По данным Управления энергетической информации США , в 2022 году доля возобновляемых источников энергии в общем объеме производства первичной энергии [1] составила 8,4% и 21% от общего объема производства электроэнергии коммунальными предприятиями в США [3].
С 2019 года ветроэнергетика является крупнейшим производителем возобновляемой электроэнергии в стране. В 2022 году ветроэнергетика выработала 434 тераватт-часа электроэнергии, что составило 10% электроэнергии страны и 48% возобновляемой генерации. [2] К январю 2023 года номинальная генерирующая мощность ветроэнергетики США составила 141,3 гигаватт (ГВт). [4] Техас по-прежнему прочно занял лидирующие позиции в области развертывания ветроэнергетики, за ним следуют Айова и Оклахома по состоянию на первый квартал 2023 года. [5]
Гидроэлектростанции являются вторым по величине производителем возобновляемой электроэнергии в стране, вырабатывая около 6,2% электроэнергии страны в 2022 году, а также 29% возобновляемой генерации. [2] Соединенные Штаты являются четвертым по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире после Китая, Канады и Бразилии.
Солнечная энергия обеспечивает растущую долю электроэнергии в стране, с более чем 111,6 ГВт установленной мощности, генерирующей около 3,4% от общего объема поставок электроэнергии страны в 2022 году, по сравнению с 2,8% в предыдущем году. По состоянию на 2020 год более 260 000 человек работали в солнечной промышленности, и 43 штата развернули чистый учет , когда энергетические компании выкупали избыточную электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями . [6] [7] Крупные фотоэлектрические электростанции в Соединенных Штатах включают Mount Signal Solar (600 МВт) и Solar Star (579 МВт). С тех пор, как Соединенные Штаты стали пионерами в области солнечной тепловой энергетики в 1980-х годах с Solar One , было построено еще несколько таких электростанций. Крупнейшими из этих солнечных тепловых электростанций являются Ivanpah Solar Power Facility (392 МВт) к юго-западу от Лас-Вегаса и группа заводов SEGS в пустыне Мохаве с общей генерирующей мощностью 354 МВт. [8]
К другим возобновляемым источникам энергии относится геотермальная энергия , при этом Гейзеры в Северной Калифорнии являются крупнейшим геотермальным комплексом в мире.
По словам бывшего президента Барака Обамы, развитие возобновляемой энергетики и энергоэффективности ознаменовало «новую эру исследования энергетики» в Соединенных Штатах . [9] В совместном обращении к Конгрессу 24 февраля 2009 года президент Обама призвал удвоить объемы возобновляемой энергетики в течение следующих трех лет. Возобновляемая энергетика достигла важного рубежа в первом квартале 2011 года, когда она внесла 11,7% от общего объема национального производства энергии (660 ТВт·ч), превзойдя производство энергии от ядерной энергетики (620 ТВт·ч) [10] впервые с 1997 года . [11] В своем послании о положении страны в 2012 году президент Барак Обама подтвердил свою приверженность возобновляемой энергетике и упомянул давнее обязательство Министерства внутренних дел разрешить 10 ГВт проектов возобновляемой энергии на государственных землях в 2012 году. [12] При президенте Джо Байдене Конгресс увеличил эту цель до 25 ГВт к 2025 году. [13] По состоянию на май 2023 года Бюро по управлению земельными ресурсами одобрило проекты, соответствующие примерно 37% этой цели. [14]
Технологии возобновляемой энергии охватывают широкий спектр разнообразных технологий, включая солнечную фотоэлектрику , солнечные тепловые электростанции и системы отопления/охлаждения, ветряные электростанции , гидроэлектростанции , геотермальные электростанции , а также системы океанической энергетики и использования биомассы .
В отчете « Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Америке» объясняется, что Америке необходимы возобновляемые источники энергии по многим причинам:
Америке нужна безопасная, надежная энергия, которая улучшает общественное здоровье, защищает окружающую среду, решает проблему изменения климата, создает рабочие места и обеспечивает технологическое лидерство. Америке нужна возобновляемая энергия. Если возобновляемая энергия должна быть полностью развита, Америке понадобится скоординированная, устойчивая федеральная и государственная политика, которая расширяет рынки возобновляемой энергии; продвигает и внедряет новые технологии; и предоставляет соответствующие возможности для поощрения использования возобновляемой энергии во всех критических секторах энергетического рынка: оптовая и распределенная генерация электроэнергии , применение тепловой энергии и транспорт. [15]
Еще одним преимуществом некоторых технологий возобновляемой энергии, таких как ветряные и солнечные фотоэлектрические установки (ФЭУ), является то, что для выработки электроэнергии им требуется мало или совсем не требуется воды, в то время как термоэлектрическим (работающим на ископаемом топливе) электростанциям для работы требуется огромное количество воды.
