В апреле 2023 года шведская компания Freja Offshore подала в местное Министерство климата и бизнеса заявку на строительство крупнейшей ветряной электростанции в мире с установленной мощностью 2500 МВт [источник, источник].

Сообщается, что при отсутствии бюрократических препятствий первое электричество потребители получат к 2028 году.

Для сравнения, сейчас крупнейшей ветряной электростанцией считается Hornsea 2 в Великобритании, которая заработала в сентябре 2022 года и располагает 1300 МВт установленной мощности [источник].

Очевидно, что мировая энергетика переживает активную стадию перехода на «зеленые» технологии, и за последний год побито немало рекордов в отрасли. Рассмотрим, в каком состоянии сейчас возобновляемая генерация, и сможет ли она полностью вытеснить уголь в ближайшем будущем.

Что относится к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ)

Неточностей в вопросе определений быть не может, поскольку в российском законодательстве есть четкие формулировки касательно возобновляемых источников энергии. Согласно Федеральному закону «Об электроэнергетике» от 26.03.2003 N 35-ФЗ, к ним относятся:

• энергия солнца;
• энергия ветра;
• энергия вод (в том числе сточных вод), за исключением случаев использования такой энергии на ГАЭС;
• энергия приливов;
• энергия волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов;
• геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей;
• низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с использованием специальных теплоносителей;
• биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива;
• биогаз;
• газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов;
• газ, образующийся на угольных разработках.

Отметим, что последние три пункта нельзя считать полноценными ВИЭ, так как с физико‑химической точки зрения такой газ является подобием природного. Но в подавляющем большинстве стран данные источники входят в список возобновляемых, поэтому принимаются и российской энергетикой.

Биогазовая электростанция «Лучки» в Крыму

Если взять за основу научные теории и подробно рассмотреть характеристики всех ВИЭ, можно выделить их общие черты [источник, источник, источник]:

• природа явлений зависит от геофизических процессов и имеет прямую связь с параметрами вращения планеты вокруг оси и Солнца;
• запасы энергии считаются практически неисчерпаемыми, поскольку в перспективе удовлетворяют все потребности человека на миллионы лет;
• относительно равномерное распределение источников по всей планете (отсутствует монополия у отдельных стран); 
• низкая плотность энергетического потока по сравнению с исчерпаемыми источниками;
• высокая зависимость от природных неопределенностей;
• прогнозирование основано по большей части на анализе предыдущего опыта.

По оценке ученых, технический потенциал ВИЭ составляет 780 000 млрд. т н. э. (тонн нефтяного эквивалента) [источник, источник].

Для сравнения, потребление на всей планете в 2021 году было на уровне 14,21 млрд. т н. э., а прогноз на 2040 год при текущей скорости развития — около 18 млрд. т н. э.

Большая часть потенциальной энергии, которую мы в перспективе можем использовать, приходится на солнечную — более 62%.

Развитие ВИЭ в мире: ключевые тенденции

Мировая энергетика переживает трансформацию – это подтверждают многочисленные отчеты аналитических агентств. Так, авторитетное издание Ember опубликовало ежегодный обзор Global Electricity Review 2023, по результатам которого можно сделать следующие выводы:

• Выработка ветряных и солнечных электростанций достигла 12% от общемировой (в 2021 году значение не достигло 10%). Возобновляемая энергетика продолжает набирать обороты — это самый быстрорастущий сегмент (19% за год).
• Несмотря на высокие темпы развития, ВИЭ не успевают за спросом. Так, выработка угля продолжает увеличиваться (+1,1% за 2022 год).
• Количество вредных выбросов, генерируемых энергетической отраслью, увеличилось на 1,3%. То есть, в своем текущем состоянии ВИЭ не способны остановить пагубное влияние на природу.

