Возобновляемая энергия

Информацию о журнале см. в разделе «Возобновляемая энергия» (журнал) .

Примеры вариантов возобновляемой энергии: концентрированная солнечная энергия с накоплением тепла в расплавленной соли в Испании; энергия ветра в Южной Африке; плотина « Три ущелья» на реке Янцзы в Китае; Электростанция на биомассе в Шотландии .

Возобновляемая энергия (или зеленая энергия ) — это энергия из возобновляемых природных ресурсов , которые пополняются в человеческом масштабе . Наиболее широко используемыми видами возобновляемой энергии являются солнечная энергия , энергия ветра и гидроэнергетика . Биоэнергетика и геотермальная энергия также играют важную роль в некоторых странах. Некоторые также считают ядерную энергетику возобновляемым источником энергии , хотя это спорно. Установки возобновляемой энергии могут быть большими или маленькими и подходят как для городских, так и для сельских районов. Возобновляемая энергия часто используется вместе с дальнейшей электрификацией . Это имеет несколько преимуществ: электричество может эффективно отводить тепло и транспортные средства , а также является экологически чистым в момент потребления. Переменными возобновляемыми источниками энергии являются те, которые имеют непостоянный характер, например энергия ветра и солнечная энергия. Напротив, контролируемые возобновляемые источники энергии включают гидроэлектроэнергию , биоэнергию или геотермальную энергию .

За последние 30 лет системы возобновляемой энергетики быстро стали более эффективными и дешевыми. Подавляющее большинство недавно установленных в мире электроэнергетических мощностей в настоящее время являются возобновляемыми. За последнее десятилетие стоимость возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, значительно снизилась, что сделало их более конкурентоспособными по сравнению с традиционными видами ископаемого топлива. В большинстве стран фотоэлектрическая солнечная энергия или береговая ветровая энергия являются самой дешевой новой электроэнергией. С 2011 по 2021 год доля возобновляемых источников энергии выросла с 20% до 28% мирового энергоснабжения. Большая часть этого прироста приходится на энергию солнца и ветра, которая в совокупности выросла с 2% до 10%. Использование ископаемой энергии сократилось с 68% до 62%. В 2022 году на возобновляемые источники энергии приходилось 30% мирового производства электроэнергии, а к 2028 году, по прогнозам, эта цифра превысит 42%. Во многих странах возобновляемые источники энергии уже составляют более 20% общего объема энергоснабжения, а некоторые производят более половины или даже всю свою электроэнергию из возобновляемых источников.

Основная мотивация замены ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии состоит в том, чтобы замедлить и в конечном итоге остановить изменение климата , которое, по общему мнению, вызвано главным образом выбросами парниковых газов . В целом возобновляемые источники энергии вызывают гораздо меньшие выбросы, чем ископаемое топливо. По оценкам Международного энергетического агентства , для достижения нулевых выбросов к 2050 году 90% мирового производства электроэнергии необходимо будет производить из возобновляемых источников. Возобновляемые источники энергии также вызывают гораздо меньше загрязнения воздуха , чем ископаемое топливо, улучшая здоровье населения и менее шумные .

Развертывание возобновляемых источников энергии по-прежнему сталкивается с препятствиями, особенно с субсидиями на ископаемое топливо . лоббирование со стороны действующих поставщиков электроэнергии, и местное противодействие использованию земли для установки возобновляемых источников энергии. Как и любая горнодобывающая промышленность, добыча полезных ископаемых, необходимых для многих технологий возобновляемой энергетики, также приводит к экологическому ущербу . Кроме того, хотя большинство возобновляемых источников энергии являются устойчивыми , некоторые из них таковыми не являются. Например, некоторые источники биомассы являются неустойчивыми при нынешних темпах эксплуатации .

Обзор

Возобновляемые источники энергии, особенно солнечные фотоэлектрические и ветровые , производят все большую долю электроэнергии.

Уголь, нефть и природный газ остаются основными мировыми источниками энергии, даже несмотря на то, что возобновляемые источники энергии начали быстро расти.

См. Также: Списки тем по возобновляемым источникам энергии.

Определение

Возобновляемая энергия обычно понимается как энергия, получаемая из постоянно происходящих природных явлений. Международное энергетическое агентство определяет это как «энергию, получаемую в результате природных процессов, которая восполняется быстрее, чем потребляется». Солнечная энергия , энергия ветра , гидроэлектроэнергия , геотермальная энергия и биомасса широко признаны основными видами возобновляемой энергии. Возобновляемая энергия часто вытесняет традиционные виды топлива в четырех областях: производство электроэнергии , горячая вода / отопление помещений , транспорт и сельские (автономные) энергетические услуги.

Хотя почти все виды возобновляемой энергии вызывают гораздо меньше выбросов углекислого газа, чем ископаемое топливо, этот термин не является синонимом низкоуглеродной энергетики . Некоторые невозобновляемые источники энергии, такие как атомная энергетика , почти не производят выбросов, в то время как некоторые возобновляемые источники энергии могут быть очень углеродоемкими, например, сжигание биомассы, если оно не компенсируется посадкой новых растений. Возобновляемая энергия также отличается от устойчивой энергетики , более абстрактной концепции, которая стремится сгруппировать источники энергии на основе их общего постоянного воздействия на будущие поколения людей. Например, биомасса часто ассоциируется с неустойчивой вырубкой лесов .

Роль в решении проблемы изменения климата

В рамках глобальных усилий по ограничению изменения климата большинство стран взяли на себя обязательство добиться нулевых выбросов парниковых газов . На практике это означает поэтапный отказ от ископаемого топлива и замену его источниками энергии с низким уровнем выбросов. На конференции ООН по изменению климата в 2023 году около трёх четвертей стран мира поставили цель утроить мощности возобновляемых источников энергии к 2030 году. Европейский Союз намерен к тому же году производить 40% электроэнергии из возобновляемых источников.

Другие преимущества

Основная статья: Смягчение последствий изменения климата § Сопутствующие выгоды

Возобновляемая энергия более равномерно распределена по миру, чем ископаемое топливо, которое сконцентрировано в ограниченном числе стран. Это также приносит пользу здоровью, уменьшая загрязнение воздуха , вызванное сжиганием ископаемого топлива. Потенциальная мировая экономия затрат на здравоохранение оценивается в триллионы долларов ежегодно.

Прерывистость

Основная статья: Переменная возобновляемая энергия

Энергия солнечного света или другой возобновляемой энергии преобразуется в потенциальную энергию для хранения в таких устройствах, как электрические батареи. Сохраненная потенциальная энергия позже преобразуется в электричество, которое добавляется в электросеть, даже если исходный источник энергии недоступен.

Расчетный спрос на электроэнергию за неделю в мае 2012 г. и мае 2020 г., Германия, показывающий изменчивость солнечной и ветровой энергии как изо дня в день, так и из месяца в месяц.

Две наиболее важные формы возобновляемой энергии, солнечная и ветровая, являются непостоянными источниками энергии : они не доступны постоянно, что приводит к более низким коэффициентам мощности . Напротив, электростанции, работающие на ископаемом топливе, обычно способны производить именно то количество энергии, которое требуется электросети в данный момент времени. Солнечную энергию можно улавливать только днем ​​и в идеале в безоблачную погоду. Производство ветровой энергии может существенно меняться не только изо дня в день, но даже из месяца в месяц. Это создает проблему при переходе от ископаемого топлива: спрос на энергию часто будет выше или ниже, чем могут обеспечить возобновляемые источники энергии. Оба сценария могут привести электросетей к перегрузке , что приведет к перебоям в подаче электроэнергии .

В среднесрочной перспективе эта изменчивость может потребовать сохранения некоторых газовых электростанций или других управляемых генерирующих мощностей в режиме ожидания. до тех пор, пока не будет достаточно запасов энергии, реагирования на спрос , улучшения сети и/или мощности базовой нагрузки от бесперебойных источников. В долгосрочной перспективе накопление энергии станет важным способом борьбы с прерывистостью. Использование диверсифицированных возобновляемых источников энергии и интеллектуальных сетей также может помочь сгладить спрос и предложение.

Объединение сектора производства электроэнергии с другими секторами может повысить гибкость: например, транспортный сектор можно объединить путем зарядки электромобилей и передачи электроэнергии от транспортного средства в сеть . Аналогичным образом, промышленный сектор может быть связан с водородом, производимым электролизом. и сектор зданий - накопление тепловой энергии для отопления и охлаждения помещений.

Создание избыточных мощностей для ветровой и солнечной генерации может помочь обеспечить достаточное производство электроэнергии даже в плохую погоду. В оптимальную погоду может возникнуть необходимость сократить выработку энергии, если невозможно использовать или хранить избыточную электроэнергию.