В 2009 году президент Барак Обама в своей инаугурационной речи призвал к расширенному использованию возобновляемых источников энергии для решения двойной проблемы энергетической безопасности и изменения климата . Это были первые упоминания об использовании энергии в стране, возобновляемых ресурсах и изменении климата в инаугурационной речи президента Соединенных Штатов. Президент Обама заглянул в ближайшее будущее, заявив, что как нация Соединенные Штаты будут «использовать солнце, ветер и почву для топлива наших автомобилей и работы наших заводов». [16]
План президента «Новая энергия для Америки» предусматривает федеральные инвестиции в размере 150 миллиардов долларов в течение следующего десятилетия для стимулирования частных усилий по построению чистого энергетического будущего. В частности, план предусматривает, что возобновляемая энергия должна поставлять 10% электроэнергии страны к 2012 году, а к 2025 году этот показатель должен вырасти до 25%. [16]
В своем совместном обращении к Конгрессу в 2009 году Обама заявил, что: «Мы знаем, что страна, которая использует силу чистой, возобновляемой энергии, будет лидером 21-го века... Благодаря нашему плану восстановления , мы удвоим поставки возобновляемой энергии в эту страну в течение следующих трех лет... Настало время Америке снова стать лидером». [17]
По состоянию на 2011 год появились новые доказательства того, что традиционные источники энергии сопряжены со значительными рисками, и что необходимы серьезные изменения в структуре энергетических технологий:
Несколько трагедий в горнодобывающей промышленности по всему миру подчеркнули человеческие потери в цепочке поставок угля. Новые инициативы Агентства по охране окружающей среды, направленные на борьбу с токсинами в воздухе, угольной золой и выбросами сточных вод, подчеркивают воздействие угля на окружающую среду и стоимость решения этой проблемы с помощью технологий контроля. Использование фрекинга при разведке природного газа подвергается пристальному вниманию, поскольку имеются доказательства загрязнения грунтовых вод и выбросов парниковых газов. Растут опасения по поводу огромных объемов воды, используемых на угольных и атомных электростанциях, особенно в регионах страны, сталкивающихся с нехваткой воды. События на АЭС Фукусима возобновили сомнения относительно возможности безопасной эксплуатации большого количества атомных электростанций в долгосрочной перспективе. Кроме того, сметы расходов на атомные блоки «следующего поколения» продолжают расти, и кредиторы не желают финансировать эти станции без гарантий налогоплательщиков. [18]
В период с 2010 по 2020 год стоимость энергии ветра, солнца и природного газа резко упала. [19] В 2018 году EIA ожидало, что после роста на 2,7% в 2018 году выбросы углекислого газа (CO2), связанные с энергетикой в США, сократятся на 2,5% в 2019 году и на 1,0% в 2020 году [20] из-за перехода от угля к возобновляемым источникам энергии и природному газу.
Возобновляемая энергия имеет потенциал для сокращения выбросов CO2 в трех ключевых секторах потребления энергии: транспорт, отопление и охлаждение (включая отопление и кондиционирование зданий, промышленное использование тепла и т. д.) и электроэнергия. 2018 год был пиковым годом для использования кондиционирования воздуха, которое, как ожидалось, должно было снизиться. [20]
Возобновляемая энергия составила 14,94% от произведенной внутри страны электроэнергии в 2016 году в Соединенных Штатах. [26] Эта доля выросла с 7,7% в 2001 году, хотя эта тенденция иногда затмевается большими годовыми колебаниями в производстве гидроэлектроэнергии. Большая часть роста с 2001 года наблюдается в расширении ветрогенерации, а в последнее время — в росте солнечной генерации. Возобновляемая энергия в Калифорнии играет заметную роль, около 29% электроэнергии поступает из возобновляемых источников, соответствующих требованиям RPS (включая гидроэнергетику). [27]
Соединенные Штаты обладают одними из лучших возобновляемых источников энергии в мире, с потенциалом для удовлетворения растущей и значительной доли спроса на энергию в стране. Четверть территории страны имеет достаточно сильные ветры, чтобы производить электроэнергию по той же цене, что и природный газ и уголь. [28]
Многие из новых технологий, которые используют возобновляемые источники энергии, включая ветер, солнце, геотермальную энергию и биотопливо, являются или вскоре станут экономически конкурентоспособными по сравнению с ископаемым топливом, которое удовлетворяет 85% энергетических потребностей США. Динамичные темпы роста снижают затраты и стимулируют быстрый прогресс в технологиях. [28] Ветровая и солнечная энергия становятся все более важными по сравнению со старым и более устоявшимся источником гидроэлектроэнергии. К 2016 году ветровая энергия покрывала 37,23% от общего объема производства возобновляемой электроэнергии против 43,62% для гидроэлектроэнергии. Оставшаяся доля энергии была выработана биомассой — 10,27%, солнечной энергией — 6,03% и геотермальной энергией — 2,86% от общего объема возобновляемой генерации.
В 2015 году Джорджтаун, штат Техас, стал одним из первых американских городов, полностью перешедших на возобновляемую энергию, сделав это из соображений финансовой стабильности. [29]
Соединенные Штаты потребили около 4000 ТВт·ч электроэнергии в 2012 году и около 30 000 ТВт·ч (98 квадриллионов БТЕ) первичной энергии. Ожидается, что повышение эффективности приведет к сокращению потребления до 15 000 ТВт·ч к 2050 году.
Используя данные прогнозов мощностей Electric Power Annual 2018 [30] , ожидаемые изменения в генерирующих мощностях для возобновляемых источников топлива приведут к увеличению мощности на 55,873 ГВт, вводимой в эксплуатацию к началу 2024 года. Это составит в общей сложности 277,77 гигаватт возобновляемых источников энергии к 2024 году, что на 23,1% больше, чем в 2018 году. Использование этой генерирующей мощности и коэффициентов мощности из данных 2018 года приведет к общему объему 798,19 тераватт-часов (ТВт·ч) возобновляемой электроэнергии в 2023 году. Это будет на 61,84 ТВт·ч больше (+8,3%) по сравнению с 2018 годом.
