Возобновляемая энергия.Какие они, глобальный потенциал, лучшие заводы

Огромные запасы природного топлива, образовавшиеся в ходе эволюции нашей планеты, отложившиеся в недрах земной коры и сохранившиеся там миллионы лет, мы сжигаем их все за столетие.Нефть, уголь и метан сегодня покрывают 80% мировых энергетических потребностей;еще примерно 6% покрыто делящимся материалом (по существу

Огромные запасы природного топлива, образовавшиеся в ходе эволюции нашей планеты, отложившиеся в недрах земной коры и сохранившиеся там на протяжении миллионов лет, мы сожжем их всех за столетие.

Нефть, уголь и метан сегодня покрывают 80% мировых энергетических потребностей.;еще примерно 6% приходится на делящийся материал (в основном уран-235, полученный из природного урана) на атомных электростанциях.Это означает, что девять десятых мировых потребностей в энергии все еще покрываются за счет грязных, старых, неисчерпаемых источников и что только оставшаяся часть уже поступает из возобновляемых источников энергии (гидроэлектроэнергия около 6%, биомасса, геотермальная энергия и энергия ветра вместе покрывают около 5%).Ключевая мировая энергетическая статистика, ежегодно публикуемая МЭА – Международная энергетическая ассоциация – возвращает условия вопроса, который необходимо рассмотреть с определенной срочностью.А ископаемые источники им суждено иссякнуть.Это произойдет в относительно короткие сроки, в исторических масштабах, чтобы освободить место для возобновляемых источников энергии.

Как долго прослужит ископаемое топливо, прежде чем уступит место возобновляемым источникам энергии

Например, при нынешних курсах уголь это может продлиться еще столетие.Может быть, метан на двоих.В настоящее время ожидается, что пик добычи петролиум он наступит через период от 5 до 30 лет, если он еще не превзойден, после чего его цена начнет расти до тех пор, пока он не станет экономически неустойчивым.Для угля более низкого качества и остатков битуминозный Есть сроки поставки порядка одного или двух столетий, но с более серьезными проблемами энергоэффективности и загрязняющими выбросами в атмосферу, которые уже сегодня являются скандально проблематичными.

В мире, спрос на энергию растет непрерывно.В то же время растет потребность в сокращении выбросов CO2, борьбе с парниковым эффектом и сокращении выбросов в атмосферу веществ, вредных для здоровья и окружающей среды и изменяющих климат.Две потребности, которые, кажется, трудно примирить.

Возможным решением является производство электроэнергии из возобновляемых источников.

Ископаемые источники энергии против. Возобновляемые источники энергии

Ископаемые источники энергии (нефть, уголь, деготь, газ)	Источники энергии возобновляемый
• Ограниченные (ресурсы, присутствующие в мире заканчиваются)	• Без ограничений (солнце, вода, ветер, геотермальные источники возобновляемы и неограниченны)
• Они вызывают загрязнение воздуха и Выбросы CO2 и парниковых газов	• Они не загрязняют окружающую среду, не выделяют углекислый газ. углерод/парниковый газ
• Расположен лишь в нескольких странах. (геополитическая напряженность и конфликты)	• Они повсюду:солнце светит повсюду мир
• Риски во время транспортировки (нефтяные танкеры, трубопроводы…)	• Отсутствие транспортного риска
• Я прошлое	• За ними будущее

Что такое возобновляемые источники энергии и почему они важны?

«Эра ископаемого топлива закончилась.Рождается энергетический режим, способный направить цивилизацию по радикально новому пути», — говорит Джереми Рифкин, президент Фонда экономических тенденций в Вашингтоне и профессор Уортонской школы.

Называется возобновляемая энергия электроэнергия, производимая всеми источниками альтернативы традиционному ископаемому топливу (нефть, мазут, уголь).