Хранение электрической энергии

Основные статьи: Хранение энергии и сетевое хранилище энергии.

Хранение электрической энергии — это совокупность методов, используемых для хранения электрической энергии. Электрическая энергия сохраняется в периоды, когда производство (особенно из непостоянных источников, таких как энергия ветра , приливная энергия , солнечная энергия ) превышает потребление, и возвращается в сеть , когда производство падает ниже потребления. На долю гидроаккумулирующих гидроэлектростанций приходится более 85% всей электроэнергии, накопленной в сети . Батареи все чаще используются для хранения и вспомогательные услуги сети и для домашнего хранения. Зеленый водород является более экономичным средством долгосрочного хранения возобновляемой энергии с точки зрения капитальных затрат по сравнению с насосными гидроэлектростанциями или батареями.

Основные технологии

Мощность возобновляемых источников энергии неуклонно растет, во главе с солнечной фотоэлектрической энергией.

Солнечная энергия

Основные статьи: Солнечная энергия , Солнечная энергия и Краткое описание солнечной энергии.

Установленная мощность и другие ключевые расчетные параметры	Стоимость и год
Глобальная мощность производства электроэнергии	1419,0 ГВт (2023 г.)
Годовой темп роста мировой мощности по производству электроэнергии	25% (2014-2023)
Доля мирового производства электроэнергии	5.5% (2023)
Нормированная стоимость за мегаватт-час	Фотоэлектрические системы коммунального масштаба: 38,343 доллара США (2019 г.).
Первичные технологии	Фотовольтаика , концентрированная солнечная энергия , солнечный тепловой коллектор
Основные приложения	Электричество, водяное отопление, отопление, вентиляция, кондиционирование ( ОВиК )

Небольшая фотоэлектрическая система на крыше в Бонне , Германия.

Комекураяма Фотоэлектрическая электростанция в Кофу , Япония.

В 2022 году по всему миру было произведено около 1,3 терраватт-часа (ТВтч) солнечной энергии. что составляет 4,6% мировой электроэнергии. Почти весь этот рост произошел с 2010 года. Солнечную энергию можно использовать везде, где есть солнечный свет; однако количество солнечной энергии, которую можно использовать для производства электроэнергии, зависит от погодных условий , географического положения и времени суток.

Существует два основных способа использования солнечной энергии: солнечная тепловая энергия , которая преобразует солнечную энергию в тепло; и фотоэлектрическая энергия (PV), которая преобразует ее в электричество. Фотоэлектрические системы распространены гораздо шире: по состоянию на 2022 год на их долю будет приходиться около двух третей мировой мощности солнечной энергии. Он также растет гораздо более быстрыми темпами: в 2021 году будет установлена ​​новая мощность в 170 ГВт. по сравнению с 25 ГВт солнечной тепловой энергии.

Пассивная солнечная энергия относится к ряду строительных стратегий и технологий, направленных на оптимизацию распределения солнечного тепла в здании. Примеры включают солнечные дымоходы , ориентация здания на солнце, использование строительных материалов, способных хранить тепло , и проектирование помещений, в которых воздух циркулирует естественным образом .

С 2020 по 2022 год инвестиции в солнечные технологии почти удвоились со 162 миллиардов долларов США до 308 миллиардов долларов США, что обусловлено растущей зрелостью сектора и снижением затрат, особенно в солнечной фотоэлектрической энергии (PV), на долю которой пришлось 90% общего объема инвестиций. Китай и США были основными получателями, на долю которых в совокупности пришлось около половины всех инвестиций в солнечную энергию с 2013 года. Несмотря на сокращение в Японии и Индии из-за изменений в политике и COVID-19 , рост в Китае, США и значительное увеличение Программа льготных тарифов Вьетнама компенсировала это снижение. Во всем мире в период с 2013 по 2021 год в солнечном секторе было добавлено 714 гигаватт (ГВт) солнечной фотоэлектрической энергии и мощности концентрированной солнечной энергии (CSP), при этом в 2021 году заметно вырастет количество крупномасштабных установок солнечного отопления, особенно в Китае, Европе, Турции и Японии. Мексика.

Фотовольтаика

Основные статьи: Рост фотоэлектрической энергетики , Солнечная энергия по странам и Список фотоэлектрических электростанций.

Закон Суонсона, гласящий, что цены на солнечные модули падают примерно на 20% при каждом удвоении установленной мощности, определяет « скорость обучения » солнечной фотоэлектрической энергии .

Фотоэлектрическая система , состоящая из солнечных элементов, собранных в панели , преобразует свет в постоянный электрический ток посредством фотоэлектрического эффекта . Фотоэлектрическая энергия имеет ряд преимуществ, которые делают ее самой быстрорастущей технологией возобновляемой энергетики. Это дешево, не требует особого обслуживания и масштабируемо; Добавить к существующей фотоэлектрической установке по мере необходимости очень просто. Главный его недостаток – плохая работа в пасмурную погоду.

Фотоэлектрические системы варьируются от небольших жилых и коммерческих установок на крышах или интегрированных в зданиях общего назначения установок до крупных фотоэлектрических электростанций . Солнечные панели домашнего хозяйства могут использоваться либо только для этого дома, либо, если они подключены к электрической сети, могут быть объединены с миллионами других.

Первая солнечная электростанция промышленного масштаба была построена в 1982 году в Хесперии, Калифорния, компанией ARCO . Завод не был прибыльным и через восемь лет был продан. Однако в последующие десятилетия фотоэлектрические элементы стали значительно эффективнее и дешевле. В результате с 2010 года внедрение фотоэлектрических систем выросло в геометрической прогрессии. Глобальная мощность увеличилась с 230 ГВт в конце 2015 года до 890 ГВт в 2021 году. В период с 2016 по 2021 год фотоэлектрическая энергия росла быстрее всего в Китае, добавив 560 ГВт, что больше, чем во всех странах с развитой экономикой вместе взятых. Четыре из десяти крупнейших солнечных электростанций находятся в Китае, включая самую большую солнечную электростанцию ​​Голмуд в Китае.

Солнечная тепловая энергия

Основная статья: Солнечная тепловая энергия

В отличие от фотоэлектрических элементов, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, солнечные тепловые системы преобразуют его в тепло. Они используют зеркала или линзы для концентрации солнечного света на приемнике, который, в свою очередь, нагревает резервуар с водой. Нагретую воду затем можно использовать в домах. Преимущество солнечной тепловой энергии заключается в том, что нагретую воду можно хранить до тех пор, пока она не понадобится, что устраняет необходимость в отдельной системе хранения энергии. Солнечную тепловую энергию также можно преобразовать в электричество, используя пар, вырабатываемый из нагретой воды, для привода турбины, подключенной к генератору. Однако, поскольку производство электроэнергии таким способом намного дороже, чем фотоэлектрические электростанции, сегодня их очень мало.

Энергия ветра

Основные статьи: Ветроэнергетика и ветроэнергетика по странам

Бурбо , Северо-Западная Англия

Восход солнца на ветряной электростанции Фентон в Миннесоте, США.

Производство ветровой энергии по регионам с течением времени

Установленная мощность и другие ключевые расчетные параметры	Стоимость и год
Глобальная мощность производства электроэнергии	1017,2 ГВт (2023 г.)
Годовой темп роста мировой мощности по производству электроэнергии	13% (2014-2023)
Доля мирового производства электроэнергии	7.8% (2023)
Нормированная стоимость за мегаватт-час	Наземная ветроэнергетика: 30,165 долларов США (2019 г.)
Первичная технология	Ветряная турбина , ветряная мельница
Основные приложения	Электричество, откачка воды ( ветряной насос )

Люди использовали энергию ветра по крайней мере с 3500 года до нашей эры. До 20 века он в основном использовался для питания кораблей, ветряных мельниц и водяных насосов. Сегодня подавляющее большинство энергии ветра используется для выработки электроэнергии с помощью ветряных турбин. Номинальная мощность современных промышленных ветряных турбин варьируется от 600 кВт до 9 МВт. Мощность, получаемая от ветра, является функцией куба скорости ветра, поэтому с увеличением скорости ветра выходная мощность увеличивается до максимальной мощности для конкретной турбины. Районы, где ветры более сильные и постоянные, например морские и высокогорные участки, являются предпочтительными местами для ветряных электростанций.

В 2015 году электроэнергия, вырабатываемая ветром, покрыла почти 4% мирового спроса на электроэнергию, при этом было установлено почти 63 ГВт новых ветроэнергетических мощностей. Ветроэнергетика была ведущим источником новых мощностей в Европе, США и Канаде и вторым по величине в Китае. В Дании энергия ветра удовлетворяет более 40% спроса на электроэнергию, а Ирландия, Португалия и Испания удовлетворяют почти по 20%.

