Что такое возобновляемая энергетика
Что такое ВИЭ. Объясняем простыми словами
ВИЭ (возобновляемые источники энергии) — природные ресурсы или процессы, из которых получают энергию и которые по человеческим меркам являются неистощаемыми или возобновляются быстрее, чем расходуются.
Проще говоря, к ВИЭ относят солнечные, ветряные, волновые и приливные электростанции, ГЭС на средних и малых реках, геотермальные станции, биотопливо.
ВИЭ рассматривают как альтернативу ископаемым видам топлива (уголь, торф, нефть, природный газ, урановая руда). Последние тоже возобновляемые, но на это требуется гораздо больше времени и по прогнозам они могут быть исчерпаны достаточно скоро. Кроме того, при сгорании они выделяют в атмосферу углекислый газ, который способствует росту парникового эффекта и глобальному потеплению. В противопоставление этому большинство ВИЭ относят к так называемой зелёной энергетике — то есть экологически чистой, не загрязняющей окружающую среду.
Пример употребления на «Секрете»
«В последние годы использование ВИЭ становится всё выгоднее, поэтому выбор всё чаще падает на них, особенно когда речь идёт об удалённых пунктах, куда трудно доставлять ископаемое топливо для традиционной генерации».
(Начальник управления инновационного развития «РусГидро» — в колонке о мире после нефти и газа.)
Нюансы
Кроме неисчерпаемости/возобновляемости и экологичности, выделяют следующие преимущества ВИЭ:
Противники возобновляемой энергетики выдвигают следующие аргументы:
Некоторые возобновляемые источники энергии относятся к традиционным и не включаются в зелёную энергетику. Например, это гидроэлектростанции на больших реках и отопление дровами. Крупные плотинные ГЭС влияют на речную экосистему, а их искусственные водохранилища становятся источником выбросов парниковых газов. Сжигание дров малоэффективно с точки зрения получения тепла, но при этом связано с существенным загрязнением окружающей среды.
«Зеленый» курс: какое будущее ждет альтернативные источники энергии
Что такое альтернативные источники энергии
Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.
Виды альтернативных источников энергии
1. Солнечная энергия
Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.
2. Энергия ветра
Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.
Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.
3. Энергия воды
Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.
4. Геотермальная энергия
Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.
5. Биоэнергетика
Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.
6. Энергия приливов и отливов
Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.
Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.
Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.
В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.
Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.
Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.
Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.
Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.
В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.
Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.
Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина
Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.
В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.
Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.
100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.
Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.
«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.
Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ
Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.
Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.
Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.
Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.
Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.
Возобновляемая энергетика
Солнце, ветер и вода – три составляющих, которые подразумеваются при обсуждении возобновляемой энергии. И хотя это понятие охватывает гораздо больше, они являются наиболее устойчивой альтернативой ископаемым источникам, таким как нефть, уголь и их производные. Считается, что возобновляемая энергетика – ключ к обеспечению благоприятного будущего нашей планеты. Поэтому, например, Европейский инвестиционный банк принял решение с 2022 года не финансировать энергетические проекты с применением ископаемого топлива.
Используемые источники
Наблюдая за природой, можно заметить различные источники возобновляемой энергии. Необходимо просто найти способ преобразовать этот ресурс в электрический:
Характеристики отрасти
Возобновляемые источники энергии известны как альтернативные (или «зеленые»). Их сильные стороны – это минимальное воздействие на окружающую среду и использование бесплатных, неисчерпаемых ресурсов.
Недостатки альтернативной энергетики:
Одной из важнейших задач альтернативной энергетики является развитие возможностей хранения или аккумулирования электроэнергии. Это позволит значительно смягчить сезонные или погодные колебания.
Развитие возобновляемой энергетики в мире
Согласно исследованиям, начиная с середины 2010-х годов, в строительство солнечных, ветряных и гидроэлектростанций инвестируется в два раза больше, чем в энергетику на ядерном и ископаемом топливе.
Лидером в развитии возобновляемой энергетики в мире в течение многих лет является Китай. Он вкладывает в солнечную, ветряную и гидроэнергетику в три раза больше, чем европейские страны, а также США. Европа когда-то была пионером в этой отрасли, но в последнее время темпы ее роста здесь замедлились.
На первый план выходят развивающиеся страны и государства третьего мира. Маршалловы и Соломоновы острова, Руанда, Гвинея-Бисау и многие другие страны инвестируют в возобновляемую энергетику наравне с некоторыми развитыми государствами. Впервые миллионы людей, особенно в Азии и Африке, получили электричество через так называемую домашнюю систему, состоящую из солнечных модулей, аккумуляторных батарей и светодиодного освещения, которое подается посредством специально выстроенной электросети в деревне.
Китай – это страна не только с самым высоким потреблением электричества в мире. 30% от всей производимой энергии там получают от возобновляемых источников. На втором месте – США, на третьей позиции – Бразилия.