СЭС Уарзазат – крупнейшая солнечная станция в мире (Марокко, 580 МВт)

Еще один свежий обзор опубликовали специалисты IRENA — Международного агентства по возобновляемым источникам энергии [источник, источник]. В отчете помимо текущего состояния отражены прогнозы. Ключевые моменты документа, заслуживающие внимания:

• установленная мощность новых электростанций продолжит расти;
• ключевую роль в развитии отрасли сыграют Китай, США, страны Латинской Америки и Европы;
• Европа делает ставку на ускоренный переход в связи с геополитической нестабильностью;
• основная доля установленных мощностей ВИЭ в 2023 году придется на солнечную энергетику (около 60%).

За последние 10 лет суммарная установленная мощность электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии, выросла в 2,15 раза. Значительная часть выработки приходится на ГЭС, СЭС и ВЭС.

Возобновляемая энергетика в России

В конце 2022 года в Мурманской области была запущена крупнейшая в мире ветроэлектростанция за Полярным кругом. Суммарно 57 мощных турбин способны вырабатывать до 750 гигаватт‑час в год.

В соответствии с политикой импортозамещения, большая часть оборудования — российского производства. На станции реализованы и уникальные решения вроде системы обнаружения обледенения.

Это событие подтверждает активное участие России в энергопереходе.

Важно подчеркнуть особенности, в которых существует отечественная сфера ВИЭ. Во‑первых, в России огромные запасы ископаемых источников энергии. Так, по оценке Минэнерго и Правительства, угля хватит стране на 350 лет, а нефти и газа в текущих условиях — на 30 и 50 лет соответственно.

По некоторым прогнозам и с учетом развития технологий, Россия вполне способна расширить запасы нефти и газа, увеличив срок до 500 лет.

Как заявил директор департамента внешнеэкономического сотрудничества и развития топливных рынков Министерства энергетики Сергей Мочальников, «энергопереход — это не прыжок, это марафон, и каждый шаг в нем должен быть выверен, чтобы мы не спотыкались и не падали на каждом шагу, не просчитав всех последствий».

Во‑вторых, цель российской энергетики — не стремительная декарбонизация, а обеспечение надежного и стабильного энергоснабжения промышленности и населения. Это подтверждают представители Министерства энергетики.

Ярким примером ошибочного пути, по мнению того же Сергея Мочальникова, является нынешний энергетический кризис в Европе. «Развивать только возобновляемые источники энергии невозможно.

Обязательно должна совершенствоваться традиционная энергетика, которая обеспечивает стабильность и безопасность энергоснабжения», — отметил он.

https://www.youtube.com/watch?v=oLnsCA10BtA\u0026pp=ygVM0JLQvtC30L7QsdC90L7QstC70Y_QtdC80YvQtSDQuNGB0YLQvtGH0L3QuNC60Lgg0Y3Qu9C10LrRgtGA0L7RjdC90LXRgNCz0LjQuA%3D%3D

По данным агентства IRENA, рост суммарной установленной мощности электростанций России, работающих на ВИЭ, составил 12,3% в период с 2013 по 2022 гг — с 50,6 до 56,9 ГВт.

Данные по вводу СЭС, ВЭС и малых ГЭС приводит Ассоциация Развития Возобновляемой Энергетики (АРВЭ). Суммарная мощность перечисленных «зеленых» станций в России по состоянию на 1 апреля 2023 года – 5,81 ГВт. Зафиксирован более чем трехкратный рост в период с 2014 по 2022 гг.

Доля установленной мощности ВИЭ в энергосистеме РФ на апрель 2023 года — 2,3%. Прирост за последние полгода — 0,1 % [источник, источник]. Выработка в первом квартале 2023 года составила 2,4 млрд кВт*ч. Интересно, что доля в общем объеме выработки по данным ЕЭС России составляет всего 0,75 %.

Вывод: возобновляемая энергетика России развивается медленно, но планомерно. С учетом традиционных источников энергоотрасль РФ стабильна и надежна.

Сейчас силы направлены на импортозамещение, разработку собственных технологий и их «обкатку» в тяжелых условиях, например, в Арктике. Сфера развивается согласно «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2035 года».