Считается, что в глобальном масштабе долгосрочный технический потенциал ветровой энергии в пять раз превышает совокупное нынешнее мировое производство энергии или в 40 раз превышает текущий спрос на электроэнергию, при условии, что все необходимые практические барьеры будут преодолены. Это потребует установки ветряных турбин на больших площадях, особенно в районах с более высокими ветровыми ресурсами, таких как шельф, а также, вероятно, промышленного использования новых типов турбин VAWT в дополнение к используемым в настоящее время установкам с горизонтальной осью. Поскольку скорость ветра на море в среднем примерно на 90% выше, чем на суше, морские ресурсы могут давать значительно больше энергии, чем наземные турбины.

Инвестиции в ветровые технологии достигли 161 миллиарда долларов США в 2020 году, при этом наземная ветроэнергетика доминировала на уровне 80% от общего объема инвестиций в период с 2013 по 2022 год. Европа. В период с 2013 по 2021 год мировая ветровая мощность увеличилась на 557 ГВт, при этом прирост мощности увеличивался в среднем на 19% каждый год.

Гидроэнергетика

Основные статьи: Гидроэлектроэнергия и гидроэнергетика

Плотина « Три ущелья» для гидроэнергетики на реке Янцзы в Китае

Плотина «Три ущелья» и плотина Гечжоуба , Китай

Установленная мощность и другие ключевые расчетные параметры	Стоимость и год
Глобальная мощность производства электроэнергии	1267,9 ГВт (2023 г.)
Годовой темп роста мировой мощности по производству электроэнергии	1.9% (2014-2023)
Доля мирового производства электроэнергии	14.3% (2023)
Нормированная стоимость за мегаватт-час	65,581 долларов США (2019 г.)
Первичная технология	Плотина
Основные приложения	Электричество, гидроаккумулирование , механическая энергия

Поскольку вода примерно в 800 раз плотнее воздуха , даже медленный поток воды или умеренное морское волнение могут дать значительное количество энергии. Вода может генерировать электроэнергию с эффективностью преобразования около 90%, что является самым высоким показателем в возобновляемой энергетике. Существует множество форм водной энергии:

• Исторически гидроэлектроэнергия получалась за счет строительства крупных плотин и водохранилищ гидроэлектростанций, которые до сих пор популярны в развивающихся странах . Крупнейшие плотина « из них — Три ущелья» (2003 г.) в Китае и плотина Итайпу (1984 г.), построенная Бразилией и Парагваем.
• Малые гидросистемы — это гидроэлектростанции, которые обычно производят до 50 МВт электроэнергии. Их часто используют на малых реках или в качестве малозагрязняющих сооружений на крупных реках. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии в мире и имеет более 45 000 малых гидроэлектростанций.
• Русловые гидроэлектростанции получают энергию из рек без создания большого водохранилища . Вода обычно транспортируется вдоль края речной долины (с использованием каналов, труб и/или туннелей) до тех пор, пока она не поднимется высоко над дном долины, после чего ей можно позволить падать через водовод для привода турбины. Электростанция в русле реки все еще может производить большое количество электроэнергии, как, например, плотина Чиф Джозеф на реке Колумбия в Соединенных Штатах. Однако многие русловые гидроэлектростанции представляют собой микро- или пико - гидроэлектростанции.

Большая часть гидроэнергетики является гибкой и дополняет ветровую и солнечную. В 2021 году мировая мощность возобновляемых гидроэлектростанций составила 1360 ГВт. Освоена только треть мирового гидроэнергетического потенциала, составляющего 14 000 ТВтч/год. Новые гидроэнергетические проекты сталкиваются с противодействием со стороны местных сообществ из-за их большого воздействия, включая переселение сообществ и затопление мест обитания диких животных и сельскохозяйственных угодий. Таким образом, основными проблемами для новых разработок являются высокие затраты и сроки получения разрешения, включая оценку окружающей среды и рисков, а также отсутствие экологического и социального признания. Популярно модернизировать старые плотины, тем самым повышая их эффективность и пропускную способность, а также более быстрое реагирование на сеть. Там, где позволяют обстоятельства, существующие плотины, такие как плотина Рассела, построенная в 1985 году, могут быть обновлены установками «обратной откачки» для гидроаккумулирования , что полезно при пиковых нагрузках или для поддержки прерывистой ветровой и солнечной энергии. Потому что управляемая энергия более ценна, чем VRE. страны с крупным развитием гидроэнергетики, такие как Канада и Норвегия, тратят миллиарды на расширение своих сетей для торговли с соседними странами, имеющими ограниченные гидроэлектростанции.

Биоэнергетика

Основная статья: Биоэнергетика

Дополнительная информация: Биомасса (энергия) § Воздействие на окружающую среду.

Установленная мощность и другие ключевые расчетные параметры	Стоимость и год
Глобальные мощности по производству электроэнергии	150,3 ГВт (2023 г.)
Годовой темп роста мировой мощности по производству электроэнергии	5.8% (2014-2023)
Доля мирового производства электроэнергии	2.4% (2022)
Нормированная стоимость за мегаватт-час	118,908 долларов США (2019 г.)
Первичные технологии	Биомасса , биотопливо
Основные приложения	Электричество, отопление, приготовление пищи, транспортное топливо

Биомасса – это биологический материал, полученный из живых или недавно живых организмов. Чаще всего это относится к растениям или материалам растительного происхождения. В качестве источника энергии биомассу можно либо использовать непосредственно путем сжигания для производства тепла, либо превращать в более энергоемкое биотопливо , такое как этанол. Древесина является наиболее важным источником энергии из биомассы по состоянию на 2012 год. и обычно добывается из деревьев, вырубленных по лесохозяйственным причинам или для предотвращения пожаров . Муниципальные древесные отходы – например, строительные материалы или опилки – также часто сжигаются для получения энергии. Крупнейшими производителями биоэнергии на основе древесины на душу населения являются страны с густыми лесами, такие как Финляндия, Швеция, Эстония, Австрия и Дания.

Биоэнергетика может оказаться разрушительной для окружающей среды, если старые леса будут вырублены, чтобы освободить место для выращивания сельскохозяйственных культур. В частности, спрос на пальмовое масло для производства биодизельного топлива способствовал вырубке тропических лесов в Бразилии и Индонезии. Кроме того, сжигание биомассы по-прежнему приводит к выбросам углерода, хотя и гораздо меньшим, чем при сжигании ископаемого топлива (39 граммов CO ₂ на мегаджоуль энергии по сравнению с 75 г/МДж для ископаемого топлива).

ТЭЦ , использующая древесину для снабжения 30 000 домохозяйств во Франции

Биотопливо

Основная статья: Биотопливо

См. также: Этаноловое топливо , Устойчивое биотопливо и Проблемы, связанные с биотопливом.

Биотопливо в основном используется на транспорте, обеспечивая 3,5% мировой потребности транспорта в энергии в 2022 году. по сравнению с 2,7% в 2010 году. Ожидается, что Biojet будет иметь важное значение для краткосрочного сокращения выбросов углекислого газа при дальнемагистральных рейсах.

Помимо древесины, основными источниками биоэнергии являются биоэтанол и биодизель . Биоэтанол обычно производится путем ферментации сахарных компонентов сельскохозяйственных культур, таких как сахарный тростник и кукуруза , а биодизельное топливо в основном производится из масел, извлеченных из растений, таких как соевое масло и кукурузное масло . Большинство культур, используемых для производства биоэтанола и биодизеля, выращиваются специально для этой цели. хотя использованное кулинарное масло составляло 14% масла, используемого для производства биодизеля по состоянию на 2015 год. Биомасса, используемая для производства биотоплива, варьируется в зависимости от региона. Кукуруза является основным сырьем в Соединенных Штатах, а в Бразилии доминирует сахарный тростник. В Европейском Союзе, где биодизель более распространен, чем биоэтанол, рапсовое и пальмовое масло . основным сырьем являются Китай, хотя и производит сравнительно меньше биотоплива, использует в основном кукурузу и пшеницу. Во многих странах биотопливо либо субсидируется, либо обязательно включается в топливные смеси .

Плантация сахарного тростника будет производить этанол в Бразилии

Существует множество других источников биоэнергии, которые являются более нишевыми или пока нежизнеспособны в больших масштабах. Например, биоэтанол можно было бы производить из целлюлозных частей сельскохозяйственных культур, а не только из семян, как это принято сегодня. Сахарное сорго может быть многообещающим альтернативным источником биоэтанола благодаря его устойчивости к широкому диапазону климатических условий. Коровий навоз можно превратить в метан. Существует также большое количество исследований, посвященных топливу из водорослей , что привлекательно, поскольку водоросли являются непищевым ресурсом, растут примерно в 20 раз быстрее, чем большинство продовольственных культур, и их можно выращивать практически где угодно.

