Возобновляемые источники энергии

Тенденции

В 2006 году около 18 % мирового потребления энергии было удовлетворено из возобновляемых источников энергии, причём 13 % из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины. В 2010 году 16,7 % мирового потребления энергии поступало из возобновляемых источников. В 2015 году этот показатель составил 19,3 %. Доля традиционной биомассы постепенно сокращается, в то время как доля современной возобновляемой энергии растёт.

С 2004 по 2013 годы доля электроэнергии, производимой в Евросоюзе из возобновляемых источников, выросла с 14 % до 25 %. В 2018 году в Германии из возобновляемых источников было произведено 38 % электроэнергии.

По прогнозу ИЭИ РАН и Центра энергетики Московской школы управления «Сколково», к 2040 г. ВИЭ обеспечат 35-50% мирового производства электроэнергии и 19-25% всего энергопотребления.

Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии в 2010 году. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 318 гигаватт (ГВт) в 2013 году, и широко используется в странах Европы, США и Китае. Производство фотоэлектрических панелей быстро нарастает, в 2008 году было произведено панелей общей мощностью 6,9 ГВт (6900 МВт), что почти в шесть раз больше уровня 2004 года. Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.

Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника. Этиловый спирт в настоящее время покрывает 18 % потребности страны в автомобильном топливе. Топливный этанол также широко распространен в США.

Крупные несырьевые компании поддерживают использование возобновляемой энергии. Так, IKEA собирается к 2020 году полностью обеспечивать себя за счёт возобновляемой энергии. Apple — крупнейший владелец солнечных электростанций, и за счёт возобновляемых источников энергии работают все дата-центры компании. Доля возобновляемых источников в энергии, потребляемой , составляет 35 %. Инвестиции компании в возобновляемую энергетику превысили $2 млрд.

Геотермальная теплота

Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях. Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.

Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании геотермальных источников — это неиссякаемость и независимость от погодных условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими веществами( такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).

Геотермальная энергетика

Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный, решается вопрос в его рентабельности.

Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно ими распоряжаться. Их преимущество над классическими — это экологичность.

Watch this video on YouTube

Перспективные технологии возобновляемой энергии

В России разработана специализированная технологическая платформа, которая поставила перед собой определенные цели до 2030 года. К этим целям необходимо отнести то, что к 2030 году российские технологии и продукты будут соответствовать лучшим показателям в мире по возобновляемым источникам энергии.

Кроме того, необходимо будет обеспечить конкурентоспособность технологий, выпускаемых и производимых в России, на глобальных рынках возобновляемых источников энергии. За счет широкого спектра направлений бизнеса в этой отрасли отрасль энергетики укрепится и не будет колебаться на рынке.

Россия обладает не только колоссальными запасами исчерпаемых источников энергии, но и, просто безграничными возможностями в области восстанавливаемой энергетики. Обусловлено это простым фактором – большой площадью страны, включающей в себя различные климатические пояса и географические условия. Другие страны имеют возможность развивать лишь один вид «зеленой» энергетики.

Ежегодно многие центры возобновляемой энергетики и их представители принимают участие в выставке «Электро», которая проходит в «Экспоцентре».

Гидроэнергетика

Озера и водохранилища нашей страны бесчисленны, а по числу рек Россия занимает 2-е место в мире. Гидроэнергетический потенциал России приблизительно равен 29000 млрд. кВт-ч./ год. Наиболее пригодны для дальнейшего роста гидроэнергетики как возобновляемого источника энергии территории с крупными речными артериями – Восточная, центральная Сибирь, Дальний восток, а также Кавказ.

Ветроэнергетика и центры возобновляемой энергетики

Возможность реализации проектов по строительству ветровых станций на территории РФ неравномерна. Наиболее благоприятна для этого территория вдоль северных морей — Охотского, Баренцева и Карского, где наивысшая скорость ветра.

Энергия ветра эффективно может быть использована на малонаселенных территориях страны, что позволяет разрабатывать ее освоение в качестве источника энергии для крупных предприятий. Экономически наиболее подходящими для данной отрасли является Дальний Восток и Сибирь.