Так, в общей сложности запланировано строительство станций на ВИЭ суммарной установленной мощностью 11,6 ГВт.

Что мешает развитию ВИЭ

Переход на возобновляемые источники энергии — крайне тяжелое мероприятие, сопряженное с массой проблем. Среди них выделяются:

1. Нехватка ключевых для энергетики материалов. Консалтинговое агентство Rystad Energy прогнозирует, что к 2035 году на рынке будет наблюдаться дефицит меди в районе 6 млн. тонн, а полное истощение существующих рудников произойдет до 2045 года.

   Настораживающая статистика, если учитывать важность меди для электроэнергетики. Аналогичная ситуация с другими ключевыми материалами — никелем, литием, сталью, неодимом, кобальтом и т. д.

   На фоне роста энергопотребления переход на ВИЭ в условиях нехватки сырья обходится слишком дорого.

2. Иллюзорность экономики замкнутого цикла. Об этой проблеме много рассуждал Ричард Хайнберг — старший научный сотрудник Института Постуглеродной экономики США.

   В своей книге Power: Limits and Prospects for Human Survival он отметил работу экономиста Николаса Джорджеску‑Регена, который доказал невозможность бесконечной переработки материалов.

   [источник, источник] При каждом цикле придется тратить энергию, а металлы неизбежно потеряют часть свойств. Вывод: экономика замкнутого цикла нереализуема с физической точки зрения.

3. Климатические изменения. Как говорилось выше в общих чертах ВИЭ, выработка зависит от геофизических процессов и климата. В последние годы наблюдаются серьезные климатические изменения, и человек сыграл не последнюю роль в тенденции.

   Например, в августе 2022 года в Китае была зафиксирована самая сильная жара за последние 60 лет, что привело к авариям на электростанциях из‑за перегрузки. Прогнозировать такие явления, как ветер, солнечная активность, приливы и отливы, крайне сложно.

   Поэтому станции на ВИЭ не могут гарантировать должный уровень выработки на постоянной основе.

Аномальная жара в Китае в августе 2022 года

1. Геополитика. По оценке АРВЭ, транспортные расходы в электроэнергетике после введенных западными странами санкций подорожали для России в 5 раз. Усложнилась и ситуация с обменом опытом, технологиями, программным обеспечением и т. д. В условиях геополитического кризиса развитие замедляется, и такая сложная сфера, как ВИЭ, не исключение.  

2. Технические трудности. Возобновляемые источники отличаются очень низкой плотностью электроэнергии. Например, для солнечных электростанций — в среднем 1 кВт на 1 м2. Получается, чтобы запитать один чайник мощность 2 кВт, нужна панель площадью 2 м2.

   Другая проблема связана с хранением. Если рассматривать СЭС, то ночью или в пасмурные дни, когда выработка минимальна, станция может потреблять энергию на собственные нужды из аккумуляторных батарей. В плане технологий и используемых материалов такая схема очень затратна.

   Отсюда необходимость в сложной инфраструктуре.

Отметим, что ранее противники возобновляемой энергетики ссылались на высокую стоимость такого электричества.

Сейчас это утверждение потеряло актуальность, поскольку цена «зеленой» электроэнергии в РФ сблизилась по стоимости с традиционной еще в 2021 году.

В будущем, как показывает практика, тарифы упадут еще ниже: чем больше строится станций на ВИЭ, тем дешевле обходится каждый новый проект. 

Перспективы сферы и прогнозы экспертов

Сейчас наибольшую активность в сфере возобновляемой электроэнергетики проявляют страны Европы. Связано это, по аналитике IRENA, с нестабильной геополитической обстановкой. На европейском континенте уже есть страны, которые практически полностью перешли на потребление от ВИЭ (проценты, приходящиеся на ВИЭ, в общей доле энергопотребления):

• Австрия — 82,2%;
• Исландия — 95,8%;
• Норвегия — 98,2%;
• Португалия — 72,0%;
• Швейцария — 82,3%.