Страны-лидеры в развитии различных видов альтернативной энергии:
В Африке находится самый большой потенциал возобновляемых источников энергии. Общая мощность производства альтернативной электроэнергии на всем континенте составляет всего 46 ГВт. Суммарная производительность ветрогенераторов на континенте – только 9% от мощности таких же установок в Германии, а солнечных энергетических – 13%. И это несмотря на обычно благоприятные природные условия для производства ветровой и солнечной энергии.
За 2018 год в мире было выработано электроэнергии из возобновляемых источников:
Отдельные технологии в разных странах имеют разный коэффициент использования. В Бразилии, Канаде, Китае, России и Норвегии подавляющая часть электроэнергии из возобновляемых источников производится на гидроэлектростанциях (В Канаде, России и Норвегии – до 90%). В США, Индии, Японии и Италии эта доля велика, но значительно ниже, чем в вышеупомянутых трех странах. Но, к примеру, в Германии ситуация совершенно иная. Там большая часть электроэнергии из альтернативных источников вырабатывается на ветрогенераторных установках, а доля гидроэнергетики составляет всего 7%.
Развитие возобновляемой энергетики в РФ
Россия является одним из мировых лидеров в использовании электроэнергии от возобновляемых источников, но только в области гидроэнергетики. Все остальные направления развиты недостаточно, хотя страна обладает значительным природным потенциалом.
Факторы, мешающие вплотную заниматься альтернативной энергетикой:
В 2019 году Правительство РФ приняло решение стимулировать развитие солнечной и ветровой энергетики, доведя ее долю до 1% (5 гВт) в общей выработке.
Ветроэнергетика
Одно из самых перспективных направлений для развития. В РФ существует достаточное количество зон, благоприятных для установки ветрогенераторов. Это степные районы, предгорья Алтая, Урала и Кавказа, морские побережья.
Сейчас уже построены парки ветрогенераторов в Крыму, Башкирии, на Камчатском полуострове, в Калининградской области. Самая мощная ветровая электростанция по проектной мощности – Адыгейская ВЭС, находится в стадии активного строительства. Планируется, что там будет установлено 60 ветроэнергетических установок суммарной мощностью 150 мВт. Первый ветрогенератор смонтирован летом 2019 года.
Солнечная энергетика
Отличными природными условиями для развития солнечной энергетики обладает Юг России. Наша страна наладила выпуск солнечных панелей, которые устанавливаются при строительстве электростанций. Мощность уже построенных СЭС составляет от 0,1 до 75 мВт. Самая крупная СЭС – «Перово», расположена в Крыму. Ее установленная производительность – 105,56 мВт. Она способна вырабатывать 132,5 млн кВт⋅ч электроэнергии. Занимаемая территория под солнечные модули – около 200 га, или 259 полей для игры в футбол.
Геотермальная энергетика
По данным специалистов, на территории РФ сосредоточен потенциал энергии от геотермальных источников, превышающий запасы ископаемого топлива. Основные территории его концентрации – полуостров Камчатка и острова Курильской гряды, но присутствуют источники также на Кавказе, в Калининградской области, Западной Сибири. Разведанные объемы геотермальных вод – почти 14 млн кубометров горячей воды. Это соответствует 30 млн тонн топливных ресурсов.
Пока все построенные геотермальные электростанции России располагаются на Камчатке. Мощнейшая из них (50 мВт) – Мутновская ГеоЭС. Она функционирует на непосредственном использовании пара, поступающего из пробуренных скважин. Среднегодовая выработка – 350 млн кВт⋅ч, она покрывает около 1/5 энергопотребления в центральном энергетическом узле Камчатки.
Биоэнергетика
Тепловые электростанции В США и Западной Европе давно используют биотопливо. Поэтому спрос на биомассу высок. Россия является крупнейшим производителем твердотопливных гранул (биомассы) в мире. Она уступает только Канаде и США. Однако собственных электростанций, работающих на биотопливе в РФ, крайне мало, а все предприятия, выпускающие его, ориентированы на экспорт.
Построены несколько ТЭС, использующие биомассу, но они не обладают значительной мощностью. Однако некоторые области РФ, например, Вологодская, используют биотопливо в котельных, постепенно отказываясь в его пользу от других видов.
Применение технологий метанового сбраживания для получения биогаза лишь недавно начало использоваться в России, в то время как они давно и успешно действуют в европейских странах, особенно в Швеции, для производства тепловой и электрической энергии. Каждый год в РФ получается 60 млн тонн отходов животноводства и 165 млн тонн бытового и промышленного мусора, которые пригодны для переработки. Если применять метановое сбраживание, то можно вырабатывать 70 млрд кубических метров биогаза, что эквивалентно примерно 35 млн тонн бензина или дизельного топлива. Такое количество способно произвести 144 000 гВт⋅ч электроэнергии.
Развитие биогазовых энергетических комплексов в России тормозится большими сроками их окупаемости – до 15 лет, а также необходимостью значительных финансовых вложений. Не всегда возможно применение уже готовых технологий в российских реалиях. При строительстве таких установок приходится учитывать присутствие достаточного количества отходов в выбранном месте и климатические условия.