Значение возобновляемых источников

Источники называются возобновляемыми, потому что они возобновляются, им присуще свойство самообновляться, то есть не исчерпываться из-за их преобразование с нашей стороны в полезную энергию.При ближайшем рассмотрении термин «альтернативные энергии» несправедлив, учитывая, что на протяжении всей истории это всегда была энергия ветра, толкающего корабли, энергия воды, вращающая мельницы, энергия солнца, приводящая в движение облака, дожди. и ветры, и Земля, чтобы выращивать растения и деревья для нашего питания, строить дома и убежища, чтобы давать нам пищу и дрова.

Возобновляемые источники энергии — это широко распространенные, рассеянные источники энергии, присущие силе стихий, воде рек и океанов, ветру и солнцу.Источниками энергии также являются подпочвенное тепло, сельскохозяйственные культуры, подводные течения и высотные ветры, морские волны.Они неисчерпаемы, а также требуют процессов производства электроэнергии с низким воздействием на окружающую среду и с минимальными выбросами CO2 или вообще без них.

А развитие растений из возобновляемых источников это позволило бы снизить зависимость от нефтедобывающих стран, прекратить образование отходов, опасных или трудно утилизируемых, забыть о нефтяных авариях, катастрофах на море, поломках платформ, трубопроводов и трубопроводов.Широкое присутствие возобновляемых источников позволяет нам думать о сети распределенной генерации, что, в свою очередь, позволяет нам снизить затраты на транспортировку энергии, сохранить богатство местного производства и избежать экспорта капитала в отдаленные страны, на Ближнем Востоке или в других странах. Хуже того, в странах, принимающих международные террористические движения.

По прогнозам МЭА, к 2030 году возобновляемые источники энергии будут обеспечивать 13,7% первичной энергии в мире.Если правительства внедрят формы стимулирования, они достигнут 16%.

Возобновляемые источники энергии в глобальной перспективе

По мере того, как мы исследуем потенциал и инновации отдельных возобновляемых источников энергии, крайне важно также взглянуть на более широкую картину.Во всем мире мы наблюдаем беспрецедентный рост использования возобновляемых источников энергии.Одним из фактов, который бросается в глаза, является существенный рост электрической мощности, генерируемой этими источниками.

Ожидается, что к концу 2023 года ежегодные приросты мощностей возобновляемой электроэнергии превысят 440 гигаватт (ГВт), в результате чего совокупный общемировой объем составит примерно 4500 ГВт.Этот замечательный прогресс подчеркивает растущее глобальное признание важности возобновляемых источников энергии и ее решающей роли в формировании устойчивого энергетического будущего.

Солнце:фотоэлектрические, концентрированные солнечные, тепловые солнечные

Солнце — звезда G2, немного крупнее средней звезды.В его ядре каждую секунду 700 миллионов тонн водорода превращаются в гелий в результате реакций ядерного синтеза, выделяя энергию, равную 386 миллиардам миллиардов мегаватт.

В 2023 году фотоэлектрическая энергетика станет играть еще более важную роль в сфере возобновляемых источников энергии.Две трети общего роста возобновляемой энергетики в этом году приходится на фотоэлектрическую энергетику.Столь впечатляющее развитие является результатом сочетания нескольких факторов:снижение стоимости фотоэлектрических модулей, что сделало эту технологию более доступной, и увеличение распространения распределенных систем, которые расширили использование фотоэлектрических модулей в различных географических контекстах.Эти разработки были поддержаны политикой и стимулами на основных рынках, которые повысили привлекательность и осуществимость фотоэлектрической энергии как ключевого энергетического решения.СогласноМеждународное энергетическое агентство, Эта тенденция проявляется в значительном увеличении количества фотоэлектрических установок во всем мире.

Может ли солнце полностью удовлетворить энергетические потребности человечества?«Конечно, — ответил Герман Шеер, архитектор немецкой энергетической политики на радио LifeGate, — Солнце излучает на Землю каждый день в 15 тысяч раз больше энергии, чем мы производим с помощью ядерной энергии и других невозобновляемых источников».

