

Запасы сырья не бесконечны, и по мере того, как они уменьшаются в будущем, стоимость добычи будет становиться нерентабельной, что в сочетании с глобальным потеплением сделает ископаемое топливо менее привлекательным в отдаленном будущем. Хотя был достигнут значительный прогресс в деле уменьшения этой зависимости и поиска альтернативных средств, для предотвращения потенциального кризиса необходимо добиться большего прогресса.

50% – ный вклад возобновляемых источников энергии в мировое производство энергии звучит фальшиво и выполнимо только в том случае, если мировые руководящие органы смогут собраться вместе и провести масштабные энергетические реформы. Однако, это не реально в ближайшей перспективе.

Портфель будущего: альтернативная энергетика

Сегодня продолжаю рассказывать по сектора, которые бы выбрал для долгосрочного инвестирования на 10-20 лет +

Первая часть: сектор биотехнологий

Второй сектор — это альтернативная энергетика. Будущее трудно отрицать: разведанных запасов углеводородов хватит на 30 лет + (не учитывая новые разработки), экологический тренд уже приобрел широкую популярность в западных странах, у многих есть свои государственные программы по отказу или сокращению использования невозобновляемых источников энергии. Те же автоконцерны переходят на создания электрокаров и гибридов, не только потому, что видят за ними будущее, но и из-за ужесточения государственного регулирования и норм к двигателям внутреннего сгорания.

Примечательно, что инвестиции в возобновляемую энергетику со стороны крупнейших мировых нефтегазовых компаний в 2019 году установили рекорд. И Royal Dutch Shell лидер среди инвесторов.


Уже по состоянию на август объем инвестиций в сферу ВИЭ со стороны нефтегигантов превысил вложения за весь 2018 год. При этом, 75% всех инвестиций (начиная с 2010 года) приходятся лишь на 7 компаний. Среди них 5 европейских (Shell, Total, BP, Equinor и Repsol), американская Chevron и Saudi Arabian Oil Co из Саудовской Аравии.

  

Shell заняла второе место по количеству сделок в секторе ВИЭ – если учитывать весь объем с 2010 года – но в этом году она обогнала Total SA в звании наиболее активного инвестора.

В портфеле Total доминируют солнечные технологии – в этот сектор ВИЭ вложено больше инвестиций, чем во все остальные вместе взятые. Компания установила солнечные электростанции общей установленной мощностью 1,7 ГВт. Total планирует наращивать объемы инвестиций в электроэнергию – для этого в компании создают отдельное структурное подразделение. При этом французский нефтегигант убежден, что доступ к «надежным источникам энергии является фундаментальным», поэтому они продолжат инвестировать в ископаемое топливо.

Американская Chevron стала самым активным инвестором в технологии улавливания углерода, хотя в последние годы развитие технологии замедлилось по сравнению с развитием сектора ВИЭ. Саудовская Aramco также как BP и Chevron, практикует приобретение доли в отдельных компаниях.


Так если и нефтяные гиганты уже давно инвестируют в сектор альтернативной энергетики, может пора и нам?

  

 

NextEra Energy, Inc. через свои дочерние компании занимается производством, передачей, распространением и продажей электроэнергии. Компания производит электричество из природного газа, ветра, ядерного топлива, нефти, воды и других ресурсов.

First Solar является глобальным провайдером решений в области солнечной энергетики, специализирующимся на предоставлении энергетических решений в ключевых сегментах рынка.

SolarEdge Technologies Inc предлагает решения по оптимизации солнечной энергии и фотоэлектрическому мониторингу. Компания производит инвертеры (преобразователи) солнечной энергии в обычный ток для солнечных панелей. 

General Electic — GE Renewable Energy – подразделение GE, специализирующееся на решениях в области создания экологически чистой электроэнергии на основе возобновляемых источников.

Подробнее о компании писал тут

Tesla Motors — через свой филиал SolarCity разрабатывает решений для хранения электрической энергии.

В рамках Dominion Energy существует три операционных подразделения: 
1. Dominion Generation 

Производство электричества как для розничной торговли в Вирджинии и Северной Каролине, так и для оптовой – в северо-восточных штатах и штатах Среднего Запада. 
2. Dominion Virginia and North Carolina Power 

Производство и передача электроэнергии потребителям от электростанций в Виргинии, Северной Каролине, Коннектикуте и Западной Виргинии. 
3. Dominion Energy

Хранение и распространение натурального газа, услуги производственного назначения, субсидирование проектов солнечной энергии. 

Группа РусГидро — один из крупнейших российских энергетических холдингов. РусГидро является лидером в производстве энергии на базе возобновляемых источников, развивающим генерацию на основе энергии водных потоков, солнца, ветра и геотермальной энергии.

REX American Resources Corp. является американским производителем и розничным продавцом этанола, дистилляторов зерна и природного газа, а также холдинговой компанией в энергетических компаниях

Компания TPI Composites является разработчиком и производителем композитных лопастей для ветроэлектростанций. Такие лопасти востребованы, особенно для крупных сверхмощных ветряков. Лопасти из композитных материалов стали стандартом отрасли передовой ветроэнергетики.

Renewable Energy Group Inc. предоставляет решения альтернативной энергетики. Компания оказывает инженерно-консультационные услуги по внедрению, строительству и контролю за производством биодизеля и распространению очищенных биодизельных продуктов

Enel – международная энергетическая Группа, один из крупнейших мировых операторов на электроэнергетическом и газовом рынках, представленный в 32 странах, на 5 континентах, с установленной электрической мощностью порядка 88 ГВт. Компания владеет и управляет активами в области традиционной и возобновляемой энергетики.

CSIQ Canadian solar  — на данный момент является одним из крупнейших игроков на рынке солнечной энергетики. Компания занимает место ведущего производителя фотоэлектрических (PV) модулей, а также владельца и оператора широкого ряда энергетических проектов по всему миру.

JKS Jinko solar holding — занимает лидирующие позиции среди мировых производителей солнечных батарей входя в топ 5 компаний по всему миру.

VWDRY Vestas wind systems это датская компания — один из старейших и крупнейших производителей ветряных турбин в мире.

ENPH Enphase Energy — производитель инверторов для зеленой энергии. Enphase разрабатывает и производит программное обеспечение и энергетические решения , которые охватывают солнечную генерацию, хранение энергии дома и веб-мониторинг и контроль.

ICLN ETF — ну а если вам сложно и нудно разбираться во всем этом и вы хотите диверсифицировать свои риски, возьмите данный ETF на компании в секторе альтернативная энергетика

  Сравнение компаний с помощью финансовых показателей

Больше интересной информации про инвестиции на моем телеграм-канале

Альтернативная энергетика: перспективные направления

Сегодня весь мир обеспечен электроэнергией благодаря сжиганию угля и газа (ископаемое топливо), эксплуатации водного потока и управлению ядерной реакцией. Эти подходы достаточно эффективны, но в будущем нам придётся от них отказаться, обратившись к такому направлению, как альтернативная энергетика.

Во многом эта необходимость обусловлена тем, что ископаемое топливо ограничено. Кроме того традиционные способы добычи электроэнергии являются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Поэтому мир нуждается в «здоровой» альтернативе.

Предлагаем свою версию ТОПа нетрадиционных способов получения энергии, которые в будущем могут стать заменой привычным электростанциям.

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

  • микротурбинные электростанции;
  • газотурбинные электростанции;
  • паровые котлы;
  • солнечные батареи;
  • ветряки;
  • тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Концепт громовой электростанции

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

Ещё много интересного в наших соцсетях