Большие планы у Китая и Индии. Так, власти КНР хотят к 2030 году добиться ввода 1200 ГВт «зеленой» установленной мощности. Индийское Правительство заявило о планах увеличить объемы со 100 до 500 ГВт к этому же сроку.

По прогнозам Международного энергетического агентства (МЭА), к 2027 году 38 % всей электроэнергии мира будет вырабатываться за счет возобновляемых источников. Доля атомной, угольной и газовой энергетики при этом продолжит снижаться. Эксперты полагают, что упор будет сделан на солнечные и ветровые станции — они обеспечат 80 % прироста.

Что касается России, то в 2021 году был озвучен новый вариант стратегии низкоуглеродного развития РФ.

Так, к 2050 году планируется сократить выбросы парниковых газов на 79 %, а к 2060 году добиться полной углеродной нейтральности страны.

Также хорошие результаты показывает программа развития возобновляемых источников энергии ДПМ ВИЭ. За 10 лет ее существования было введено 4 ГВт мощностей ВИЭ.

https://www.youtube.com/watch?v=oLnsCA10BtA\u0026pp=YAHIAQE%3D

Если возвращаться к вопросу, озвученному в заголовке, то МЭА прогнозирует вытеснение угля энергией солнца и ветра к 2027 году. К этому сроку ВИЭ должны занять доминирующее положение на мировом рынке электроэнергии.

Альтернативные источники энергии: что это, виды, есть ли в России | РБК Тренды

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

• Что это
• Виды
• Планы
• Примеры
• Инвестиции

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии 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.

Доля источников энергии в мировом потреблении ( REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 32)

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.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания.

С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок.

В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

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.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии ( REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

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.

Что такое ВИЭ. Объясняем простыми словами

Проще говоря, к ВИЭ относят солнечные, ветряные, волновые и приливные электростанции, ГЭС на средних и малых реках, геотермальные станции, биотопливо.

https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4\u0026pp=ygVM0JLQvtC30L7QsdC90L7QstC70Y_QtdC80YvQtSDQuNGB0YLQvtGH0L3QuNC60Lgg0Y3Qu9C10LrRgtGA0L7RjdC90LXRgNCz0LjQuA%3D%3D

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.

• «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.)
• Кроме неисчерпаемости/возобновляемости и экологичности, выделяют следующие преимущества ВИЭ:

• доступность ресурсов, обеспечивающая территориям (регионам, странам) независимость от импорта;
• возможность задействовать земли, непригодные для хозяйственной деятельности;
• безопасность — минимизация риска техногенных катастроф;
• развитие технологий и создание новых рабочих мест.

Противники возобновляемой энергетики выдвигают следующие аргументы:

• ВИЭ распределены неравномерно, и энергию приходится транспортировать на большие расстояния, чтобы доставить потребителям. С этим связаны необходимость использовать дополнительное оборудование, энергопотери и рост расходов;
• получение такой энергии нестабильно — оно зависит от природных условий, которые меняются. Необходимо создавать накопители энергии, что также требует дополнительных затрат;
• стоимость утилизации, например, солнечных батарей и ветровых турбин, достаточно высокая и требует большого расхода энергии — порой даже больше, чем они добывали;
• полный отказ от традиционных энергоносителей потребует масштабной реорганизации всей действующей системы электро- и теплоснабжения.

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.

В России с 2014 года действует программа поддержки ВИЭ, которую продлили до 2035 года. Вице-премьер РФ Александр Новак в январе 2021 года прогнозировал, что доля ВИЭ в энергосистеме России возрастёт с 1% до 4% к 2035 году.