Гидроэлектростанции были крупнейшим производителем возобновляемой энергии в Соединенных Штатах до 2019 года, пока их не обогнала ветроэнергетика. [31] Они произвели 254,79 ТВт·ч, что составило 5,94 % от общего объема электроэнергии страны в 2022 году и обеспечило 26,48 % от общего объема возобновляемой энергии в стране. [2] Соединенные Штаты являются третьим по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире после Китая и Бразилии.
Плотина Гранд -Кули — 9-я по величине гидроэлектростанция в мире. Еще шесть гидроэлектростанций США входят в число 50 крупнейших в мире. Объем вырабатываемой гидроэлектроэнергии сильно зависит от изменений в осадках и поверхностном стоке . Такие гидроэнергетические проекты, как плотина Гувера , плотина Гранд-Кули и Tennessee Valley Authority , стали знаковыми крупными строительными проектами.
Мощность ветроэнергетики в Соединенных Штатах утроилась с 2008 по 2016 год, в то время она поставляла более 5% от общего объема производства электроэнергии в стране. Ветроэнергетика обогнала гидроэнергетику как крупнейший источник возобновляемой электроэнергии в 2019 году и составила 10,25% от общего объема производства электроэнергии в стране к 2022 году. [34] Ветроэнергетика и солнечная энергетика составляли две трети новых энергетических установок в Соединенных Штатах в 2015 году. [35] Установленная мощность ветроэнергетики в Соединенных Штатах превышает 141 ГВт по состоянию на 2023 год. [2] Эту мощность превосходит только Китай .
Ветроэнергетический центр Alta Wind Energy мощностью 1550 МВт является крупнейшей ветряной электростанцией в Соединенных Штатах и второй по величине в мире после ветряной электростанции Ганьсу . [36]
В 2015 году в США насчитывалось 90 000 рабочих мест в сфере ветроэнергетики. Ветроэнергетика в США создает десятки тысяч рабочих мест и миллиарды долларов экономической активности. [37] Ветроэнергетические проекты увеличивают местную налоговую базу и оживляют экономику сельских общин, обеспечивая стабильный источник дохода фермерам, имеющим ветровые турбины на своих землях. [33] GE Energy является крупнейшим отечественным производителем ветровых турбин . [33]
В 2013 году ветроэнергетика получила 5,936 млрд долларов федерального финансирования, что составляет 37% всего федерального финансирования производства электроэнергии. [38]
Соединенные Штаты имеют потенциал для установки 10 тераватт (ТВт) наземной ветровой энергии и 4 ТВт морской ветровой энергии. [39] В докладе Министерства энергетики США « 20% ветровой энергии к 2030 году» предполагалось, что ветровая энергия может поставлять 20% всей электроэнергии страны, что включает вклад в размере 4% от морской ветровой энергии . [37] Необходимо будет добавить дополнительные линии электропередачи, чтобы доставлять электроэнергию из ветреных штатов в остальную часть страны. [40] В августе 2011 года коалиция из 24 губернаторов обратилась к администрации Обамы с просьбой обеспечить более благоприятный деловой климат для развития ветроэнергетики. [41]
Особенно возрос спрос на ветроэнергетику: в 2023 году в Колорадо было произведено 16 000 ГВт-ч, что свидетельствует об инвестициях штата в этот чистый источник энергии. [42]
Соединенные Штаты являются одним из крупнейших в мире производителей солнечной энергии. Страна была пионером в области солнечных ферм, и многие ключевые разработки в области концентрированной солнечной энергии и фотоэлектричества появились в результате национальных исследований.
В 2022 году доля солнечной энергии коммунального масштаба в энергосистеме составила 145,6 ТВт·ч, из них 142,6 ТВт·ч — от фотоэлектрических систем и 3,0 ТВт·ч — от тепловых систем. [2] По оценкам EIA, в 2020, 2021 и 2022 годах распределенная солнечная энергия вырабатывала 41,522 ТВт·ч, 49,164 ТВт·ч и 58,512 ТВт·ч соответственно. [2] В то время как коммунальные системы хорошо документировали генерацию, вклад распределенных систем в потребности пользователей в электроэнергии не измерялся и не контролировался. Поэтому количественная оценка распределенной солнечной энергии в электроэнергетическом секторе страны отсутствовала. Недавно Управление энергетической информации начало оценивать этот вклад. [48] [2] До 2008 года большая часть электроэнергии, вырабатываемой солнечной энергией, вырабатывалась тепловыми системами, однако к 2011 году фотоэлектрические системы обогнали тепловые.
В конце 2022 года в Соединенных Штатах было 70,6 гигаватт (ГВт) установленной мощности фотоэлектрических установок коммунального масштаба. [2] В Соединенных Штатах находятся некоторые из крупнейших солнечных электростанций в мире. Mount Signal Solar установила более 600 МВт к 2018 году и будет иметь мощность 800 МВт после завершения строительства. Solar Star — это ферма мощностью 579 мегаватт (МВт переменного тока ) недалеко от Розамонда, Калифорния . Завершенная в июне 2015 года, она использует 1,7 миллиона солнечных панелей, расположенных на площади 13 квадратных километров (5,0 квадратных миль). [49] [50] [51] Desert Sunlight Solar Farm — это солнечная электростанция мощностью 550 МВт в округе Риверсайд, Калифорния , которая использует тонкопленочные солнечные фотоэлектрические модули производства First Solar . [52] Topaz Solar Farm — это фотоэлектрическая электростанция мощностью 550 МВт в округе Сан-Луис-Обиспо, Калифорния . [53] Проект солнечной электростанции Blythe Solar Power Project представляет собой фотоэлектрическую станцию мощностью 485 МВт, строительство которой запланировано в округе Риверсайд, штат Калифорния .