Энергия Солнца

Очевидно, что наиболее пригодными для использования солнечной радиации в экономических целях являются территории, расположенные на экваторе и в ближних к нему широтах. Для России это Сочи, Астрахань, чуть восточнее – Кызыл и Владивосток.

Биомасса как источник энергии – это леса и лесные местности, а так же отходы лесоперерабатывающего производства центров возобновляемой энергетики. В год наша страна производит до 15 млрд. тонн биомассы.

Только северо-западные области нашей страны (Новгородская, Архангельская, Республика Карелия и др.) могли бы производить до 50 ТВТ-ч./г.

Геотермальная энергетика

Популярно использование данного вида энергии для подогрева воды, отопления жилищ и участков, особенно на курортах. Применения этой энергии в промышленных масштабах возможно лишь на той территории, где геотермальные источники подходят наиболее близко к почве.

В настоящее время центром разработки геотермальной энергетики в нашей стране является Камчатка, неосвоенными остаются ресурсы Кавказа, Байкала и Урала.

Таким образом, очевидно, что наша страна обладает несколькими крупными центрами развития возобновляемых энергетических ресурсов, за которыми, по мнению большинства современных ученых и экономистов, стоит будущее развитие бизнеса и экономики мира.

Основы альтернативной энергетики и использования ВИЭ

Возобновляемая энергетика использует для своих нужд энергию:

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

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

1. Ветер.Под ветроэнергетику отводится примерно 26–30% всего электричества, что генерируется на территории России. Хотя страна не входит в число лидеров по производству возобновляемой энергии, показатель уже неплохой.
   • • Большим КПД обладают ветроустановки, расположенные в предгорных и горных районах Кавказа, Алтая, Урала. Развитие ветроэнергетики ведётся на российских побережьях Тихого и Северного Ледовитого океанов. Специалисты рассматривают возможность возведения крупных ветропарков на побережьях Каспийского и Азовского морей, на юге Камчатки и п-ове Кольском. Мощнейшие действующие ветропарки локализуются в Крыму, республике Башкортостан, Калининградской области и на Камчатке.
     • Наряду с большими ветровыми площадками, сооружаются малые, предназначенные для обеспечения энергией близлежащих сёл и деревень.
     • Кроме обычных наземных ветрогенераторов, не так давно стали применять зонды, заполненные гелием. Эти приспособления поднимаются на 1,2–3 км над уровнем земли и генерируют энергию, находясь в воздухе. Преимущество таких зондов состоит в большей производимой мощности (т. к. порывы ветра на высоте значительно сильнее).
2. Горные речки.Малые водные потоки хранят в себе энергию. Во многих частях России (на Кавказе, например) на горных реках были возведены небольшие ГЭС. Такие установки требуют лишь периодического техосмотра. Обслуживать действующее оборудование круглосуточно не требуется. Зато жители поселений, что расположены в таких местностях, имеют сравнительно дешёвую электрическую энергию. Провести в эти деревушки централизованное энергообеспечение было бы в несколько раз дороже!
3. Геотермальные источники.Энергия горячих подземных вод развивается динамично. По общим данным, на территории России имеется 56 месторождений термальных вод, 20 из которых используются в промышленных целях. Все термальные ЭС расположены в зоне Камчатки и Курильских островов. На западе Сибири было открыто подземное море площадью около 3 млн. м². Его энергия пока остаётся недостаточно востребованной.
4. Солнце.Огромные площадки, «усеянные» солнечными батареями, расположены в Крыму, республике Башкортостан, в Алтайском крае. Именно в этих районах гелиоэнергетика даёт самые большие доходы.