Энергия приливов
Использование энергии морских волн и приливных явлений – одно из направлений развития возобновляемой энергетики. Себестоимость вырабатываемой на ПЭС электроэнергии является одной из самых низких в мире. В России действует только одна, Кислогубская ПЭС, на берегу Баренцева моря. Мощность ее невысока – 1,7 мВт, станция считается экспериментальной. В Советском Союзе было запланировано строительство целого ряда приливных электростанций, в том числе Пенжинской ПЭС на побережье Охотского моря, которая должна была стать мощнейшей в мире – суммарной мощностью больше 100 гВт. Не исключается реализация этого проекта в будущем.
Необходимость замены невозобновляемых источников энергии альтернативными очевидна. Большинство традиционных способов выработки электроэнергии устарело и вредит окружающей среде. Кроме того, ископаемое топливо может в какой-то момент иссякнуть. Однако невозможно предсказать, что произойдет в мире – экономические тенденции, политические ситуации и другие факторы могут затормозить использование передовых технологий. Но оптимистичным знаком в отношении увеличения доли возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии является то, что эти технологии становятся дешевле и доступнее.
Предприятия-лидеры отрасли
Приложение
АО «Геотерм»
Компания, входящая в группу «РусГидро», объединяет в своем составе Озерновскую ДЭС с дизель-генераторами и три геотермальных электростанции:
Общая мощность – 77,57 мВт.
Все ГеоЭС, входящие в центральный энергетический узел Камчатки, покрывают треть энергопотребления этого региона. Среднегодовая выработка – около 430 млн кВт⋅ч. Местоположение компании – г. Петропавловск-Камчатский.
Мутновская ГеоЭС
Самая мощная геотермальная электростанция РФ, которая находится на Камчатском полуострове. Смесь из пара и воды для работы поступает непосредственно из скважин. Затем пар отделяется и подается в турбины, а вода направляется обратно в пласты горных пород.
На станции установлены 2 турбогенератора по 25 мВт каждый. Она входит в центральный энергоузел Камчатки и не связана с единой энергосистемой России. Основное предназначение – электроснабжение Камчатского края. Потенциал месторождения позволяет значительно увеличить мощность ГеоЭС до 300 мВт путем строительства дополнительных очередей. Среднегодовая выработка электроэнергии – 350 млн кВт⋅ч.
Верхне-Мутновская ГеоЭС
Функционирует синхронно с Мутновской ГеоЭС и расположена на Мутновском месторождении, на Камчатке. Работает за счет использования пара, отделяемого от паровоздушной смеси, поступающей из-под земли. На станции установлено 3 турбогенератора по 4 мВт суммарной мощностью 12 мВт. Среднегодовая выработка – 65 млн кВт⋅ч.
«Хевел»
Российская фирма, специализирующаяся на производстве оборудования для солнечных электростанций и их строительстве. Головной офис расположен в Москве.
Структура предприятия содержит:
Компания уже построила солнечные электростанции в разных регионах России – Бурятии, Башкирии, Алтайском крае, Волгоградской, Оренбургской, Астраханской областях общей мощностью 414 мВт.
Начиная с 2017 г. Новочебоксарский завод выпускает фотоэлектрические модули по собственной технологии, которые находятся среди пяти наиболее эффективных по КПД в мире. В 2018 г. начат успешный экспорт продукции компании в европейские и азиатские государства.
АО «Солнечный ветер»
Находится в г. Оренбурге и владеет солнечной электростанцией в г. Орске. На СЭС установлено 160 110 солнечных модулей суммарной мощностью 40 мВт. Электростанция функционирует с 2015 г., а годовая выработка электроэнергии составляет 36 млн кВт⋅ч.
СЭС «Перово»
Построила электростанцию в Крыму фирма из Австрии Activ Solar. Месторасположение – с. Ключи Перовского сельского совета. Является мощнейшей СЭС на территории РФ. 440 тыс. солнечных модулей составляют общую мощность 105,56 мВт. Максимальная выработка электроэнергии – 132,5 млн кВт⋅ч в год.
ООО «Солар Системс»
Организация со штаб-квартирой в Москве обладает заводом по производству солнечных панелей, а также проектирует и строит электростанции. Самые крупные действующие из них:
Общая мощность введенных в эксплуатацию компанией солнечных парков до 2020 года будет составлять 365 мВт.
ПАО «Фортум»
Российская фирма с головным офисом в г. Челябинске. Содержит в своей структуре тепловые электростанции Урала и Западной Сибири, работающие на ископаемом топливе. Но важной частью деятельности компании является развитие возобновляемой энергетики. Она построила первую ветряную электростанцию в РФ в Ульяновской области (мощность – 35 мВт), а с 2017 г. эксплуатирует солнечные электростанции:
Общая мощность СЭС – 35 мВт.
ПАО «Фортум» — российская энергетическая компания, созданная в результате реформы РАО «ЕЭС России». Производственные активы и деятельность сосредоточены на Урале и в Западной Сибири. В структуру «Фортум» входят восемь теплоэлектростанций.