Во многих школах и на предприятиях установлены встроенные в здание фотоэлектрические солнечные панели на крыше. Большинство из них подключены к сети и используют законы о чистом измерении, чтобы разрешить использование электричества вечером, которое было произведено днем. Нью-Джерси лидирует в стране с наименее ограничивающим законом о чистом измерении, в то время как Калифорния лидирует по общему количеству домов, в которых установлены солнечные панели. Многие из них были установлены благодаря инициативе «Миллион солнечных крыш». [54]
Калифорния решила, что она недостаточно быстро продвигается вперед в области фотоэлектрической генерации, и в 2008 году ввела фиксированный тариф . В штате Вашингтон фиксированный тариф составляет 15 ¢/кВт·ч, который увеличивается до 54 ¢/кВт·ч, если компоненты производятся в штате. [55] К 2015 году Калифорния, Гавайи, Аризона и некоторые другие штаты снизили выплаты владельцам распределенных солнечных установок и ввели новые сборы за использование сети. Tesla и несколько других компаний продвигали бытовые сетевые аккумуляторы, в то время как некоторые электроэнергетические компании инвестировали в сетевое хранение энергии в масштабах коммунальных служб, включая очень большие батареи.
Начиная с 2014 года, Управление энергетической информации оценило распределенную генерацию солнечной фотоэлектрической энергии и распределенную мощность солнечной фотоэлектрической энергии. [48] Эти некоммунальные оценки показывают, что Соединенные Штаты произвели следующую дополнительную электроэнергию с помощью таких распределенных солнечных фотоэлектрических систем. [2]
В конце 2016 года общая установленная мощность солнечной тепловой энергии в Соединенных Штатах составляла 1,76 ГВт. [2] Солнечная тепловая энергия, как правило, является коммунальной. До 2012 года в шести юго-западных штатах, Аризоне, Калифорнии, Колорадо, Неваде, Нью-Мексико и Юте, Бюро по управлению земельными ресурсами США владело почти 98 миллионами акров (400 000 км 2 ), площадью больше, чем штат Монтана, которая была открыта для предложений по установке солнечных электростанций. Чтобы упростить рассмотрение заявок, BLM подготовило Программное заявление о воздействии на окружающую среду (PEIS). В октябре 2012 года BLM изъяло 78% своих земель из-под возможного развития солнечной энергетики, оставив 19 миллионов акров (77 000 км 2 ) по-прежнему открытыми для заявок на установку солнечных электростанций, площадь почти такая же большая, как Южная Каролина. Из оставшейся открытой для предложений по солнечной энергии территории BLM выделило 285 тысяч акров в 17 весьма благоприятных районах, которые оно называет Зонами солнечной энергии. [56] [57] [58]
Солнечные тепловые электростанции, предназначенные только для солнечной генерации, хорошо подходят для пиковых нагрузок в летние полдни в благополучных районах со значительными потребностями в охлаждении, таких как юго-запад США. Используя системы хранения тепловой энергии, периоды работы солнечных тепловых установок могут быть даже продлены для удовлетворения потребностей базовой нагрузки. [59]
Исследование Национальной лаборатории возобновляемой энергии США, проведенное в 2013 году, пришло к выводу, что солнечные электростанции коммунального масштаба напрямую воздействуют в среднем на 2,7–2,9 акра на гигаватт-час/год и используют от 3,5 до 3,8 акров на гВт-час/год для всех участков. Согласно исследованию 2009 года, эта интенсивность использования земли меньше, чем у средней электростанции страны, использующей уголь, добываемый открытым способом. [60] Часть земли в восточной части пустыни Мохаве должна быть сохранена, но солнечная промышленность больше заинтересована в районах западной пустыни, «где солнце жжет жарче и есть более легкий доступ к линиям электропередач». [61]
Некоторые из крупнейших солнечных тепловых электростанций в Соединенных Штатах находятся на юго-западе страны, особенно в пустыне Мохаве . Solar Energy Generating Systems (SEGS) — это название девяти солнечных электростанций в пустыне Мохаве , введенных в эксплуатацию в период с 1984 по 1991 год. [8] Установка использует параболоцилиндрическую солнечную тепловую технологию вместе с природным газом для выработки электроэнергии. Всего на объекте установлено 400 000 зеркал, а площадь объекта составляет 1000 акров (4 км 2 ). Общая мощность установок составляет 354 МВт. [8]
Nevada Solar One вырабатывает 64 МВт электроэнергии в Боулдер-Сити , штат Невада , и была построена Министерством энергетики США (DOE) , Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL) и Solargenix Energy. Nevada Solar One начала вырабатывать электроэнергию в июне 2007 года. Nevada Solar One использует параболические желоба в качестве тепловых солнечных концентраторов , нагревательные трубки с жидкостью, которые действуют как солнечные приемники. Эти солнечные приемники представляют собой специально покрытые трубки из стекла и стали. Около 19 300 из этих 4-метровых трубок используются на недавно построенной электростанции. Nevada Solar One также использует технологию, которая собирает дополнительное тепло, помещая его в изменяющие фазу расплавленные соли. Эту энергию затем можно использовать ночью. [62]