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

Меры поддержки возобновляемых источников энергии

На данный момент существует достаточно большое количество мер поддержки ВИЭ. Некоторые из них уже зарекомендовали себя как эффективные и понятные участникам рынка. Среди таких мер стоит более подробно рассмотреть:

• Зелёные сертификаты;
• Возмещение стоимости технологического присоединения;
• Тарифы на подключение;
• Система чистого измерения;

Зелёные сертификаты

Под зелёными сертификатами понимаются сертификаты, подтверждающие генерацию определённого объёма электроэнергии на основе ВИЭ. Данные сертификаты получают только квалифицированные соответствующим органом производители. Как правило, зелёный сертификат подтверждает генерацию 1Мвт•ч, хотя данная величина может быть и другой.
Зелёный сертификат может быть продан либо вместе с произведённой электроэнергией, либо отдельно, обеспечивая дополнительную поддержку производителя электроэнергии.
Для отслеживания выпуска и принадлежности «зелёных сертификатов» используются специальные программно-технические средства (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS). В соответствии с некоторыми программами сертификаты можно накапливать (для последующего использования в будущем), либо занимать (для исполнения обязательств в текущем году). Движущей силой механизма обращения зелёных сертификатов является необходимость выполнения компаниями обязательств, взятых на себя самостоятельно или наложенных правительством.
В зарубежной литературе «зелёные сертификаты» известны также как: Renewable Energy Certificates (RECs), Green tags, Renewable Energy Credits.

Возмещение стоимости технологического присоединения

Для повышения инвестиционной привлекательности проектов на основе ВИЭ государственными органами может предусматриваться механизм частичной или полной компенсации стоимости технологического присоединения генераторов на основе возобновляемых источников к сети. На сегодняшний день только в Китае сетевые организации полностью принимают на себя все затраты на технологическое присоединение.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ

Основная статья: Зелёный тариф

Накопленный в мире опыт позволяет говорить о фиксированных тарифах как о самых успешных мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии. В основе данных мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора:

• гарантия подключения к сети;
• долгосрочный контракт на покупку всей произведённой ВИЭ электроэнергии;
• гарантия покупки произведённой электроэнергии по фиксированной цене.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Одним из вариантов системы поддержки на основе фиксированных тарифов является использование фиксированной надбавки к рыночной цене энергии ВИЭ. Как правило, надбавка к цене произведённой электроэнергии или фиксированный тариф выплачиваются в течение достаточно продолжительного периода (10-20 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.

Система чистого измерения

Дополнительные сведения: Система чистого измерения

Данная мера поддержки предусматривает возможность измерения отданного в сеть электричества и дальнейшее использование этой величины во взаиморасчётах с электроснабжающей организацией. В соответствии с «системой чистого измерения» владелец ВИЭ получает розничный кредит на величину, равную или большую выработанной электроэнергии. В соответствии с законодательством, во многих странах электроснабжающие организации обязаны предоставлять потребителям возможность осуществления чистого измерения.

Солнечный свет

Пожалуй, самый известный, нашумевший в СМИ источник альтернативной энергии. Самое громкое его потребление было в 1958 году, тогда американцы впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках. Сегодня же мы часто видим их, они стали для нас привычным легко узнаваемым явлением.

Энергия солнечного света

Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток накапливают в батареях.

Также существуют термальные электростанции, в которых сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли. Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие чего он не используется.

Самая большая солнечная электростанция в Мохаве

Позитивной цепью является:

• легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
• дешевизна обслуживания
• бесшумность
• простота монтажа
• легкость в использовании

Негативная сторона:

• малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
• высокая стоимость батарей
• большая площадь для установки

Перспективы развития системы ВИЭ

Коснулся глава корпорации и других мер поддержки возобновляемых источников. В частности, речь идет о несовершенстве механизмов интеграции ВИЭ в розничный рынок и отсутствии стимулов к развитию ВЭС и СЭС в изолированных энергорайонах. Особенно актуален последний пункт, ведь сейчас эти территории зависят от «северного завоза» и жгут мазут, что приводит к значительному ухудшению экологической ситуации и удорожанию электроэнергии.

Глава «Роснано» также обозначил перспективы привлечения средств НПФ в развитие проектов ВИЭ. «Сегодня мы подходим к решению фундаментальной проблемы — получения разрешения для НПФ входить в инвестиционные товарищества, в возобновляемую энергетику. При всей деликатности пенсионной системы мы приветствуем тот факт, что движение есть. В мае ЦБ выпустил проект нормативного акта, который предполагает такую возможность», — заявил Чубайс.