Автобус, работающий на биодизеле

Геотермальная энергия

Основные статьи: Геотермальная энергия , Геотермальная энергия , Возобновляемая тепловая энергия и Геотермальная энергия в Соединенных Штатах.

Пар поднимается над геотермальной электростанцией Несьявеллир в Исландии.

Геотермальная электростанция в Гейзерс , Калифорния, США.

Крафла — геотермальная электростанция в Исландии.

Установленная мощность и другие ключевые расчетные параметры	Стоимость и год
Глобальная мощность производства электроэнергии	14,9 ГВт (2023 г.)
Годовой темп роста мировой мощности по производству электроэнергии	3.4% (2014-2023)
Доля мирового производства электроэнергии	<1% (2018 г.)
Нормированная стоимость за мегаватт-час	58,257 долларов США (2019 г.)
Первичные технологии	Электростанции с сухим паром, выпаренным паром и бинарным циклом
Основные приложения	Электричество, отопление

Геотермальная энергия – это тепловая энергия (тепло), добываемая из земной коры . Он возникает из нескольких различных источников , наиболее значимым из которых является медленный радиоактивный распад минералов, содержащихся в недрах Земли . а также некоторое количество тепла, оставшегося от образования Земли . Некоторая часть тепла генерируется вблизи поверхности Земли в земной коре, но некоторая часть также течет из глубины Земли из мантии и ядра . Добыча геотермальной энергии возможна в основном в странах, расположенных на краях тектонических плит , где горячая мантия Земли более обнажена. По состоянию на 2023 год Соединенные Штаты обладают наибольшей геотермальной мощностью (2,7 ГВт, или менее 0,2% от общей энергетической мощности страны. ), за которым следуют Индонезия и Филиппины. Глобальная мощность в 2022 году составила 15 ГВт.

Геотермальную энергию можно использовать либо непосредственно для обогрева домов, как это принято в Исландии, либо для выработки электроэнергии. В меньших масштабах геотермальную энергию можно производить с помощью геотермальных тепловых насосов , которые могут извлекать тепло из грунта с температурой ниже 30 °C (86 °F), что позволяет использовать их на относительно небольших глубинах в несколько метров. Для производства электроэнергии требуются большие установки и температура земли не менее 150 ° C (302 ° F). В некоторых странах, например, в Кении (43%) и Индонезии (5%), электроэнергия, производимая из геотермальной энергии, составляет большую часть от общего объема.

Технические достижения могут в конечном итоге сделать геотермальную энергию более доступной. Например, улучшенные геотермальные системы включают бурение на глубину около 10 километров (6,2 мили) вглубь Земли, разрушение горячих пород и извлечение тепла с помощью воды. Теоретически этот тип добычи геотермальной энергии можно осуществлять в любой точке Земли.

Новые технологии

Существуют также другие технологии возобновляемой энергетики, которые все еще находятся в стадии разработки, в том числе улучшенные геотермальные системы , концентрированная солнечная энергия , целлюлозный этанол и морская энергия . Эти технологии еще широко не продемонстрированы или имеют ограниченную коммерциализацию. Некоторые из них могут иметь потенциал, сравнимый с другими технологиями возобновляемой энергетики, но все же зависят от дальнейших прорывов в области исследований, разработок и инженерии.

Улучшенные геотермальные системы

Основная статья: Улучшенные геотермальные системы

Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) — это новый тип геотермальной энергии, который не требует природных резервуаров с горячей водой или пара для выработки электроэнергии. Большая часть подземного тепла в пределах досягаемости бурения улавливается твердыми породами, а не водой. В технологиях EGS используется гидроразрыв пласта , чтобы разбить эти породы и высвободить содержащееся в них тепло, которое затем собирается путем закачки воды в землю. Этот процесс иногда называют «горячей сухой породой» (HDR). В отличие от обычного извлечения геотермальной энергии, EGS может быть осуществим в любой точке мира, в зависимости от стоимости бурения. Проекты EGS до сих пор в основном ограничивались демонстрационными установками , поскольку технология является капиталоемкой из-за высокой стоимости бурения.

Морская энергетика

Основная статья: Морская энергия

Вид с воздуха на приливную электростанцию ​​Сихва в Южной Корее

Морская энергия (также иногда называемая энергией океана) — это энергия, переносимая океанскими волнами , приливами , соленостью и перепадами температур океана . Технологии использования энергии движущейся воды включают энергию волн , энергию морских течений и силу приливов . Обратный электродиализ (RED) — это технология производства электроэнергии путем смешивания пресной и соленой морской воды в больших энергетических элементах. Большинство технологий сбора морской энергии все еще находятся на низком уровне технологической готовности и не используются в больших масштабах. Приливная энергетика обычно считается наиболее развитой, но не получила широкого распространения. Самая большая в мире приливная электростанция находится на озере Сихва , Южная Корея. которая производит около 550 гигаватт-часов электроэнергии в год.

Инфракрасное тепловое излучение Земли

Земля выбрасывает около 10 ¹⁷ W инфракрасного теплового излучения, которое течет в сторону холодного космического пространства. Солнечная энергия попадает на поверхность и атмосферу Земли и производит тепло. Используя различные теоретические устройства, такие как сборщик эмиссионной энергии (EEH) или терморадиационный диод, этот поток энергии можно преобразовать в электричество. Теоретически эту технологию можно использовать в ночное время.

Другие

Водорослевое топливо

Основная статья: Топливо из водорослей

Производство жидкого топлива из богатых нефтью (жиром) разновидностей водорослей является постоянной темой исследований. Испытываются различные микроводоросли, выращиваемые в открытых или закрытых системах, включая некоторые системы, которые можно использовать на заброшенных и пустынных землях.

Солнечная энергия космического базирования

Основная статья: солнечная энергия космического базирования

Было множество предложений по солнечной энергетике космического базирования , в рамках которой очень большие спутники с фотоэлектрическими панелями будут оснащены микроволновыми передатчиками для передачи энергии обратно на наземные приемники. В исследовании 2024 года, проведенном Управлением научно-технической политики НАСА, была изучена эта концепция и сделан вывод, что с нынешними технологиями и технологиями ближайшего будущего она будет экономически неконкурентоспособной.

Водяной пар

Сбор зарядов статического электричества с капель воды на металлических поверхностях — это экспериментальная технология, которая будет особенно полезна в странах с низким уровнем дохода и относительной влажностью воздуха более 60%.

Атомная энергетика

Реакторы-размножители , в принципе, могли бы извлекать почти всю энергию, содержащуюся в уране или тории , снижая потребность в топливе в 100 раз по сравнению с широко используемыми прямоточными легководными реакторами , которые извлекают менее 1% энергии из актинидов. металл (уран или торий), добытый из земли. Высокая топливная эффективность реакторов-размножителей могла бы значительно снизить обеспокоенность по поводу поставок топлива, использования энергии в горнодобывающей промышленности и хранения радиоактивных отходов . Благодаря добыче урана из морской воды (в настоящее время слишком дорогой, чтобы быть экономичной) топлива для реакторов-размножителей достаточно, чтобы удовлетворить мировые энергетические потребности в течение 5 миллиардов лет при общем уровне энергопотребления 1983 года, что делает ядерную энергию фактически возобновляемой энергией. Помимо морской воды, средние гранитные породы земной коры содержат значительные количества урана и тория, с помощью которых реакторы-размножители могут обеспечивать обильную энергию на оставшуюся продолжительность жизни Солнца в основной последовательности звездной эволюции.

Искусственный фотосинтез

Основная статья: Искусственный фотосинтез

Искусственный фотосинтез использует методы, в том числе нанотехнологии, для хранения солнечной электромагнитной энергии в химических связях путем расщепления воды для производства водорода, а затем использования углекислого газа для производства метанола. Исследователи в этой области стремились создать молекулярные имитаторы фотосинтеза, которые используют более широкую область солнечного спектра, используют каталитические системы, изготовленные из широко распространенных, недорогих материалов, которые являются прочными, легко восстанавливаемыми, нетоксичными, стабильными в различных условиях окружающей среды и выполняют свои функции. более эффективно, позволяя большей части энергии фотонов попасть в запасные соединения, т.е. углеводы (а не в строительство и поддержание живых клеток). Тем не менее, известные исследования сталкиваются с препятствиями: Sun Catalytix, дочернее предприятие Массачусетского технологического института, прекратила масштабирование своего прототипа топливного элемента в 2012 году, поскольку он предлагает мало экономии по сравнению с другими способами получения водорода из солнечного света.