Ivanpah Solar Power Facility — это солнечная электростанция мощностью 392 мегаватт (МВт), расположенная на юго-востоке Калифорнии. [63] Объект был официально открыт 13 февраля 2014 года . [64] Solana Generating Station — это солнечная электростанция мощностью 280 МВт , расположенная недалеко от Гила-Бенд , штат Аризона , примерно в 70 милях (110 км) к юго-западу от Финикса . Mojave Solar Project мощностью 250 МВт расположен недалеко от Барстоу, Калифорния . Crescent Dunes Solar Energy Project — это проект солнечной тепловой электростанции мощностью 110 мегаватт (МВт) недалеко от Тонопы , примерно в 190 милях (310 км) к северо-западу от Лас-Вегаса . [65]
Соединенные Штаты являются мировым лидером по мощности онлайн и производству электроэнергии из геотермальной энергии. [66] Согласно данным по энергетическим ресурсам штата за 2022 год, геотермальная энергия обеспечивала приблизительно 16 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии, или 0,37% от общего объема электроэнергии, потребляемой в стране. По состоянию на май 2007 года геотермальная электроэнергия вырабатывалась в пяти штатах: Аляска, Калифорния, Гавайи, Невада и Юта. Согласно недавнему отчету Ассоциации геотермальной энергии , по состоянию на май 2007 года в 12 штатах находилось 75 новых проектов по геотермальной энергии. Это на 14 проектов больше в трех дополнительных штатах по сравнению с исследованием, завершенным в ноябре 2006 года. [66]
Самым значительным катализатором новой промышленной активности стал Закон об энергетической политике 2005 года . Этот Закон предоставил новым геотермальным электростанциям право на полный федеральный налоговый кредит на производство, ранее доступный только для проектов ветровой энергетики. Он также санкционировал и направил увеличенное финансирование исследований Департаментом энергетики и предоставил Бюро по управлению земельными ресурсами новые правовые указания и надежное финансирование для решения проблемы невыполненных геотермальных аренд и разрешений. [66]
В 2022 году биомасса выработала 51,847 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии, или 1,21% от общего объема производства электроэнергии в стране. Биомасса была крупнейшим источником возобновляемой первичной энергии в США и четвертым по величине возобновляемым источником электроэнергии в США после ветра, гидроэнергетики и солнца. [2]
Данные о производстве электроэнергии из биомассы объединяют две основные категории:
Волновая энергетика в Соединенных Штатах находится в стадии разработки в нескольких местах у восточного и западного побережья, а также на Гавайях. Она вышла за рамки исследовательской фазы и производит надежную энергию. Ее использование до сих пор было в ситуациях, когда другие формы производства энергии не являются экономически жизнеспособными, и, как таковая, выходная мощность в настоящее время скромна. Но основные установки планируется ввести в эксплуатацию в течение следующих нескольких лет. [ необходима цитата ]
В 2006 году Министерство энергетики США заявило, что более 1,5 млн домов и предприятий в Соединенных Штатах используют солнечный водонагреватель , что составляет мощность более 1000 мегаватт (МВт) тепловой энергии. Оно предсказало, что еще 400 МВт, вероятно, будут установлены в течение следующих 3–5 лет.
Если предположить, что 40 процентов существующих домов в Соединенных Штатах имеют достаточный доступ к солнечному свету, можно установить 29 миллионов солнечных водонагревателей. [68]
Солнечные водонагреватели могут работать в любом климате. Производительность зависит от того, сколько солнечной энергии доступно на месте, а также от того, насколько холодна вода, поступающая в систему. Чем холоднее вода, тем эффективнее работает система. [68]
Солнечные водонагреватели сокращают потребность в обычном нагреве воды примерно на две трети и окупают свою установку в течение 4–8 лет за счет экономии электроэнергии или природного газа. По данным Центра солнечной энергетики Флориды, домовладельцы во Флориде с солнечными водонагревателями экономят от 50 до 85 процентов на счетах за нагрев воды по сравнению с владельцами электрических водонагревателей. [68]
Многие автомобили, проданные в США с 2001 года, могут работать на смесях с содержанием этанола до 15% . [69] Более старые автомобили в США могут работать на смесях с содержанием этанола до 10% . Производители автомобилей уже выпускают автомобили, предназначенные для работы на смесях с гораздо более высоким содержанием этанола. Ford , DaimlerChrysler и GM входят в число автомобильных компаний, которые продают автомобили, грузовики и минивэны с «гибким топливом», которые могут использовать смеси бензина и этанола, начиная от чистого бензина и заканчивая 85% этанола (E85). К середине 2006 года на дорогах было около 6 миллионов автомобилей, совместимых с E85. [70]
Девяносто пять процентов бензина, проданного в США (2016), смешано с 10% этанола. [71] Однако существуют проблемы при переходе на более высокие смеси. Транспортные средства с гибким топливом помогают в этом переходе, поскольку они позволяют водителям выбирать различные виды топлива в зависимости от цены и доступности. Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года , который предусматривает ежегодное использование 15,2 млрд галлонов США (58 000 000 м3 ) биотоплива к 2012 году, также поможет расширить рынок. [70] В 2015 году Министерство сельского хозяйства США начало предлагать гранты, чтобы помочь розничным продавцам бензина установить насосы-смесители для выдачи смесей этанола среднего уровня. [72]