До поверхности Земли доходит мощность 170 000 ТВт (1 ТераВатт = 1 миллион миллионов Ватт). солнечная энергия.

Из этих 170 000 ТВт:

– 50 000 ТВт отражаются от верхних слоев атмосферы;

– 30 000 ТВт поглощается атмосферой;

– 90 000 ТВт достигают поверхности Земли.Из этих 90 000 ТВт большая часть отражается от поверхности или поглощается и переизлучается.Вместо этого часть преобразуется:

— 400 ТВт поднимут морскую воду до облаков,

— 370 ТВт приводит в движение ветер,

– 80 ТВт преобразуются в результате фотосинтеза растений.

Короче говоря, огромный поток энергии окутывает Землю, видоизменяется и трансформируется.Собрать этот источник возобновляемой энергии – задача, научиться перехватывать хотя бы часть этого золотого каскада.

От солнечной радиации к электричеству

Сегодня существует как минимум четыре системы для этого.

• фотоэлектрический, в котором солнечное излучение преобразуется непосредственно в электрическую энергию с помощью «кремниевых солнечных элементов».
• солнечный тепловой, нагревать жидкость либо напрямую (водяные нагревательные панели, распространенные в странах Средиземноморья), либо с помощью теплового насоса;
• концентрированная солнечная энергия, термоэлектродинамические, с зеркалами, концентрирующими тепло на котлах, испаряющих воду, направляя ее в турбогенератор;
• пассивный солнечный, в архитектуре, с рационализацией форм, структуры, материалов и ориентации зданий для улавливания и сохранения наибольшего количества солнечного света и тепла или регулирования тепла и холода.

На подходе новые концентрированные солнечные электростанции, более эффективные, универсальные и красочные фотоэлектрические элементы, прозрачные фотоэлектрические солнечные модули, которые будут встроены в окна и стекла зданий.

 

Потенциал фотоэлектрической энергии для глобального производства энергии

По данным Транссредиземноморского сотрудничества в области возобновляемых источников энергии, 4% поверхности Сахары, покрытой фотоэлектрическими панелями, удовлетворят энергопотребление всего земного шара.

 

Ветер:энергия ветра и прибрежный ветер

Над нами и вокруг каждого из нас имеется 5,2 миллиона миллиардов тонн этого вещества.Это воздух.Невообразимое количество воздуха, которое постоянно движется, циркулирует, нагревается и остывает в постоянном динамическом обмене с океанами и возникшими землями.

Ветер именно такой.Это движение атмосферных масс, которые непрерывно кружатся на планетарном уровне между перепадами уровней («градиент»), от полей высокого давления к полям низкого давления.

Инструментом преобразования «силы ветра» в электрическую энергию (факторами которой являются плотность воздуха, площадь, перехватываемая ветром, мгновенная скорость ветра) является ветряная турбина:ветряная турбина.Есть маленькие, от полуметра в диаметре (которые могут генерировать 20Вт, как Marlec 500) и большие, вплоть до гигантских (модель Vestas, выделяющая 1650 кВт, имеет ротор диаметром 120 метров, а также модель от немецкого Repower).

 

ТО прогресс в проектировании ветряных турбин последних двадцати лет позволяют им работать даже при более низких скоростях ветра, используя большее количество энергии и собирая ее на большей высоте, увеличивая количество полезной энергии ветра и уменьшая скорость вращения, шум и воздействие на ландшафт.Многие территории могут быть использованы для производства энергии ветра в малонаселенных районах, ветреных регионах, таких как великие равнины Северной Америки, северо-запад Китая, Восточная Сибирь и аргентинские регионы Патагонии, в дополнение к огромному потенциалу морских электростанций.Один из ведущих мировых ученых-экологов Лестер Браун убежден, что следующее энергетическое будущее принадлежит ему:«Ветер обильный, дешевый, неисчерпаемый, широко распространенный, не вредит климату и чист».