Потребление по секторам

Одной из попыток декарбонизации транспорта является более широкое использование электромобилей (EV). Несмотря на это и на использование биотоплива , такого как биоджет , менее 4% транспортной энергии приходится на возобновляемые источники энергии. Иногда водородные топливные элементы используются для тяжелого транспорта. Между тем, в будущем электротопливо может также сыграть большую роль в декарбонизации таких трудно поддающихся сокращению выбросов секторов, как авиация и морское судоходство.

Солнечное нагрев воды вносит важный вклад в производство возобновляемого тепла во многих странах, особенно в Китае, на долю которого в настоящее время приходится 70% общемирового объема (180 ГВттепл.). Большинство этих систем установлено в многоквартирных жилых домах. и удовлетворить часть потребностей в горячей воде примерно 50–60 миллионов домохозяйств в Китае. Во всем мире установленные солнечные системы нагрева воды удовлетворяют часть потребностей в нагреве воды более чем 70 миллионов домохозяйств.

Тепловые насосы обеспечивают как отопление, так и охлаждение, а также сглаживают кривую спроса на электроэнергию и, таким образом, становятся все более приоритетными. Возобновляемая тепловая энергия также быстро растет. Около 10% энергии для отопления и охлаждения поступает из возобновляемых источников.

Некоторые исследования говорят, что глобальный переход на 100% возобновляемую энергию во всех секторах – энергетике, теплоснабжении, транспорте и промышленности – осуществим и экономически целесообразен.

Тенденции рынка и отрасли

Основная статья: Коммерциализация возобновляемых источников энергии

Большинство новых возобновляемых источников энергии — это солнечная энергия, за ней следует ветер, затем гидроэнергия, а затем биоэнергетика. Инвестиции в возобновляемые источники энергии, особенно в солнечную энергию, как правило, более эффективны в создании рабочих мест, чем уголь, газ или нефть. По состоянию на 2020 год во всем мире в возобновляемых источниках энергии занято около 12 миллионов человек, при этом солнечная фотоэлектрическая технология является самой популярной технологией, в которой занято почти 4 миллиона человек. Однако по состоянию на февраль 2024 года мировое предложение рабочей силы для солнечной энергетики значительно отстает от спроса, поскольку университеты во всем мире по-прежнему производят больше рабочей силы для ископаемого топлива, чем для отраслей возобновляемой энергетики.

В 2021 году на долю Китая пришлось почти половина мирового прироста производства возобновляемой электроэнергии.

В 135 странах установлено 3146 гигаватт, а в 156 странах действуют законы, регулирующие сектор возобновляемых источников энергии.

В 2020 году во всем мире будет создано более 10 миллионов рабочих мест, связанных с отраслями возобновляемой энергетики, причем солнечная фотоэлектрическая энергия станет крупнейшим работодателем в области возобновляемых источников энергии. В период с 2019 по 2022 год в секторах чистой энергетики во всем мире было создано около 4,7 миллионов рабочих мест, а к 2022 году их число составит 35 миллионов.

Сравнение затрат

Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) заявило, что около 86% (187 ГВт) возобновляемых мощностей, добавленных в 2022 году, имели более низкие затраты, чем электроэнергия, вырабатываемая из ископаемого топлива. IRENA также заявила, что добавленная мощность с 2000 года сократит счета за электроэнергию в 2022 году как минимум на 520 миллиардов долларов, а в странах, не входящих в ОЭСР, экономия за весь срок эксплуатации от увеличения мощности в 2022 году снизит затраты до 580 миллиардов долларов.

	Установлено ТВп	Рост ТВт/год	Производство за установленный емкость *	Энергия ТВтч/год *	Рост ТВтч/год *	Нормированная стоимость Цен США/кВтч	Из. аукционные цены Цен США/кВтч	Стоимость разработки 2010–2019
Солнечная фотоэлектрическая система	0.580	0.098	13%	549	123	6.8	3.9	−82%
Солнечная CSP	0.006	0.0006	13%	6.3	0.5	18.2	7.5	−47%
Ветер на море	0.028	0.0045	33%	68	11.5	11.5	8.2	−30%
Ветер на берегу	0.594	0.05	25%	1194	118	5.3	4.3	−38%
Гидро	1.310	0.013	38%	4267	90	4.7		+27%
Биоэнергетика	0.12	0.006	51%	522	27	6.6		−13%
Геотермальный	0.014	0.00007	74%	13.9	0.7	7.3		+49%

^* = 2018. Все остальные значения за 2019 год.

Рост возобновляемых источников энергии

Инвестиции и источники

Инвестиции: Компании, правительства и домохозяйства берут на себя все большие обязательства по декарбонизации, включая возобновляемые источники энергии (солнечную, ветровую), электромобили и связанную с ними инфраструктуру зарядки, накопление энергии, энергоэффективные системы отопления, улавливание и хранение углерода, а также водород.

Инвестиции в чистую энергетику выиграли от восстановления экономики после пандемии, глобального энергетического кризиса, связанного с высокими ценами на ископаемое топливо, а также растущей политической поддержки в различных странах.

Страны, наиболее зависимые от ископаемого топлива для производства электроэнергии, сильно различаются по тому, насколько большая часть этой электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников энергии, что приводит к значительным различиям в потенциале роста возобновляемых источников энергии.

Затраты

Нормализованная стоимость: по мере все более широкого внедрения возобновляемых источников энергии затраты снизились, особенно на энергию, вырабатываемую солнечными панелями.
Приведенная стоимость энергии (LCOE) — это мера средней чистой текущей стоимости производства электроэнергии для электростанции в течение ее срока службы.

Прошлые затраты на производство возобновляемой энергии значительно снизились, при этом 62% общего объема производства возобновляемой энергии, добавленного в 2020 году, имеют более низкие затраты, чем самый дешевый новый вариант ископаемого топлива.

« Кривые обучения »: тенденция затрат и развертывания с течением времени, при этом более крутые линии показывают большее снижение затрат по мере продвижения развертывания. По мере более широкого внедрения возобновляемые источники энергии выигрывают от необходимости обучения и экономии за счет масштаба .

Результаты недавнего обзора литературы пришли к выводу, что, поскольку производители парниковых газов (ПГ) начинают нести ответственность за ущерб, причиненный выбросами ПГ, приводящими к изменению климата, высокая стоимость смягчения ответственности обеспечит мощные стимулы для внедрения технологий возобновляемой энергетики. .

За десятилетие 2010–2019 годов мировые инвестиции в мощности возобновляемых источников энергии, за исключением крупных гидроэлектростанций, составили 2,7 триллиона долларов США, из которых вклад крупнейших стран - Китая - 818 миллиардов долларов США, США - 392,3 миллиарда долларов США, Японии - 210,9 миллиардов долларов США, вклада Германии. 183,4 миллиарда долларов США, а Великобритания внесла 126,5 миллиарда долларов США. Это увеличение более чем в три, а возможно, и в четыре раза превышает эквивалентную сумму, инвестированную за десятилетие 2000–2009 годов (данные за 2000–2003 годы отсутствуют).

По оценкам, по состоянию на 2022 год 28% электроэнергии в мире будет производиться за счет возобновляемых источников энергии. Это выше 19% в 1990 году.

Прогнозы на будущее

Смотрите также: Энергетический переход

Согласно прогнозам, к 2023 году производство электроэнергии из ветровых и солнечных источников превысит 30% к 2030 году.

В докладе МЭА за декабрь 2022 года прогнозируется, что в 2022-2027 годах объем возобновляемых источников энергии, согласно его основному прогнозу, вырастет почти на 2 400 ГВт, что соответствует всей установленной мощности Китая в 2021 году. Это на 85% ускорение по сравнению с предыдущими пятью. лет, что почти на 30% выше, чем прогнозировало МЭА в своем отчете за 2021 год, что стало крупнейшим за всю историю пересмотром в сторону повышения. Ожидается, что в течение прогнозируемого периода на долю возобновляемых источников энергии придется более 90% глобального роста электроэнергетических мощностей. МЭА считает, что для достижения нулевых выбросов к 2050 году 90% мирового производства электроэнергии необходимо будет производить из возобновляемых источников.

В июне 2022 года исполнительный директор МЭА Фатих Бироль заявил, что странам следует больше инвестировать в возобновляемые источники энергии, чтобы «ослабить давление на потребителей из-за высоких цен на ископаемое топливо, сделать наши энергетические системы более безопасными и направить мир на путь достижения наших климатических целей».

Китая Пятилетний план до 2025 года включает увеличение прямого отопления за счет возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная энергия и солнечная энергия.