Но в то же время правительство [урезало] (https://secretmag.ru/news/v-rossii-reshili-urezat-raskhody-na-zelyonuyu-energetiku.htm) объём государственных вложений в зелёную энергетику, а именно — в строительство ветряных и солнечных электростанций (с 400 млрд до 313 млрд рублей). При этом, по заявлению Новака, Россия [планирует] (https://secretmag.ru/news/novak-rasskazal-o-planakh-rossii-zanyat-20-na-mirovom-rynke-vodoroda-04-06-2021.htm) занять 20% на мировом рынке [водородной энергетики] (https://secretmag.ru/technologies/zelyonyi-element-kak-mir-perekhodit-na-vodorod-i-chem-eto-grozit-rossii.htm).

Возобновляемые источники энергии человек использовал с древних времён. Энергию солнца — для нагревания пищи и воды, энергию ветра — в парусных судах и ветряных мельницах, воды — для мельниц. А жечь древесину для тепла и приготовления пищи умели ещё пещерные люди.

Ископаемые энергоносители стали преобладать гораздо позже — со времён промышленной революции XVIII–XIX вв. При этом развитие возобновляемой энергетики не прекращалось, но отошло на второй план.

Сейчас идёт речь о так называемом четвёртом энергетическом переходе (изменении структуры энергопотребления).

Первый переход был связан с переходом от сжигания древесины на уголь, второй — с распространением нефти, третий — с использованием природного газа. Четвёртый подразумевает вытеснение всех этих ископаемых видов топлива возобновляемыми источниками энергии.

8 источников возобновляемой энергии, которые могут заменить нефть и газ — Лайфхакер

Солнечные панели. Изображение: Andreas Gücklhorn / Unsplash

Когда речь заходит о возобновляемых источниках, в первую очередь все вспоминают о солнечной энергии и панелях для её преобразования. Существуют два вида подобных генераторов — фотогальванические и концентрированного типа.

https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4\u0026t=79s

Первые работают так: когда проводник или полупроводник в батарее нагревается за счёт поглощения солнечного излучения, между холодными и тёплыми областями создаётся разность потенциалов, и получается электрический ток.

Генераторы же концентрированного типа собирают свет, он нагревает жидкость, та превращается в пар и вырабатывает электричество, вращая турбины. Принцип работы подобных панелей выгодно отличается тем, что позволяет накапливать тепло, а значит, они остаются ограниченно эффективными и в ночное время.

Помимо выработки электричества, солнечный свет может также применяться для нагрева жидкости напрямую — например, в бассейнах и душевых. Расположенный на крыше экологичного дома большой бак позволит неплохо сэкономить на электроэнергии.

2. Биотопливо

Кукуруза. Изображение: Waldemar / Unsplash

Биомасса — это материал, полученный из живых организмов, чаще всего — растений или водорослей. Они живут за счёт солнечной энергии и воды, размножаются эффективно, характер имеют покладистый.

Самый распространённый источник биомассы на сегодняшний момент — древесина, то есть мёртвые деревья, ветки и пни, обрезки досок, древесная щепа и прочие отходы производства. А ещё сельскохозяйственные культуры — просо, конопля, кукуруза, соя, мискантус, сорго, сахарный тростник, бамбук. Кроме того, отличным источником биомассы могут стать водоросли, потому что они растут очень быстро.

Из всего этого можно получать этанол, бутанол, водород, газообразный метан, синтетический газ, биодизельное топливо и не только.

Преимущество энергетики, построенной на биомассе, — эффективная утилизация отходов. Из всего, что люди не могут или не успевают употребить в пищу, можно получить топливо. Уже сейчас его производство неплохо налажено в США и Бразилии, а также в Юго‑Восточной Азии.

Правда, переход на биотопливо не решает проблему глобального потепления, потому что его всё равно приходится сжигать, как и нефть и газ. Но, по крайней мере, оно растёт само и не заканчивается, как полезные ископаемые.

3. Океаническая энергия

Волновая энергетическая ферма. Изображение: Wikimedia Commons

Океанические волны, приливы и течения создают огромный запас кинетической энергии — даже жалко, что столько добра зря пропадает. Но на самом деле некоторые страны уже научились извлекать из всего этого пользу — например, в Великобритании построили самый большой в мире волновой генератор Oyster.