Расширяющиеся отрасли по производству этанола и биодизеля создают рабочие места в строительстве, эксплуатации и обслуживании заводов, в основном в сельских общинах. По данным Ассоциации возобновляемого топлива, только в 2005 году отрасль по производству этанола создала почти 154 000 рабочих мест, увеличив доход домохозяйств на 5,7 млрд долларов. Она также внесла около 3,5 млрд долларов налоговых поступлений на местном, государственном и федеральном уровнях. [70] С другой стороны, в 2010 году отрасль по производству биотоплива получила 6,64 млрд долларов поддержки федерального правительства. [73]
Существует множество организаций в академическом, федеральном и коммерческом секторах, проводящих масштабные передовые исследования в области возобновляемой энергии. Эти исследования охватывают несколько направлений в спектре возобновляемой энергии. Большая часть исследований направлена на повышение эффективности и увеличение общей выработки энергии. [74] Несколько поддерживаемых федеральным правительством исследовательских организаций в последние годы сосредоточились на возобновляемой энергии. Две из самых известных из этих лабораторий — это Sandia National Laboratories (SNL) и National Renewable Energy Laboratory (NREL), обе из которых финансируются Министерством энергетики США и поддерживаются различными корпоративными партнерами. [75] Sandia имеет общий бюджет в размере 2,4 млрд долларов [76], в то время как NREL имеет бюджет в размере 375 млн долларов [77]
И SNL, и NREL в значительной степени финансируют программы исследований в области солнечной энергетики. BP также вкладывала значительные средства в программы исследований в области солнечной энергетики до 2008 года, когда компания начала сокращать свои операции в области солнечной энергетики. [78] Компания в конце концов закрыла свой сорокалетний солнечный бизнес после того, как руководители решили, что производство солнечной энергии экономически неконкурентоспособно. [78] Бюджет солнечной программы NREL составляет около 75 миллионов долларов [79] и разрабатывает исследовательские проекты в области фотоэлектрических (PV) технологий, солнечной тепловой энергии и солнечного излучения. [80] Бюджет солнечного подразделения Sandia неизвестен, однако на него приходится значительная доля бюджета лаборатории в размере 2,4 миллиарда долларов. [81]
Несколько академических программ были сосредоточены на исследованиях в области солнечной энергетики в последние годы. Центр исследований солнечной энергии (SERC) в Университете Северной Каролины (UNC) имеет единственную цель — разработать экономически эффективную солнечную технологию. В 2008 году исследователи Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод хранения солнечной энергии, используя ее для производства водородного топлива из воды. [82] Такие исследования направлены на устранение препятствия, с которым сталкивается развитие солнечной энергетики при хранении энергии для использования в ночные часы, когда солнце не светит. В феврале 2012 года базирующаяся в Северной Каролине компания Semprius Inc., занимающаяся разработкой солнечной энергетики при поддержке немецкой корпорации Siemens , объявила, что разработала самую эффективную в мире солнечную панель. Компания утверждает, что прототип преобразует 33,9% солнечного света, который попадает на него, в электричество, что более чем вдвое превышает предыдущий высокий коэффициент преобразования. [83]
Исследования ветровой энергии начались несколько десятилетий назад, в 1970-х годах, когда NASA разработало аналитическую модель для прогнозирования генерации энергии ветряными турбинами во время сильных ветров. [84] Сегодня и SNL, и NREL имеют программы, посвященные исследованиям ветра. Лаборатория Sandia фокусируется на развитии материалов, аэродинамики и датчиков. [85] Ветровые проекты NREL сосредоточены на улучшении производства энергии ветряными электростанциями, снижении их капитальных затрат и повышении общей экономической эффективности ветровой энергии. [86] Полевая лаборатория оптимизированной ветровой энергии (FLOWE) в Калифорнийском технологическом институте была создана для исследования возобновляемых подходов к технологиям ветровой энергетики, которые имеют потенциал для снижения стоимости, размера и воздействия на окружающую среду производства ветровой энергии. [87]
Как основной источник биотоплива в Северной Америке, многие организации проводят исследования в области производства этанола . На федеральном уровне Министерство сельского хозяйства США проводит большое количество исследований, касающихся производства этанола в Соединенных Штатах. Большая часть этих исследований направлена на изучение влияния производства этанола на внутренние рынки продовольствия. [88] Национальная лаборатория возобновляемой энергии провела различные исследовательские проекты по этанолу, в основном в области целлюлозного этанола . [89] Целлюлозный этанол имеет много преимуществ по сравнению с традиционным этанолом на основе кукурузы. Он не отнимает и не конфликтует напрямую с поставками продовольствия, поскольку производится из древесины, трав или несъедобных частей растений. [90] Некоторые исследования показали, что целлюлозный этанол более экономически эффективен и экономически устойчив, чем этанол на основе кукурузы. [91] Sandia National Laboratories проводит внутренние исследования целлюлозного этанола [92] , а также является членом Объединенного института биоэнергетики (JBEI), исследовательского института, основанного Министерством энергетики США с целью разработки целлюлозного биотоплива. [93]
Более 1 миллиарда долларов федеральных денег было потрачено на исследования и разработки водородного топлива в Соединенных Штатах. [94] И в NREL [95] , и в SNL [96] есть отделы, занимающиеся исследованиями водорода.