REPowerEU , план ЕС по избавлению от зависимости от ископаемого российского газа , как ожидается, потребует гораздо большего количества экологически чистого водорода .

После переходного периода, Ожидается, что производство возобновляемой энергии будет составлять большую часть мирового производства энергии. В 2018 году компания по управлению рисками DNV GL прогнозирует, что к 2050 году мировой баланс первичной энергии будет поровну разделен между ископаемыми и неископаемыми источниками.

Страны Ближнего Востока также планируют сократить свою зависимость от ископаемого топлива. Многие запланированные «зеленые» проекты будут обеспечивать 26% энергоснабжения региона к 2050 году, обеспечивая сокращение выбросов на 1,1 Гт CO2 в год.

Масштабные проекты возобновляемой энергетики на Ближнем Востоке:

• Солнечный парк Мохаммеда бен Рашида Аль Мактума в Дубе, ОАЭ
• Две (2) солнечные электростанции Шуайба в провинции Мекка, Саудовская Аравия
• Проект NEOM Green Hydrogen в NEOM, Саудовская Аравия
• Проект ветроэнергетики Суэцкого залива в Суэце, Египет
• Солнечный парк Аль-Аджбан в Абу-Даби, ОАЭ

Требовать

В июле 2014 года WWF и Институт мировых ресурсов созвали дискуссию между рядом крупных компаний США, которые заявили о своем намерении увеличить использование возобновляемых источников энергии. В ходе этих обсуждений был выявлен ряд «принципов», которые компании, стремящиеся к более широкому доступу к возобновляемым источникам энергии, считают важными рыночными результатами. Эти принципы включали выбор (между поставщиками и между продуктами), конкурентоспособность затрат, долгосрочные поставки по фиксированной цене, доступ к сторонним механизмам финансирования и сотрудничество.

В статистике Великобритании, опубликованной в сентябре 2020 года, отмечается, что «доля спроса, удовлетворяемого за счет возобновляемых источников энергии, варьируется от низкого уровня в 3,4 процента (для транспорта, в основном за счет биотоплива) до максимума, превышающего 20 процентов для «других конечных пользователей», что в значительной степени является сектор услуг и коммерция, потребляющие сравнительно большое количество электроэнергии, а также промышленность».

В некоторых местах отдельные домохозяйства могут выбрать приобретение возобновляемой энергии в рамках программы потребительской зеленой энергии .

Развивающиеся страны

Этот раздел представляет собой отрывок из книги «Возобновляемые источники энергии в развивающихся странах» . [ редактировать ]

Возобновляемая энергия в развивающихся странах становится все более используемой альтернативой энергии ископаемого топлива , поскольку эти страны наращивают свои поставки энергии и решают проблему энергетической бедности . Технологии возобновляемой энергетики когда-то считались недоступными для развивающихся стран. Однако с 2015 года инвестиции в возобновляемые источники энергии, не связанные с гидроэнергетикой, были выше в развивающихся странах , чем в развитых странах, и в 2019 году составили 54% мировых инвестиций в возобновляемые источники энергии. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что возобновляемые источники энергии обеспечат большую часть роста поставок энергии до 2030 года в Африке, Центральной и Южной Америке, а также 42% роста поставок в Китае.

Большинство развивающихся стран обладают обильными ресурсами возобновляемой энергии, включая солнечную энергию , энергию ветра , геотермальную энергию и биомассу , а также способностью производить относительно трудоемкие системы, которые их используют. Развивая такие источники энергии, развивающиеся страны могут снизить свою зависимость от нефти и природного газа, создавая энергетические портфели, менее уязвимые к росту цен. Во многих случаях эти инвестиции могут быть менее дорогостоящими, чем энергетические системы, работающие на ископаемом топливе.

В Кении геотермальная электростанция Олкария V — одна из крупнейших в мире. Проект Большой плотины Возрождения Эфиопии включает в себя ветряные турбины. в Марокко Планируется, что после завершения строительства солнечная электростанция в Уарзазате будет обеспечивать электроэнергией более миллиона человек.

Политика

Смертность, вызванная использованием ископаемого топлива (области прямоугольников на диаграмме), значительно превышает смертность в результате производства возобновляемой энергии (прямоугольники, едва заметные на диаграмме).

Доля производства электроэнергии из возобновляемых источников энергии, 2022 г.

Политика поддержки возобновляемых источников энергии сыграла жизненно важную роль в их расширении. Если в начале 2000-х годов Европа доминировала в разработке энергетической политики , то сейчас большинство стран мира имеют ту или иную форму энергетической политики.

Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) является межправительственной организацией, занимающейся продвижением внедрения возобновляемых источников энергии во всем мире. Целью проекта является предоставление конкретных политических рекомендаций и содействие наращиванию потенциала и передаче технологий. IRENA была создана в 2009 году, когда 75 стран подписали устав IRENA. По состоянию на апрель 2019 года в состав IRENA входят 160 государств-членов. Тогдашний генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун заявил, что возобновляемая энергия может поднять беднейшие страны на новый уровень процветания. а в сентябре 2011 года он запустил инициативу ООН « Устойчивая энергетика для всех» , направленную на улучшение доступа к энергии, ее эффективности и использования возобновляемых источников энергии.

2015 года Парижское соглашение об изменении климата побудило многие страны разработать или усовершенствовать политику использования возобновляемых источников энергии. В 2017 году в общей сложности 121 страна приняла ту или иную форму политики возобновляемой энергетики. Национальные цели в этом году существовали в 176 странах. Кроме того, существует широкий спектр политик на уровне штата/провинции и на местном уровне. Некоторые коммунальные предприятия помогают планировать или устанавливать системы энергоснабжения жилых домов .

Многие национальные правительства, правительства штатов и местные органы власти создали зеленые банки . Зеленый банк — это квазигосударственное финансовое учреждение, которое использует государственный капитал для привлечения частных инвестиций в экологически чистые энергетические технологии. Зеленые банки используют различные финансовые инструменты для преодоления рыночных разрывов, которые препятствуют внедрению чистой энергии.

Глобальную и национальную политику, связанную с возобновляемыми источниками энергии, можно разделить по секторам:

Сельскохозяйственный

К концу 2023 года в 43 национальных и субнациональных юрисдикциях была принята политика использования возобновляемых источников энергии для этого сектора.

Фискальная и финансовая политика:

Гранты до 60% для фермеров на установку солнечных фотоэлектрических систем в Греции.

ЕС выделил 1,7 млрд евро (1,84 млрд долларов США) на поддержку агровольтаики в Италии.

Чтобы использовать энергоэффективность и точное земледелие для улучшения управления ресурсами, ЕС принял Единую сельскохозяйственную политику на 2023-2027 годы.

Транспорт

Общее число стран, проводящих политику использования возобновляемых источников энергии на транспорте, составляет 65.

Политика в отношении электромобилей

• Фискальные и финансовые стимулы для электрифицированного транспорта в Китае, Франции, Исландии, Индонезии и Польше.
• Мандаты на смешивание биотоплива в Южной Африке.

В авиации

Инициатива ReFuelEU установила мандат на использование 2% экологически чистого авиационного топлива во всех самолетах в аэропортах ЕС к 2025 году с постепенным увеличением до 70% к 2070 году.

Здание

• Новая директива ЕС по возобновляемым источникам энергии предусматривает, что к 2030 году в зданиях будет использоваться как минимум 49% возобновляемых источников энергии.
• Благоприятная политика в отношении тепловых насосов в 18 странах.
• Законодательство, призывающее к замене всех систем отопления, работающих на ископаемом топливе, в Германии.

Промышленность

• Закон США о снижении инфляции
• Пакет RePowerEU
• Программа зеленой трансформации Японии

Климатическая нейтральность к 2050 году является главной целью Европейского «Зеленого курса» . Одной из целей Европейского Союза по достижению климатической нейтральности является декарбонизация своей энергетической системы путем достижения «нулевых выбросов парниковых газов к 2050 году».

Финансы

В отчете Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) за 2023 год о финансировании возобновляемых источников энергии отмечается устойчивый рост инвестиций с 2018 года: 348 миллиардов долларов США в 2020 году (рост на 5,6% по сравнению с 2019 годом), 430 миллиардов долларов США в 2021 году (рост на 24% по сравнению с 2020 годом), и 499 млрд долларов США в 2022 году (рост на 16%). Эта тенденция обусловлена ​​растущим признанием роли возобновляемых источников энергии в смягчении последствий изменения климата и повышении энергетической безопасности , а также интересом инвесторов к альтернативам ископаемому топливу. Такая политика, как льготные тарифы в Китае и Вьетнаме, значительно увеличила внедрение возобновляемых источников энергии. Кроме того, с 2013 по 2022 год затраты на установку солнечных фотоэлектрических (PV), береговых и морских ветровых установок упали на 69%, 33% и 45% соответственно, что сделало возобновляемые источники энергии более экономически эффективными.

