Люди научились добывать энергию из мусора, воздуха, воды и света. Как это спасет планету?
Почти две трети всего электричества в мире производится за счет ископаемого топлива — нефти, газа и угля. Это эффективный и проверенный временем способ. Вот только он очень вреден для планеты. Чтобы получить энергию, нефть, газ и уголь приходится сжигать. В итоге выделяются парниковые газы. Они копятся в атмосфере и усиливают глобальное потепление. Только представьте: сейчас на нефть, газ и уголь приходится свыше 75 процентов всех выбросов парниковых газов на планете.
Кроме того, запасы полезных ископаемых не бесконечны. Ученые предсказывают: нефть и газ закончатся в ближайшие 40-50 лет, а угля хватит до 2090-х. Если ничего не предпринимать, человечество попросту останется без света — электричество будет не из чего добывать.
Поэтому в мире активно развиваются возобновляемые источники энергии — ВИЭ.
Они наносят окружающей среде куда меньше вреда и используют для генерации энергию солнечного света, ветра, воды, мусора и даже самой Земли.
Стремительно. Сейчас почти треть всей энергии в мире получают именно из ВИЭ. А 2024-й может стать первым годом, когда из возобновляемых источников будет вырабатываться больше электроэнергии, чем из угля.
Но экологичность -- не единственный плюс ВИЭ. Они не только не вредят природе, но и способны решить проблему с доступом к теплу и свету для людей, которые живут в местности, куда не проведено электричество. Это актуально для многих российских регионов, уверена научный сотрудник Центра стратегий регионального развития Института прикладных экономических исследований РАНХиГС Варвара Акимова. Такие области есть в Сибири, на Урале, в Забайкалье и Якутии — это две трети территории страны, на которых проживает около десяти миллионов человек, добавила она. Еще ВИЭ могут стать решением проблем Арктики, куда сложно подвести газ, а доставлять уголь очень дорого.
Активнее всего возобновляемые источники энергии используют в Норвегии — страна практически полностью живет на них. Затем идут Бразилия и Новая Зеландия. В России доля ВИЭ пока невелика. Но технологии развиваются очень быстро: за последние пять лет солнечные и ветряные электростанции стали производить в шесть раз больше электричества.
Из всех типов ВИЭ чаще всего в мире используется ветровая энергия. Ее добывают с помощью ветряков. Их ставят и на земле, и в воде, а используют не только в промышленности, но и в быту.
Один средний ветряк может выработать не так много энергии, поэтому для промышленной выработки электричества создаются ветропарки. Чем сильнее ветер и больше ветряк, тем больше энергии можно получить. Самая мощная на сегодняшний день установка работает в Китае. В год она вырабатывает свыше 66 миллионов кВт⋅ч зеленой электроэнергии. Этим можно покрыть годовую потребность в электричестве 36 тысяч домохозяйств.
Чаще всего используется энергия ветра
Ветряные электростанции считаются едва ли не самым экологически безопасным способом производства энергии. Они не требуют органического топлива и не производят вредных выбросов. Но у них есть минусы: под лопасти часто попадают и гибнут птицы, а сами установки сильно шумят.
Солнце — главный источник энергии на Земле. Ежегодно на нашу планету попадает 173 миллиона ГВт солнечной энергии, а это в 10 тысяч раз больше, чем необходимо в мире. Часть этого света можно использовать, для этого нужны солнечные электростанции. Энергию накапливают специальные батареи: они могут работать не только на юге, но и в северных районах с пасмурной погодой или коротким световым днем.
Производство солнечной энергии уже почти два десятилетия остается самым растущим сектором энергетики. В 2022 году он увеличился на 24 процента. По оценке Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году производство вырастет до 43 процентов. Активнее всего солнечную энергетику развивает Китай. Причем страна творчески подходит к альтернативной энергетике: например, в провинции Шаньси панели расставили виде огромной панды.
Как и в случае с ветром, солнечные батареи используют и в промышленности, и в быту. Например, солнечные панели часто ставят в частных домах, а еще есть портативные модели — от них можно заряжать гаджеты.
Применение воды для бытовых нужд известно еще со времен Древнего Египта и Римской империи. С конца XIX века энергия воды широко используется для получения электричества. Для этого строят гидроэлектростанции (ГЭС). Их возводят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Плотина усиливает давление потока воды, который вращает турбины, за счет чего вырабатывается энергия.
Бывают ГЭС, которым плотины не нужны: они работают на естественной силе потока воды. Их строят с учетом особенностей ландшафта, например, на водопадах или в стремнинах рек. Таких станций много в Норвегии: на подобные ГЭС там приходится от 80 до 95 процентов всей выработанной энергии в стране.
По оценкам Международной ассоциации гидроэнергетики (IHA), 17 процентов электроэнергии в мире производится из воды. На территории России сосредоточено около 9 процентов мировых запасов воды, больше — только в Китае. Потенциал огромен, но пока реализуется не до конца.
Нет, конечно. Это заблуждение связано с принципом работы приливных электростанций (ПЭС), которые фактически используют энергию вращения Земли. В интернете бытует мнение, что их работа может привести к замедлению вращения Земли. Но это не так. Приливы и отливы происходят из-за влияния на планету гравитационных сил Солнца и Луны. Вместе с ростом и понижением уровня воды в океанах и морях замедляется и ускоряется вращение планеты. Влияние же ПЭС на скорость вращения Земли настолько мало, что его можно не учитывать. В мире сейчас всего четыре действующие станции: в Китае, Индии, Франции и США.