 

Ветер: от возобновляемых источников к электричеству

Очень разные типы ветряных электростанций соответствуют потребностям адаптации к территории:

• Береговые ветряные электростанции с рядами турбин на суше и слегка приподнятыми гребнями.
• морские ветряные электростанции, на которые переключилось внимание, поскольку ветер на море более сильный и менее турбулентный, чем на суше, что оказывает благоприятное влияние как на производимую энергию, что является наиболее важным аспектом, так и на срок службы турбин. ..А будущие перспективы предсказывают в ближайшие годы установки, покоящиеся на морском дне глубиной до нескольких сотен метров (сегодня она достигает нескольких десятков метров), а затем и ветряные электростанции на платформах, закрепленных на морском дне.
• мини-турбины, архитектурно интегрированные в здания или портовые сооружения (над которыми работали великие архитекторы от Дубая до Лондона, от Филиппа Старка до Ренцо Пиано).

 

Потенциал ветроэнергетики для мирового производства энергии

По мнению экспертов Института World Watch, систематическое и стратегическое использование только береговых ветров уже может обеспечить энергию, в четыре раза превышающую мировые энергетические потребности.

То есть ветер сам по себе может дать миру всю энергию, которую мы потребляем сегодня, а лишней останется в три раза больше.Не говоря уже о морских ветрах, которые еще сильнее, стабильнее и перспективнее.

В исследовании по количественной оценке мировых ресурсов ветровой энергии под названием Wind Force 12 Европейская ассоциация ветроэнергетики приходит к выводу, что глобальный потенциал энергии, которая может быть получена с помощью ветра, будет вдвое превышать прогноз глобального спроса на электроэнергию на 2020 год.

 

 

Вода:гидроэлектростанции и мини-ГЭС

Вода покрывает 71% поверхности Земли и занимает огромный объем, который невозможно даже представить.Полтора миллиарда кубических километров.

Все воды планеты, океанов, рек, недр и атмосферы связаны друг с другом.Повсюду воды циркулируют и со временем обновляются.Среднее время этого потока действительно различно.Одна-единственная молекула воды остается в самых глубоких подземных водоносных горизонтах в среднем на протяжении тысячелетий;в океанах оно длится сотни лет;в атмосфере не превышает 4 суток.

Сложная динамика, связывающая все 1400 миллиардов кубических километров воды на планете, называется гидрогеологический цикл.

Вместо этого он называется гидрологический цикл динамика только вод, циркулирующих в атмосфере, — примерно 577 000 км3, не более 0,000041% всей гидросферы, но достаточная для покрытия всего земного шара, для определения метеорологических условий, климата и жизни на Земле.

Атмосферные воды полностью обновляются каждый год 40 раз.

С макроскопической точки зрения именно этот обволакивающий, беспокойный, мощный толчок, вызванный солнечной радиацией, которая предотвращает застой воды, которая направляется в реки, ручьи, дожди, испарения, должен быть использован для ее преобразования в энергию.Это вечное движение воды, которая преобразует.

Краткое представление о его потенциале в мире можно увидеть по карте поверхностных вод, то есть по массам воды, находящимся в циркуляции и движении из-за годовых осадков.

- Северная Америка:18 300 км3

- Южная Америка:28 400 км3

– Европа:8 290 км3

– Африка:22 300 км3

– Азия:32 200 км3

– Австралия:7080 км3

На каждом континенте имеются тысячи кубических километров движущейся воды, только в виде осадков.Из них сток (т. е. оставшаяся вода, не возвращающаяся в обращение за счет испарения) колеблется от 45% в Северной Америке и Азии до 20% в Африке (где скорость испарения самая высокая).

 

Вода: от возобновляемых источников до гидроэлектроэнергии

Гидроэлектростанция определяется как инженерно-строительная система, состоящая из комплекса гидросооружений, машин и оборудования, с помощью которых потенциальная энергия воды преобразуется в электрическую энергию.