В период с 2013 по 2022 год в секторе возобновляемых источников энергии произошла значительная переориентация инвестиционных приоритетов. Заметно увеличились инвестиции в технологии солнечной и ветровой энергетики. Напротив, другие возобновляемые технологии, такие как гидроэнергетика (включая гидроаккумулирующие гидроэлектростанции ), биомасса , биотопливо , геотермальная и морская энергия , испытали существенное снижение финансовых инвестиций. Примечательно, что с 2017 по 2022 год инвестиции в эти альтернативные возобновляемые технологии сократились на 45%, упав с 35 миллиардов долларов США до 17 миллиардов долларов США.

В 2023 году в секторе возобновляемых источников энергии произошел значительный всплеск инвестиций, особенно в солнечные и ветровые технологии, на общую сумму около 200 миллиардов долларов США, что на 75% больше, чем в предыдущем году. Увеличение инвестиций в 2023 году составило от 1% до 4% ВВП в ключевых регионах, включая США, Китай, Европейский Союз и Индию.

Энергетический сектор ежегодно получает инвестиции в размере около 3 триллионов долларов США, из которых 1,9 триллиона долларов США направляются на экологически чистые энергетические технологии и инфраструктуру. Для достижения целей, установленных в сценарии «Чистые нулевые выбросы » (NZE) к 2035 году, эти инвестиции должны увеличиться до 5,3 триллионов долларов США в год.

Дебаты

Основные статьи: Дебаты о возобновляемых источниках энергии , Зеленая работа и Прерывистый источник энергии.

Дополнительная информация: Смягчение последствий изменения климата § Обзоры, стратегии и сравнение мер.

Большинство респондентов климатического исследования, проведенного Европейским инвестиционным банком в 2021–2022 годах , говорят, что страны должны поддерживать возобновляемые источники энергии для борьбы с изменением климата.

Тот же опрос, проведенный годом позже, показывает, что возобновляемые источники энергии считаются инвестиционным приоритетом в Европейском Союзе, Китае и США.

Атомная энергетика предлагается в качестве возобновляемой энергии

в Атомная электростанция Лейбштадт Швейцарии.

Этот раздел представляет собой отрывок из статьи «Атомная энергия, предложенная в качестве возобновляемой энергии» . [ редактировать ]

Следует ли считать ядерную энергетику формой возобновляемой энергии, является постоянным предметом дискуссий. Законодательные определения возобновляемой энергии обычно исключают многие существующие технологии ядерной энергетики, за заметным исключением штата Юта . взятые из словарей, Определения технологий возобновляемой энергетики, часто опускают или явно исключают упоминание источников ядерной энергии, за исключением естественного тепла ядерного распада, вырабатываемого на Земле .

, самое распространенное топливо, используемое на обычных атомных электростанциях , уран-235 является «невозобновляемым», По данным Управления энергетической информации однако организация ничего не говорит о переработанном МОКС-топливе . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии не упоминает ядерную энергетику в своем определении «основ энергетики».

В 1987 году Комиссия Брундтланд (WCED) отнесла реакторы деления, которые производят больше делящегося ядерного топлива , чем потребляют ( реакторы-размножители , а в случае разработки и термоядерную энергию ), среди традиционных возобновляемых источников энергии , таких как солнечная энергия и гидроэнергетика . Мониторинг и хранение радиоактивных отходов также необходимы при использовании других возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная энергия.

Геополитика

Смотрите также: Россия в европейской энергетике

Концепция суперсетки

Геополитическое воздействие растущего использования возобновляемых источников энергии является предметом постоянных дискуссий и исследований. Многие страны-производители ископаемого топлива, такие как Катар , Россия , Саудовская Аравия и Норвегия , в настоящее время способны оказывать дипломатическое или геополитическое влияние благодаря своему нефтяному богатству. Ожидается, что большинство из этих стран окажутся в числе геополитических «проигравших» энергетического перехода, хотя некоторые, например Норвегия, также являются крупными производителями и экспортерами возобновляемой энергии. Ископаемое топливо и инфраструктура для его добычи могут в долгосрочной перспективе стать бесполезными активами . Было высказано предположение, что страны, зависящие от доходов от ископаемого топлива, однажды могут обнаружить, что в их интересах быстро распродать оставшиеся запасы ископаемого топлива.

И наоборот, ожидается, что страны, богатые возобновляемыми ресурсами и минералами, необходимыми для технологий возобновляемых источников энергии, получат влияние. В частности, Китай стал доминирующим в мире производителем технологий, необходимых для производства или хранения возобновляемой энергии, особенно солнечных панелей , ветряных турбин и литий-ионных батарей . Страны, богатые солнечной и ветровой энергией, могут стать крупными экспортерами энергии. Некоторые из них могут производить и экспортировать зеленый водород . хотя, согласно прогнозам, в 2050 году электроэнергия станет доминирующим энергоносителем , на долю которого будет приходиться почти 50% общего потребления энергии (по сравнению с 22% в 2015 году). Страны с большими незаселенными территориями, такие как Австралия, Китай и многие страны Африки и Ближнего Востока, имеют потенциал для создания огромных установок возобновляемой энергии. Производство технологий возобновляемой энергетики требует редкоземельных элементов с новыми цепочками поставок.

Страны с уже слабыми правительствами, которые полагаются на доходы от ископаемого топлива, могут столкнуться с еще большей политической нестабильностью или народными волнениями. Аналитики считают, что Нигерия, Ангола , Чад , Габон и Судан , страны с историей военных переворотов , находятся под угрозой нестабильности из-за сокращения доходов от нефти.

Исследование показало, что переход от ископаемого топлива к системам возобновляемой энергии снижает риски, связанные с добычей полезных ископаемых, торговлей и политической зависимостью, поскольку системы возобновляемой энергии не нуждаются в топливе – они зависят от торговли только для приобретения материалов и компонентов во время строительства.

В октябре 2021 года европейский комиссар по борьбе с изменением климата Франс Тиммерманс предположил, что «лучший ответ» на глобальный энергетический кризис 2021 года — «уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива». Он сказал, что те, кто обвиняет европейский «Зеленый курс», делают это «возможно, по идеологическим причинам, а иногда и по экономическим причинам, направленным на защиту своих корыстных интересов». Некоторые критики обвинили Систему торговли выбросами Европейского Союза (EU ETS) и закрытие атомных электростанций в содействии энергетическому кризису. Президент Европейской комиссии Урсула фон дер Ляйен заявила, что Европа «слишком зависит» от природного газа и слишком зависит от его импорта . По словам Фон дер Ляйена, «ответ должен быть связан с диверсификацией наших поставщиков… и, что особенно важно, с ускорением перехода к экологически чистой энергии».

Добыча металлов и полезных ископаемых

См. Также: Экологический след электромобилей и редкоземельный элемент § Экологические соображения.

Переход на возобновляемую энергетику требует увеличения добычи некоторых металлов и минералов. Как и всякая добыча полезных ископаемых, это влияет на окружающую среду. и может привести к экологическому конфликту . Для энергии ветра требуется большое количество меди и цинка, а также меньшее количество более редкого металла неодима . Солнечная энергетика менее ресурсоемка, но все же требует значительного количества алюминия. Для расширения электрических сетей необходимы как медь, так и алюминий. В батареях, которые имеют решающее значение для хранения возобновляемой энергии, используется большое количество меди, никеля, алюминия и графита. Ожидается, что спрос на литий вырастет в 42 раза с 2020 по 2040 год. Спрос на никель, кобальт и графит, как ожидается, вырастет примерно в 20–25 раз. В добыче каждого из наиболее важных минералов и металлов доминирует одна страна: медь в Чили , никель в Индонезии , редкоземельные элементы в Китае , кобальт в Демократической Республике Конго (ДРК) и литий в Австралии . Китай доминирует в переработке всех этих товаров.

Переработка этих металлов после того, как устройства, в которые они встроены, израсходованы, необходима для создания экономики замкнутого цикла и обеспечения устойчивости возобновляемых источников энергии. К 2040 году переработка меди , лития , кобальта и никеля из отработанных батарей может снизить совокупную потребность в первичных источниках этих минералов примерно на 10%.

Спорным подходом является глубоководная добыча полезных ископаемых . Минералы можно собирать из новых источников, таких как полиметаллические конкреции, лежащие на морском дне . Это нанесет ущерб местному биоразнообразию, но сторонники отмечают, что биомассы на богатом ресурсами морском дне гораздо меньше, чем в горнодобывающих регионах на суше, которые часто встречаются в уязвимых местах обитания, таких как тропические леса.