Принцип действия таких устройств следующий: волны двигают поплавки, те приводят в движение поршневой насос. Он, в свою очередь, гонит морскую воду на берег по трубе, где она крутит ротор гидроэлектрогенератора.

Помимо береговых приливных электростанций, есть и проекты подводных модификаций. Работать они будут, как обычный ветряк: огромная мельница с лопастями закрепляется на морском дне, мощное течение крутит вал в генераторе.

Помимо банального использования кинетической энергии приливов и течений, есть и более экстравагантный способ добывать электричество из морей.

Дело в том, что Солнце постоянно нагревает водную поверхность Земли — по сути, мировой океан представляет собой огромный аккумулятор. Подсчитано, что даже 5% производимого им тепла обеспечит генерацию 10 000 ГВт электричества.

Помогут в этом гидротермальные океанические электростанции. Работают они так: спускаем глубоко на дно океана огромную трубу, которая будет забирать оттуда воду.

После попадания в теплообменники с тёплой жидкостью у поверхности океана в условиях сниженного давления холодная вода начинает кипеть не при 100 °С, как обычно, а всего при 27 °С.

Образуется холодный пар, он вращает турбины, и мы получаем электроэнергию.

В настоящее время такие экспериментальные установки расположены в Японии и на Гавайях.

4. Ветряная энергия

Ветряная ферма. Изображение: American Public Power Association / Unsplash

Мельницы изобрели по крайней мере в 700–900 годах нашей эры в Персии, а привычный всем облик они получили в Средневековой Европе. Почти 600 лет ветер там был главным источником энергии, пока человечество массово не перешло на уголь и паровые машины.

https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4\u0026pp=YAHIAQE%3D

Первую в истории ветряную электростанцию придумал в июле 1887 года профессор Джеймс Блит из колледжа Андерсона в Глазго. Но местные жители отказались её использовать, сочтя электроэнергию «выдумкой Сатаны».

Позже профессор построил ещё одну турбину, запитав от неё местный сумасшедший дом.

Сейчас ветряная энергия снова становится популярной. Она используется в половине стран мира. Дания, например, получает благодаря ей 56% потребляемого электричества, Уругвай — 40%, Литва — 36%, Ирландия — 35%, Великобритания — 24%. А ещё ветряки массово применяются в США, Китае, Португалии, Германии, Испании, странах Латинской Америки и в Африке.

Страны, в которых выше доля ветряной энергии, отмечены более тёмным цветом. Изображение: Wikimedia Commons

Ветряки хороши тем, что позволяют создавать электричество из воздуха там, куда тянуть провода нецелесообразно. Кроме того, они работают эффективнее ночью и зимой, когда солнечные батареи, наоборот, теряют в мощности. Так что два этих источника энергии дополняют друг друга.

Да, у ветряков есть и некоторые минусы: их лопасти иногда сбивают птиц в полёте, а опоры так трясутся, что червяки вылезают из‑под земли. Однако исследователи Национального университета Сингапура провели сравнение и пришли к выводу, что эти генераторы ответственны за несоизмеримо меньшее число смертей пернатых, чем станции, работающие на ископаемом топливе.

5. Статическое электричество водяного пара

Молния. Изображение: NOAA / Unsplash

Новый экзотический способ вырабатывать электричество, найденный в 2020 году учёными из Тель‑Авивского университета. Всем известно, что во время гроз образуются молнии. Они получаются, когда частицы водяного пара разной плотности — от крошечных капелек до льдинок — сталкиваются между собой и наэлектризовывают среду вокруг себя.

Учёные повторили этот процесс в лаборатории и обнаружили, что если влажность воздуха больше 60%, то между частицами уже может зарождаться статическое электричество. А если построить достаточно высокие металлические столбы, они смогут буквально заряжаться от водяного пара в воздухе. В итоге от них можно провести провода и запитывать инфраструктуру.

