Возобновляемая энергия становится все более важной проблемой в современном мире. В дополнение к растущей стоимости ископаемого топлива и угрозе изменения климата, в этой области также произошли позитивные изменения, которые включают повышение эффективности, а также снижение цен.
Все это увеличило спрос на альтернативную энергию и ускорило переход к более чистым, более устойчивым методам производства электроэнергии. Однако важно отметить, что существует много видов - биомасса, солнечная, ветровая, приливная и геотермальная энергия - и что у каждого есть своя доля преимуществ и недостатков.
Биомасса:
Наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии является биомасса. Биомасса просто относится к использованию органических материалов и превращению их в другие виды энергии, которые могут быть использованы. Хотя некоторые формы биомассы использовались на протяжении веков - например, сжигание древесины - другие, более новые методы, сосредоточены на методах, которые не производят углекислый газ.
Например, есть чистое горящее биотопливо, которое является альтернативой нефти и газу. В отличие от ископаемого топлива, которое производится в результате геологических процессов, биотопливо производится в результате биологических процессов, таких как сельское хозяйство и анаэробное сбраживание. Обычным топливом, связанным с этим процессом, является биоэтанол, который создается путем сбраживания углеводов, полученных из сахарных или крахмальных культур (таких как кукуруза, сахарный тростник или сладкое сорго), для создания спирта.
Другое распространенное биотопливо известно как биодизельное топливо, которое производится из масел или жиров с использованием процесса, известного как переэтерификация - где молекулы кислоты обмениваются на спирт с помощью катализатора. Эти виды топлива являются популярной альтернативой бензину и могут сжигаться в транспортных средствах, которые были переоборудованы для работы на них.
Солнечная энергия:
Солнечная энергия (она же фотоэлектрическая) является одним из самых популярных и быстрорастущих источников альтернативной энергии. Здесь процесс включает в себя солнечные элементы (обычно сделанные из кусочков кристаллического кремния), которые используют фотоэлектрический (PV) эффект для поглощения фотонов и преобразования их в электроны. Между тем, солнечная тепловая энергия (другая форма солнечной энергии) полагается на зеркала или линзы, чтобы сконцентрировать большую площадь солнечного света или солнечную тепловую энергию (STE) на небольшой площади (то есть солнечном элементе).
Первоначально фотоэлектрическая энергия использовалась только для малых и средних операций, начиная от устройств на солнечных батареях (таких как калькуляторы) и заканчивая домашними батареями. Однако с 1980-х годов коммерческие концентрированные солнечные электростанции стали гораздо более распространенными. Мало того, что они являются относительно недорогим источником энергии, где энергосистема неудобна, слишком дорога или просто недоступна; Повышение эффективности солнечных элементов и снижение цен делают солнечную энергию конкурентоспособной с традиционными источниками энергии (то есть ископаемое топливо и уголь).
Сегодня солнечная энергия все чаще используется в ситуациях, связанных с энергосистемой, как способ подачи низкоуглеродной энергии в энергосистему. К 2050 году Международное энергетическое агентство ожидает, что солнечная энергия, включая операции STE и PV, будет составлять более 25% рынка, что сделает ее крупнейшим в мире источником электроэнергии (большинство установок будет развернуто в Китае и Индии).
Сила ветра:
Ветроэнергетика использовалась на протяжении тысячелетий для подъема парусов, ветряных мельниц или для создания давления для водяных насосов. Использование ветра для выработки электричества было предметом исследований с конца 19 века. Тем не менее, только благодаря крупным усилиям по поиску альтернативных источников энергии в 20-м веке ветроэнергетика стала центром значительных исследований и разработок.
По сравнению с другими видами возобновляемой энергии энергия ветра считается очень надежной и устойчивой, поскольку ветер постоянен из года в год и не уменьшается в часы пик спроса. Первоначально строительство ветряных электростанций было дорогостоящим предприятием. Но благодаря недавним усовершенствованиям ветроэнергетика начала устанавливать пиковые цены на оптовых рынках энергии по всему миру и сокращать доходы и прибыль отрасли ископаемого топлива.
Согласно отчету, опубликованному в марте этого года Министерством энергетики, рост энергии ветра в Соединенных Штатах может привести к созданию еще более высококвалифицированных рабочих мест во многих категориях. Этот документ, озаглавленный «Видение ветра: новая эра ветроэнергетики в Соединенных Штатах», указывает, что к 2050 году на долю промышленности может приходиться до 35% производства электроэнергии в США.
Кроме того, в прошлом году Глобальный совет по ветроэнергетике и Гринпис Интернэшнл собрались вместе, чтобы опубликовать отчет под названием «Глобальная перспектива ветроэнергетики 2014». В этом отчете указывалось, что во всем мире к 2050 году ветроэнергетика может обеспечить до 25–30% мирового электричества. На момент написания отчета общая мощность коммерческих установок в более чем 90 странах составляла 318 гигаватт (ГВт), обеспечивая около 3% мирового предложения.