Из-за совместного присутствия редкоземельных и радиоактивных элементов ( тория , урана и радия ) добыча редкоземельных элементов приводит к образованию низкоактивных отходов . В нескольких африканских странах переход к «зеленой» энергетике привел к буму добычи полезных ископаемых, что привело к вырубке лесов и поставило под угрозу уже находящиеся под угрозой исчезновения виды.

Заповедники

Установки, используемые для производства ветровой, солнечной и гидроэнергии, представляют собой растущую угрозу ключевым заповедным территориям, при этом объекты строятся на территориях, отведенных для охраны природы, и других экологически чувствительных зонах. Они часто намного больше, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, и для производства эквивалентного количества энергии им нужны площади земли в 10 раз больше, чем угля или газа. Более 2000 объектов возобновляемой энергетики построены и еще больше строятся в районах, имеющих экологическое значение и угрожающих среде обитания видов растений и животных по всему миру. Команда авторов подчеркнула, что их работу не следует интерпретировать как направленную против возобновляемых источников энергии, поскольку возобновляемые источники энергии имеют решающее значение для сокращения выбросов углекислого газа. Ключевым моментом является обеспечение того, чтобы объекты возобновляемой энергетики строились в местах, где они не наносят ущерба биоразнообразию.

В 2020 году ученые опубликовали карту мира территорий, содержащих возобновляемые источники энергии, а также оценки их совпадения с «ключевыми территориями биоразнообразия», «остающейся дикой природой» и « охраняемыми территориями ». Авторы считают, что тщательное стратегическое планирование . необходимо

Переработка солнечных батарей

Солнечные панели перерабатываются, чтобы уменьшить количество электронных отходов и создать источник материалов, которые в противном случае пришлось бы добывать. но такой бизнес все еще невелик, и работа по улучшению и расширению этого процесса продолжается.

Общество и культура

Общественная поддержка

Принятие ветровых и солнечных электростанций в своем сообществе сильнее среди демократов США (синий), а атомных электростанций сильнее среди республиканцев США (красный).

Солнечные электростанции могут составить пашне конкуренцию в то время как береговые ветряные электростанции часто сталкиваются с сопротивлением из-за эстетических проблем и шума. Таких противников часто называют НИМБИ («не на моем заднем дворе»). Некоторые экологи обеспокоены фатальными столкновениями птиц и летучих мышей с ветряными турбинами. Хотя протесты против новых ветряных электростанций время от времени происходят по всему миру, региональные и национальные исследования обычно находят широкую поддержку как солнечной, так и ветровой энергии.

Ветроэнергетика, принадлежащая общинам, иногда предлагается как способ увеличения местной поддержки ветряных электростанций. В документе правительства Великобритании от 2011 года говорится, что «проекты, как правило, имеют больше шансов на успех, если они имеют широкую общественную поддержку и согласие местных сообществ. Это означает предоставление сообществам права голоса и заинтересованности». В 2000-х и начале 2010-х годов многие проекты возобновляемой энергетики в Германии, Швеции и Дании принадлежали местным сообществам, в частности через кооперативные структуры. В последующие годы крупные компании осуществили все больше установок в Германии. однако общинная собственность в Дании остается сильной.

История

См. Также: История политики и политики в области изменения климата.

До развития угля в середине 19 века почти вся используемая энергия была возобновляемой. Самое старое известное использование возобновляемой энергии в виде традиционной биомассы для разжигания пожаров датируется более миллиона лет назад. Использование биомассы для сжигания огня стало обычным явлением лишь спустя много сотен тысяч лет. Вероятно, вторым старейшим способом использования возобновляемой энергии является использование ветра для управления кораблями по воде. Эту практику можно проследить примерно 7000 лет назад, на кораблях в Персидском заливе и на Ниле. использовалась Геотермальная энергия горячих источников для купания со времен палеолита и для обогрева помещений со времен Древнего Рима. Во времена письменной истории основными источниками традиционной возобновляемой энергии были человеческий труд , энергия животных , энергия воды , ветер, ветряные мельницы для измельчения зерна и дрова , традиционная биомасса.

В 1885 году Вернер Сименс , комментируя открытие фотоэлектрического эффекта в твёрдом состоянии, писал:

В заключение я бы сказал, что, как бы велика ни была научная значимость этого открытия, его практическая ценность будет не менее очевидна, если мы задумаемся о том, что поставки солнечной энергии одновременно безграничны и бесплатны и что она будет продолжать изливаться. обрушивались на нас на протяжении бесчисленных веков после того, как все запасы угля на земле были исчерпаны и забыты.

Макс Вебер упомянул об окончании ископаемого топлива в заключительных абзацах своей книги «Протестантская этика и дух капитализма», опубликованной в 1905 году. Разработка солнечных двигателей продолжалась до начала Первой мировой войны. Важность солнечной энергии была признана в статье Scientific American 1911 года : «в далеком будущем природное топливо исчерпанное [солнечная энергия] останется единственным средством существование рода человеческого».

Теория пика нефти была опубликована в 1956 году. В 1970-х годах экологи способствовали развитию возобновляемых источников энергии как в качестве замены возможного истощения нефти , так и для избавления от зависимости от нефти, и появились первые ветряные турбины, генерирующие электроэнергию . Солнечная энергия уже давно использовалась для отопления и охлаждения, но до 1980 года солнечные панели были слишком дорогими для строительства солнечных ферм.

Новые государственные расходы, регулирование и политика помогли отрасли возобновляемых источников энергии пережить глобальный финансовый кризис 2009 года лучше, чем многим другим секторам. В 2022 году на долю возобновляемых источников энергии пришлось 30% мирового производства электроэнергии по сравнению с 21% в 1985 году.

См. также

• Распределенная генерация – Децентрализованное производство электроэнергии
• Эффективное использование энергии – Энергоэффективность
• Энергетическая безопасность – соображения национальной безопасности, связанные с доступностью энергии
• Поэтапный отказ от ископаемого топлива – постепенное сокращение использования и производства ископаемого топлива.
• Энергетический переход – значительные структурные изменения в энергетической системе.
• Хранение тепловой энергии – Технологии хранения тепловой энергии
• Список стран по производству возобновляемой электроэнергии
• Список тем возобновляемой энергетики по странам и территориям
• Возобновляемое тепло – Применение возобновляемых источников энергии

Ссылки

Источники

• «Ежегодные базовые технологии электроэнергетики (ATB) 2021» . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США. 2021. Архивировано из оригинала 18 июля 2021 года . Проверено 18 июля 2021 г.
• Статистика возобновляемых источников энергии, 2024 год . Абу-Даби: Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Март 2024 г. ISBN  978-92-9260-587-2 . Проверено 28 марта 2023 г.
• Отчет о состоянии возобновляемой энергетики в мире за 2010 год (PDF) . Париж: Секретариат REN21. 2010. Архивировано (PDF) из оригинала 10 июля 2021 года . Проверено 18 июля 2021 г.
• Отчет о глобальном состоянии возобновляемых источников энергии за 2011 год (PDF) . Париж: Секретариат REN21. 2011. Архивировано (PDF) из оригинала 10 июля 2021 года . Проверено 18 июля 2021 г.
• Отчет о состоянии возобновляемой энергетики в мире в 2021 году (PDF) . Париж: Секретариат REN21. 2021. ISBN  978-3-948393-03-8 . Архивировано (PDF) из оригинала 15 июня 2021 года . Проверено 25 июля 2021 г.
• Отчет о глобальном будущем возобновляемых источников энергии: большие дебаты о 100% возобновляемой энергии (PDF) . Париж: Секретариат REN21. 2017. ISBN  978-3-9818107-4-5 . Архивировано (PDF) из оригинала 12 июня 2021 года . Проверено 25 июля 2021 г.

• «Затраты на производство возобновляемой энергии в 2019 году» (PDF) . ИРЕНА. 2020.
• «Статистика возобновляемых мощностей 2020» . ИРЕНА. 2020.
• «Статистика возобновляемой энергетики 2020» . ИРЕНА. 2020.

Внешние ссылки

• «Затраты на производство возобновляемой энергии в 2022 году» (PDF) . IRENA.org . Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA). 2022. Архивировано (PDF) из оригинала 30 августа 2023 года. ISBN 978-92-9260-544-5.
• Обзор чистой энергии от Министерства энергетики США.
• Energypedia – вики-платформа для совместного обмена знаниями о возобновляемых источниках энергии в развивающихся странах.
• Страны не на пути к достижению 100% систем возобновляемой энергетики