Первая и пока единственная российская приливная электростанция — Кислогубская ПЭС — была построена во времена СССР. Ее запустили в 1968 году на берегу Баренцева моря, в настоящее время она законсервирована.
В конце 2000-х обсуждалось строительство новой станции — Северной ПЭС на Кольском полуострове, недалеко от села Териберка. Но пока она только проектируется.
Да, получение энергии из биологических отходов — вид биоэнергетики.
В качестве сырья используется биомасса -- древесина, навоз и другие органические удобрения и отходы. Чаще всего биомассу сжигают, тогда тоже образуются парниковые газы, но в гораздо меньшем объеме, чем при горении нефти, газа или угля.
Биомассу также можно преобразовывать в горючую газовую смесь (синтез-газ), а также биоуголь и биомасло. Отходы можно использовать в том числе для создания автомобильного топлива. В России уже используют такие отходы для получения энергии. В Белгородской области есть биогазовая станция «Байцуры», использующая в качестве сырья отходы со свинофермы, расположенной неподалеку.
Да, это вполне возможно. В этом случае энергия получается за счет глубинного тепла Земли. Внутри наша планета очень горячая. Температура земного ядра превышает 4700 градусов. А за счет распада радиоактивных изотопов в глубинах коры образуется дополнительное тепло.
На поверхность оно выходит в вулканических зонах и по тектоническим разломам земной коры. Активнее всего — в зоне Тихоокеанского вулканического огненного кольца.
Энергия Земли не закончится и не зависит от погоды и времени суток. Потенциал геотермальной энергии огромен: он превышает аналогичный показатель ископаемого топлива в 10 тысяч раз. Если «приватизировать» хотя бы 1 процент этой энергии, отпадет необходимость в строительстве сотен обычных мощных электростанций. Больше всего геотермальных станций построено в США. Они расположены в Неваде, Калифорнии, Юте и других штатах.
Есть и такие ГеоТЭС , что работают за счет тепла подземных вод. Их строят там, где есть горячие источники, -- например, в Западной Сибири, Камчатском крае, Дагестане, Исландии, Кении. Крупнейшая в России ГеоЭС — Мутновская — расположена на Камчатке, ее мощность составляет 50 МВт.
Геотермальные станции состоят из скважины, теплонасоса и двух контуров — внешнего и внутреннего. Проходя по внешнему контуру, теплоноситель (как правило, вода с примесями) прогревается глубокими слоями грунта, температура которых даже в морозные зимы сохраняется в пределах 8-12 градусов тепла. Далее хладагент поступает в насос, а затем — во внешний контур, например, систему отопления здания. Движение теплоносителя происходит под давлением, в результате чего он прогревается до 45-70 градусов.
Наоборот. Сейчас энергоснабжение за счет ветра, Солнца или воды обходится очень дешево. Цены на технологии ВИЭ стремительно падают. За десять лет стоимость электроэнергии, получаемой от солнечных батарей, снизилась на 85 процентов. Стоимость наземной и морской ветровой энергии уменьшилась на 56 и 48 процентов соответственно. Такими темпами к 2030 году из возобновляемых источников будут получать 65 процентов всего электричества в мире. А уже к середине столетия вредные выбросы сократятся -- и последствия глобального потепления получится смягчить.
Однако самым уязвимым местом альтернативной энергетики по сей день остается экономика. Например, в горах протекает бурная река. На первый взгляд кажется, что из-за сильного течения она идеально подойдет для строительства гидроэлектростанции. Но из-за ее удаленности необходимо будет не только построить станцию, но и протянуть к ней линии электропередачи на многие километры — в села, находящиеся у подножия горы. Это сделает строительство нерентабельным.
Возобновляемая энергетика в нашей стране развивается. В Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ) признают, что ВИЭ в России сейчас покрывают всего около 1 процента совокупного энергопотребления. К 2035 году этот показатель может вырасти до 3 процентов. Причем рывок ожидается уже в ближайшее время.
Пока больше всего в стране развиты солнечная и ветровая энергетика. Ветряки в России расположены в Ставропольском крае, Ростовской области, Краснодарском крае, Ульяновской и Астраханской областях, а также в Крыму — в регионах с высокой среднегодовой скоростью ветра.
Первая промышленная станция на энергии Солнца появилась в 2010 году в Белгородской области. Сейчас крупные станции находятся в Крыму, Хакасии, Оренбургской, Астраханской, Волгоградской областях и Дагестане. В настоящее время солнечную энергетику активно развивают 15 субъектов России. «Это хороший показатель для страны, которая обладает высокими запасами нефти, газа, угля, всех ключевых энергетических ресурсов», — считает научный сотрудник Центра стратегий регионального развития Института прикладных экономических исследований РАНХиГС Варвара Акимова.
В России на возобновляемой энергетике можно заработать
В России можно заработать на применении ВИЭ. Владелец частного дома, установивший у себя солнечные панели, может продавать излишки энергии государству. Такая возможность у россиян появилась несколько лет назад: речь идет о «Зеленом тарифе». Чтобы подключиться к нему, нужно установить на участке солнечную панель мощностью не выше 15 кВт, поставить счетчик и заключить договор с энергосбытовой компанией. Стоимость оборудования для небольшого загородного дома начинается от 94,6 тысячи рублей. На установку панелей в среднем придется потратить 30 процентов стоимости устройства, а окупиться она может за несколько лет.