Гидроэлектростанции могут быть двух типов:проточная вода, когда непосредственно эксплуатируют сток водотока;или накопление, когда они используют водосборный бассейн выше электростанции, который позволяет направлять желаемый поток воды.

Из досье, представленного Istituto Ambiente Italia, следует, что в мире насчитывается 50 000 крупных плотин (высотой более 15 метров), 67% из которых сосредоточены в Китае, Турции, Иране и Японии.Из-за этих плотин от 40 до 80 миллионов человек были вынуждены покинуть страну, из них более 35 миллионов только в Индии.Фактически страна, превышающая Италию, была эвакуирована и уничтожена;действительно, погружен.Решением для получения гидроэлектроэнергии является не строительство больших плотин, а строительство «мини-ГЭС», небольших турбин, размещенных на берегах рек, которые остаются свободными.

 

Потенциал воды для глобального производства энергии

Плотины и водозаборы рек сегодня являются весьма проблематичными, а иногда и неприемлемыми операциями с социальной и экологической точки зрения.Но вода также может означать энергию волн, приливов, подводных течений.Изучаются различные системы - мосты, подвешенные на берегу и раскачивающиеся, металлические колонны, вставленные в море, как гигантские барометры, насосы, буи, бассейны, параболические горки для усиления струй воды - для использования волнового движения, которое, будучи непрерывным и беспокойным, Считается, что движение генерирует полезную энергию.Кроме того, под водой с постоянной скоростью движутся огромные массы воды:Мессинский пролив, пролив Бонифачо, Гибралтарский пролив... Норвежцы и англичане провели несколько экспериментов, просто погружая в воду ветряные турбины, модифицированные для защиты от коррозии, но лопасти авиационного происхождения, конечно, не подходят для цель:Морские гребные винты существенно отличаются от воздушных.Здесь мы имеем дело с огромными потоками воды, текущими с малой скоростью;полная противоположность энергии ветра, где жидкость (воздух) имеет низкую плотность и высокую скорость.А для приливов на севере Франции, в Бретани, в устье реки Ранс недалеко от Сен-Мало, была построена крупная приливная электростанция, открытая в 1966 году.Первый в мире.В этом месте большая разница высот, достигаемая приливами, позволяет падать на несколько метров большими массами воды, что позволяет преобразовать кинетическую энергию приливов в электрическую энергию.

 

Земля:геотермальный

Если бы мы могли пробурить скважину глубиной 6400 км по направлению к центру Земли, мы бы нашли ядро ​​из железа и никеля с температурой около 6000°C.Вот оно, тепло термальных вод и гейзеров.Термин «геотермальная энергия» происходит от греческих слов «gê» и «thermòs»:поэтому буквальное значение — тепло Земли.Геотермальная энергия означает энергию, содержащуюся в форме «тепла» внутри Земли.

Происхождение этого тепла связано с интимной и скрытой природой нашей планеты и физическими процессами, происходящими там.Тепло, присутствующее в огромных, неисчислимых, неисчерпаемых количествах.

Внутреннее тепло регулярно распространяется к поверхности земли, излучая тепло в пространство, которое можно количественно выразить средним тепловым током 0,065 Вт на квадратный метр.Термический градиент, то есть прогрессивный скаляр температуры, составляет в среднем 3°C на каждые 100 м глубины, т.е. 30°C на каждый километр.Если пробурить километр, там будет на 30°C теплее.

Из самых глубоких слоев медленно и непрерывно тепло поднимается на поверхность.Его плодородный поверхностный слой питает сельскохозяйственные культуры, использование которых в энергетических целях сегодня стало проблемой, а иногда и проблематичной.