Приливная сила:
Подобно энергии ветра, приливная сила считается потенциальным источником возобновляемой энергии, потому что приливы устойчивы и предсказуемы. Подобно ветряным мельницам, приливные мельницы используются со времен Древнего Рима и Средневековья. Поступающая вода хранилась в больших прудах, и по мере того, как происходили приливы, они поворачивали водяные колеса, которые генерировали механическую энергию для измельчения зерна.
Только в 19 веке в США и Европе был введен процесс использования падающей воды и вращающихся турбин для производства электроэнергии. И только с 20-го года эти виды операций были переоборудованы для строительства вдоль береговых линий, а не только рек.
Традиционно приливная сила страдала от относительно высокой стоимости и ограниченной доступности мест с достаточно высокими диапазонами приливов или скоростями потока. Однако многие недавние технологические разработки и усовершенствования, как в конструкции, так и в турбостроении, указывают на то, что общая доступность приливной мощности может быть намного выше, чем предполагалось ранее, и что экономические и экологические затраты могут быть снижены до конкурентного уровня.
Первая в мире крупномасштабная приливная электростанция - это электростанция Rance Tidal во Франции, которая вступила в строй в 1966 году. А в Оркни, Шотландия, первый в мире испытательный центр морской энергии - Европейский центр морской энергии (EMEC) - был создан в 2003 год, чтобы начать развитие индустрии волновой и приливной энергии в Великобритании.
В 2015 году первая в мире волновая электростанция (CETO, названная в честь греческой богини моря) была подключена к сети у побережья Западной Австралии. Эта электростанция, разработанная компанией Carnegie Wave Energy, работает под водой и использует подводные буи для накачки ряда насосов на морском дне, которые в свою очередь вырабатывают электричество.
Геотермальные:
Геотермальное электричество является еще одной формой альтернативной энергии, которая считается устойчивой и надежной. В этом случае тепловая энергия поступает от Земли - обычно из магматических трубопроводов, горячих источников или гидротермальной циркуляции - для вращения турбин или обогрева зданий. Это считается надежным, потому что Земля содержит 1031 тепловой энергии в джоулях, которая естественным образом поступает на поверхность за счет проводимости со скоростью 44,2 тераватт (ТВТ) - это более чем вдвое превышает текущее потребление энергии человечеством.
Одним из недостатков является тот факт, что эта энергия является диффузной, и ее можно дешево использовать только в определенных местах. Однако в некоторых регионах мира, таких как Исландия, Индонезия и другие регионы с высоким уровнем геотермальной активности, это легко доступный и экономически эффективный способ снижения зависимости от ископаемого топлива и угля для выработки электроэнергии. К странам, производящим более 15 процентов своей электроэнергии из геотермальных источников, относятся Сальвадор, Кения, Филиппины, Исландия и Коста-Рика.
По состоянию на 2015 год мировая мощность геотермальной энергии составляет 12,8 гигаватт (ГВт), которая, как ожидается, вырастет до 14,5–17,6 ГВт к 2020 году. Более того, по оценкам Ассоциации геотермальной энергии (GEA), только 6,5 процента от общего мирового потенциала было использовано. до сих пор, пока МГЭИК сообщила, что потенциал геотермальной энергии находится в диапазоне от 35 ГВт до 2 ТВТ.
Проблемы с усыновлением:
Одна проблема со многими формами возобновляемой энергии состоит в том, что они зависят от природных условий - ветра, водоснабжения и достаточного количества солнечного света - что может налагать ограничения. Другой проблемой были относительные расходы многих видов альтернативной энергии по сравнению с традиционными источниками, такими как нефть и природный газ. До самого недавнего времени эксплуатация угольных или масляных электростанций была дешевле, чем инвестирование миллионов в строительство крупных солнечных, ветровых, приливных или геотермальных операций.
Однако продолжающиеся улучшения в производстве солнечных элементов, ветряных турбин и другого оборудования - не говоря уже об улучшении количества произведенной энергии - привели к тому, что многие виды альтернативной энергии становятся конкурентоспособными по сравнению с другими методами. Во всем мире нации и общины активизируют переход к более чистым, более устойчивым и более самодостаточным методам.
Мы написали много интересных статей об альтернативной энергии в журнале Space. Вот что такое альтернативная энергия? Что такое солнечная энергия? и Откуда берется геотермальная энергия? Может ли мир работать на солнечной энергии и энергии ветра? и Сбор солнечной энергии из космоса.
Вы также должны проверить Национальную лабораторию возобновляемой энергии и Проект политики возобновляемой энергии.
У Astronomy Cast также есть эпизод на эту тему. Вот Эпизод 51: Земля.
Источники:
- Википедия - Возобновляемая энергия
- Управление энергетической информации США - возобновляемые и альтернативные виды топлива