Конечно, мегаполис электричеством из водяного пара вряд ли осветишь. Но это очень перспективный способ получения дешёвой энергии для развивающихся тропических стран, где высокая влажность.

6. Геотермальная энергия

Геотермальная электростанция в Исландии. Изображение: Wikimedia Commons

Учёные подсчитали, что при остывании ядра Земли на 1 °C выделится в 10 000 раз больше энергии, чем содержится во всём разведанном ископаемом топливе. А оно, на секундочку, нагрето до 6 000 °C и остывает на 300–500 °C за миллиард лет.

То есть это попросту невероятные запасы энергии! Солнце раньше превратится в красного гиганта, чем мы успеем исчерпать потенциал земного ядра.

Геотермальные источники уже сейчас питают электростанции в Исландии, Новой Зеландии, Италии, Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста‑Рике, на Филиппинах, в Индонезии, Китае, Кении и Японии.

В коммерческих целях эксплуатируется лишь небольшая часть геотермальных ресурсов планеты — чаще всего такие станции располагаются на границах тектонических плит. Но если поставить на поток бурение скважин к мантии планеты, можно будет черпать энергию просто из‑под земли вообще где угодно.

Правда, такой проект пока существует только в теории. Копаем скважину к мантии Земли, заливаем туда жидкость для гидроразрыва пород и получаем искусственный горячий водоносный горизонт. А далее ставим сверху турбины и делаем электричество.

Единственное но: понадобится реально огромная дыра — около 10 километров глубиной.

7. Искусственный фотосинтез

Ферма водорослей. Изображение: Wikimedia Commons

Фотосинтез — это процесс, протекающий в растительных клетках, во время которого вода и углекислый газ под воздействием солнечного света превращаются в кислород и глюкозу. Вот только повторить его можно и в лабораторных условиях — без помощи растений.

Учёные США, Швеции и Японии разрабатывают коммерчески выгодные методы искусственного фотосинтеза, которые позволят из углекислоты и воды создавать топливо, смолы, пластмассы и волокно. И если исследования увенчаются успехом, мы сможем делать горючее и материалы для строительства буквально из воздуха.

Кроме того, необязательно полностью отказываться от участия в процессе растений и водных организмов. Например, разводить фотосинтезирующие сине‑зелёные водоросли, а потом перегонять их в биопластик и биотопливо — тоже вполне приемлемый вариант.

8. Инфракрасное тепловое излучение Земли

Закат. Изображение: dominik hofbauer / Unsplash

Солнечные лучи падают на часть планеты и нагревают поверхность и атмосферу. Другая же сторона Земли в это время, наоборот, отдаёт накопленную за день энергию в виде инфракрасного теплового излучения. Планета производит 10¹⁷ Вт тепла, и всё это богатство бессмысленно рассеивается в космосе.

Австралийские инженеры изобрели устройство под названием терморадиационный диод, которое вырабатывает энергию не при нагреве, а при остывании. И если создать довольно крупную его модель, которая будет аккумулировать тепло днём и отдавать его ночью, получится нечто вроде солнечной батареи, работающей круглые сутки.

А если изготовить фотоэлементы, улавливающие инфракрасный свет (такие уже есть в приборах ночного видения), и использовать их для поглощения теплового излучения планеты, получится так называемый сборщик эмиссионной энергии. И он позволит делать электричество по ночам просто из воздуха.

Панелями, улавливающими тепловое излучение поверхности планеты ночью и рассеянный ультрафиолет солнечного света днём, можно будет покрыть все высотные здания в мегаполисах и получить неплохой дополнительный источник электроэнергии.

Кроме того, такие сборщики эмиссионной энергии, когда они не нужны, можно было бы трансформировать в башни пассивного радиационного охлаждения (PDRC) — они более эффективно отдавали бы тепло в космос, чем поверхность планеты. Это помогло бы спасти Землю от глобального потепления.