Земля покрыта лесами, на ней рождаются растения, которые нас кормят и дают материалы для строительства.Оно дарит нам тепло.Жизненно важная среда, которая на протяжении миллионов лет производила и воспроизводила растения, деревья и жизнь.Но только гораздо более осторожное, рациональное, разумное и «дистиллированное» использование этих ресурсов может обеспечить устойчивое будущее.

Геотермальные электростанции преобразуют это тепло в электричество различными способами, которые можно суммировать в процессе подачи пара к генерирующим турбинам.

 

Тепло Земли:от возобновляемых источников к бытовому отоплению

Сегодня в 22 странах мира имеется множество геотермальных электростанций значительных размеров – общей мощностью почти 10 000 МВт с выработкой электроэнергии более 50 ТВтч.На лидирующих позициях находятся США, Новая Зеландия, Италия, Исландия, Мексика, Филиппины, Индонезия и Япония.

Для использования с целью производства электроэнергии потенциал оценивается в 10 раз выше нынешнего.

Однако геотермальная энергия влечет за собой необходимость в инженерно сложных и высокоэффективных системах.И здесь решение, похоже, кроется в слове «мини».Технологии тепловых насосов и централизованного теплоснабжения могут обеспечить горячую воду и бытовое тепло в домах во многих странах мира, избегая необходимости в котлах, системах отопления и кондиционирования воздуха.Энергетический потенциал горячей воды для термического использования очень велик и широко распространен в Европе, Азии, Центральной и Южной Америке.То есть, помимо производства электроэнергии, в зависимости от температуры геотермальной жидкости возможны различные варианты использования: теплицы в сельском хозяйстве (38–80 °C), централизованное теплоснабжение (80–100 °C), промышленное использование (по крайней мере 150 °С), термический.

Геотермальная энергия есть только там, где дуют гейзеры или боровые поля?Нет.Температура Земли увеличивается с глубиной независимо от ее местоположения.Речь идет о системе, которая будет доставлять это тепло на поверхность.Накопленное в земле тепло можно «вынести» с помощью теплового насоса внутрь домов в качестве отопления.

К тепловому насосу можно подключить несколько жилых домов.Чем больше зданий подключено к одной и той же системе, тем больше делятся затраты на насос (размер которого необходимо выбирать исходя из количества людей, которые им пользуются) и тем больше вы экономите в системе «земля-вода». В данном случае речь идет о затратах на бурение зонда, который отправляется под землю на глубину 30/50 метров, где постоянная температура.

Взгляд в будущее:возобновляемые источники энергии в Европе и Италии

В европейском контексте мы видим значительный рост зависимости от возобновляемых источников энергии.Европе, посредством таких инициатив, как План REPowerEU, предпринимает решительные шаги по снижению своей зависимости от природного газа и других видов ископаемого топлива.План REPowerEU представляет собой ключевой элемент этой стратегии, направленный на замену значительной части годового потребления газа возобновляемыми источниками энергии.Этот сдвиг парадигмы не только подчеркивает приверженность Европы к устойчивому развитию, но также подчеркивает жизненно важную роль возобновляемых источников энергии в энергетической безопасности континента.

В Италии правительство активно поощряет этот энергетический переход.Были введены различные указы и стимулы для содействия использованию возобновляемых источников энергии, включая конец защищенного рынка и стимулы для самостоятельного производства возобновляемой энергии.Особенно важной инициативой является развитие плавучих ветряных электростанций. правительство, которое определяет морские территории, находящиеся в государственной собственности подходит для морской ветровой инфраструктуры.Однако, несмотря на эти усилия, Италии все еще приходится догонять другие европейские страны, особенно когда речь идет о разрешении проектов в области возобновляемых источников энергии.

Эти события в Европе и Италии представляют собой важный шаг на пути к более устойчивому будущему.Поскольку мы сталкиваемся с проблемами изменения климата и энергетической безопасности, возобновляемые источники энергии становятся ключевым решением, открывающим путь к более экологичному и устойчивому будущему.