Белый водород может быть найден или произведен в Среднеконтинентальной рифтовой системе в масштабах, необходимых для возобновляемой водородной экономики . Воду можно закачивать в горячую богатую железом породу для получения водорода, а водород можно извлекать. [97] [98]
Точные оценки относительно создания рабочих мест в результате растущей зависимости от возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах сложно предсказать из-за непредвиденных технологических разработок, неопределенности относительно будущих уровней импорта/экспорта возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах и двусмысленности относительно косвенных и индуцированных эффектов занятости. При этом весьма вероятно, что Соединенные Штаты увидят чистый рост занятости в энергетическом секторе в результате перехода на возобновляемые источники энергии . [99] [100] [101]
Исследование, проведенное Вэем, Патадией и Камменом по эффективности использования возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах, показало, что сектор возобновляемых источников энергии создает значительно больше рабочих мест, чем сектор ископаемого топлива, исходя из поставленной единицы энергии. [101] [102] [103] Возобновляемые источники энергии, которые, как было установлено, имеют самые высокие показатели занятости на единицу произведенной энергии, — это солнечная и ветровая энергия; это, вероятно, связано с их установочными компонентами. [101] Хотя чистая занятость будет варьироваться в зависимости от местоположения в США, например, чистая занятость в Западной Вирджинии будет более неблагоприятно затронута, чем в Калифорнии, из-за угольной промышленности Западной Вирджинии, в целом чистая занятость в энергетическом секторе в США, как ожидается, значительно увеличится. [101] Рост прямой занятости, а также расширение инфраструктуры возобновляемых источников энергии естественным образом приведут к дополнительным косвенным и индуцированным рабочим местам.
Исследования, проведенные в странах Европейского союза, подтвердили эту положительную идею чистой занятости. На пути к зеленой энергетической экономике? Отслеживая влияние низкоуглеродных технологий на занятость в Европейском союзе, исследование, проведенное Маркандья и др., использовало многорегиональную модель «затраты-выпуск» в сочетании с Всемирной базой данных «затраты-выпуск» для анализа данных за 1995–2009 годы в поисках чистого влияния на занятость. [100] Эти годы были специально рассмотрены, поскольку энергетическая структура Европейского союза в это время значительно смещалась в сторону газа и других возобновляемых форм энергии. Хотя конкретные эффекты по странам различались, было обнаружено, что в течение этого периода времени в результате перехода было создано в общей сложности 530 000 рабочих мест. [100]
Другое исследование, проведенное в Германии Лером, Лутцем и Эдлером, использовало модель PANTA RHEI для оценки энергетической ситуации в Германии, принимая во внимание положительные и отрицательные воздействия возобновляемой энергии. [101] Модель рассматривала различные предположения относительно цен на ископаемое топливо, внутренних установок, международной торговли и немецкого экспорта на развивающиеся мировые рынки возобновляемой энергии. Почти во всех сценариях были продемонстрированы положительные чистые эффекты занятости. [101]
Согласно опросу CBS News 2019 года, проведенному среди 2143 жителей США, 42% взрослых американцев в возрасте до 45 лет считали, что США могли бы реалистично перейти на 100% возобновляемую энергию к 2050 году, в то время как 29% считали это нереальным, а 29% не были уверены. Эти цифры для пожилых американцев составляют 34%, 40% и 25% соответственно. Различия во мнениях могут быть связаны с образованием, поскольку молодые американцы с большей вероятностью изучали изменение климата в школах, чем их старшие. [105]
Закон о политике в области энергетики 2005 года требует, чтобы все государственные электроэнергетические компании способствовали чистому измерению . [106] Это позволяет домам и предприятиям, осуществляющим распределенную генерацию , платить только чистую стоимость электроэнергии из сети: использованная электроэнергия за вычетом электроэнергии, произведенной локально и отправленной обратно в сеть. Для прерывистых возобновляемых источников энергии это эффективно использует сеть как батарею для сглаживания затишья и заполнения пробелов в производстве.
Некоторые юрисдикции пошли еще дальше и ввели фиксированный тариф , который позволяет любому потребителю электроэнергии фактически зарабатывать деньги, производя больше возобновляемой энергии, чем потребляется на местном уровне.
С 2006 по 2014 год домохозяйства США получили более 18 миллиардов долларов в виде федеральных налоговых льгот на подоходный налог за утепление своих домов, установку солнечных панелей, покупку гибридных и электромобилей и другие инвестиции в «чистую энергию». Эти налоговые расходы пошли в основном на американцев с более высоким доходом. Три нижних квинтиля доходов получили около 10% всех льгот, в то время как верхний квинтиль получил около 60%. Наиболее экстремальной является программа, нацеленная на электромобили, где верхний квинтиль доходов получил около 90% всех льгот. Рыночные механизмы имеют менее искаженные распределительные эффекты. [107]
Закон о восстановлении и реинвестировании в Америку 2009 года включал более 70 миллиардов долларов прямых расходов и налоговых льгот на чистую энергию и связанные с ней транспортные программы. Эта комбинация политики и стимулирования представляет собой крупнейшее федеральное обязательство в истории Соединенных Штатов в отношении возобновляемых источников энергии , передовых транспортных средств и инициатив по энергосбережению . Ожидалось, что эти новые инициативы побудят еще больше коммунальных предприятий усилить свои программы чистой энергии. [108] Хотя Министерство энергетики подверглось критике за предоставление гарантий по кредитам Solyndra, [109] его инициатива SunShot профинансировала такие успешные компании, как EnergySage [110] и Zep Solar . [111]