Необходимость развития ВИЭ в России подтверждается и высоким потенциалом территории РФ в этой сфере, который остается практически невостребованным. В «Роснано» напоминают о географических показателях: уровень солнечной активности в Бурятии выше, чем в Риме, а в Москве больше, чем в Берлине, который является лидером по использованию СЭС. Кроме того, эксперты корпорации отмечают и потенциал термической переработки ТБО в электроэнергию: в год население производит 60 млн тонн этого ресурса, из которых сжигается только 1,3%.

Ветроэнергетика

Ветер является старым, хорошо испробованным источником возобновляемой энергии. Примеры его применения в ветряных мельницах и на парусных судах известны каждому школьнику.

Ветроэнергетика специализируется на превращении силы ветра в механическую, тепловую и электрическую форму энергии. Ветрогенераторы сегодня производятся различной мощности, которая зависит от площади, охватываемой лопастями турбины. Генераторы производства лидера в этой сфере фирмы Vestas из Дании, достигают в высоту более 110 метров.

Чтобы эффективнее улавливать мощные воздушные потоки, ветряные генераторы удобнее всего устанавливать либо на побережье, либо в открытом море. На расстоянии в 10 и более километров от берега сооружают на сваях целые ветряные электростанции. Они практически не потребляют традиционное топливо.

Ветроэлектростанция в открытом море

Работать аппараты начинают при скорости ветра 3 м/с, для оптимальной работы требуется 15 м/с. При сильных порывах выше 25 м/с генератор необходимо отключать, чтобы устройство не вышло из строя. Требование определенного диапазона скоростей – один из недостатков ветряной системы.

Другим существенным недостатком этого вида получения электричества являются высокая стоимость, превышающая затраты в угольной энергетике, и необходимость выделения под ветровые установки большого объема земель. Жужжащий звук, который издают работающие турбины, плохо переносится людьми, вынужденными жить по соседству с ними.

Несмотря на это, по объемам вырабатываемой электроэнергии ветроэнергетика занимает второе место после гидроэнергетической отрасли. Её роль и значение признается во всем мире.

Использование возобновляемых источников электричества в виде ветрогенераторов и солнечных станций позволяет решить проблемы с доставкой электроэнергии в удаленные, труднодоступные районы Севера. А учитывая их исключительную экологическую чистоту, эти виды возобновляемых источников энергии могут быть востребованы в густонаселенных регионах с плохой окружающей средой.

Используемые источники

Наблюдая за природой, можно заметить различные источники возобновляемой энергии. Необходимо просто найти способ преобразовать этот ресурс в электрический:

• Солнечная энергия – это то, что можно получить от солнца. Его излучение поглощается солнечными батареями и преобразуется в электричество, которое может аккумулироваться или сбрасываться в электросеть. Существует также тепловая энергия солнца, применяемая для нагрева жидкости. Далее она превращается в пар и приводит в движение турбину, генерирующую электричество. Последний вариант наиболее выгоден для использования в жарких солнечных странах.
• Энергия ветра. В этом случае выработка электроэнергии осуществляется при помощи силы ветра. Она приводит во вращение вал ветрогенератора.
• Гидроэлектроэнергия. Одна из самых известных. Использует силу движущейся воды. Сюда же относится энергия приливов и морских волн.
• Геотермальная. Рождается в сердце Земли. Высокие температуры отложений (обычно вулканических) под земной поверхностью позволяют использовать эту энергию для генерации электричества. Данные ресурсы бывают двух видов: гидротермальные, позволяющие применить высокую температуру геотермальных вод, и петротермальные, использующие нагрев твердых горных пород.
• Биотопливо. Один из самых экономичных способов выработки электроэнергии на теплоэлектростанции. В качестве топлива применяют биоразлагаемые продукты – древесину, опилки, кору, выращенные для этой цели культуры и т. д.
• Биогаз. Образуется в результате биоразложения органического вещества посредством микроорганизмов в специальных устройствах без кислорода. Горючий газ используется для выработки электроэнергии.