В своем обращении к нации от 24 января 2012 года президент Барак Обама вновь подтвердил свою приверженность возобновляемым источникам энергии, заявив, что он «не откажется от обещания чистой энергии». Обама призвал Министерство обороны взять на себя обязательство закупить 1000 МВт возобновляемой энергии. Он также упомянул давнее обязательство Министерства внутренних дел разрешить 10 000 МВт проектов возобновляемой энергии на государственных землях в 2012 году. [12]
Некоторые объекты Агентства по охране окружающей среды в Соединенных Штатах используют возобновляемую энергию для всего или части своего снабжения на следующих объектах. [112]
Энергетические технологии получают государственные субсидии. В 2016 году федеральные государственные субсидии и поддержка возобновляемых источников энергии, ископаемого топлива и ядерной энергии составили 6 682 млн долларов, 489 млн долларов и 365 млн долларов соответственно. [113] Во всех, кроме нескольких штатов США, теперь действуют стимулы для продвижения возобновляемых источников энергии, в то время как более десятка штатов приняли новые законы о возобновляемых источниках энергии в последние годы. [ когда? ] [28] Возобновляемая энергетика потерпела политическое поражение в Соединенных Штатах в сентябре 2011 года из-за банкротства Solyndra , компании, которая получила федеральную гарантию по кредиту на сумму 535 млн долларов. [114] [115]
В мае 2024 года администрация Байдена удвоила тарифы на солнечные элементы, импортируемые из Китая, и более чем утроила тарифы на литий-ионные аккумуляторы для электромобилей, импортируемые из Китая. [116] Повышение тарифов будет осуществляться поэтапно в течение трех лет. [116]
Чистый учет — это политика многих штатов в Соединенных Штатах, призванная помочь принятию возобновляемой энергии. Чистый учет был впервые применен в Соединенных Штатах как способ позволить солнечной и ветровой энергии поставлять электроэнергию, когда она доступна, и разрешить использовать эту электроэнергию, когда это необходимо, начиная с коммунальных предприятий в Айдахо в 1980 году и в Аризоне в 1981 году. [117] В 1983 году Миннесота приняла первый закон штата о чистом учете. [118] По состоянию на март 2015 года 44 штата и Вашингтон, округ Колумбия, разработали обязательные правила чистого учета, по крайней мере, для некоторых коммунальных предприятий. [119] Однако, хотя правила штатов ясны, немногие коммунальные предприятия фактически компенсируют расходы по полным розничным тарифам. [120]
Политика чистого измерения определяется штатами, которые установили политику, различающуюся по ряду ключевых измерений. Закон об энергетической политике 2005 года потребовал от государственных регуляторов электроэнергии «рассматривать» (но не обязательно внедрять) правила, которые обязывают государственные электроэнергетические компании предоставлять чистое измерение своим клиентам по запросу. [121] Было предложено несколько законопроектов для установления федерального стандартного предела чистого измерения. Они варьируются от HR 729, который устанавливает предел чистого измерения в размере 2% от прогнозируемого совокупного пикового спроса клиентов, до HR 1945, который не имеет совокупного предела, но ограничивает бытовых пользователей до 10 кВт, что является низким пределом по сравнению со многими штатами, такими как Нью-Мексико, с пределом в 80 000 кВт, или такими штатами, как Аризона, Колорадо, Нью-Джерси и Огайо, которые ограничивают в процентах от нагрузки. [122]В феврале 2011 года Министерство энергетики США (DOE) запустило свою инициативу SunShot , совместную национальную программу по сокращению общей стоимости фотоэлектрических солнечных энергетических систем на 75% к 2020 году. [123] Достижение этой цели сделало бы несубсидированную солнечную энергию конкурентоспособной по стоимости с другими формами электроэнергии и обеспечило бы сетевой паритет . [124] Инициатива SunShot включала в себя краудсорсинговую инновационную программу, запущенную в партнерстве с Topcoder , в ходе которой за 60 дней было разработано 17 различных решений по применению солнечной энергии. [125] В 2011 году цена составляла 4 доллара за Вт, а цель SunShot в 1 доллар за Вт к 2020 году была достигнута в 2017 году. [126]
Wind Powering America (WPA) — еще одна инициатива DOE, направленная на увеличение использования энергии ветра. WPA сотрудничает с заинтересованными сторонами на уровне штата и региона, включая фермеров, владельцев ранчо, коренных американцев, сельские электрокооперативы, коммунальные предприятия, принадлежащие потребителям, и школы. [ необходима цитата ]
WPA сосредоточилась на штатах с большим потенциалом для генерации ветровой энергии, но с небольшим количеством действующих проектов. WPA предоставляет информацию о проблемах, преимуществах и последствиях внедрения ветровых технологий.
Инициатива Solar America (SAI) [127] является частью Федеральной инициативы по передовой энергетике , направленной на ускорение разработки современных фотоэлектрических материалов с целью сделать их конкурентоспособными по стоимости с другими формами возобновляемой электроэнергии к 2015 году.
Программа DOE по технологиям солнечной энергетики (SETP) направлена на достижение целей SAI посредством партнерств и стратегических альянсов, уделяя основное внимание четырем областям:
В рамках программы «Миллион солнечных крыш» бывшего губернатора Арнольда Шварценеггера Калифорния поставила цель создать 3000 мегаватт новой электроэнергии, вырабатываемой с помощью солнечной энергии, к 2017 году, с финансированием в размере 2,8 млрд долларов. [128]
California Solar Initiative предлагает денежные стимулы для солнечных фотоэлектрических систем до $2,50 за ватт. Эти стимулы в сочетании с федеральными налоговыми льготами могут покрывать до 50% от общей стоимости системы солнечных панелей. [128] Финансовые стимулы для поддержки возобновляемой энергии доступны в некоторых других штатах США. [129]
Агентство по охране окружающей среды назвало 20 лучших партнеров в своем партнерстве Green Power , которые генерируют собственную возобновляемую энергию на месте. Вместе они генерируют более 736 миллионов киловатт-часов возобновляемой энергии на месте каждый год, что достаточно для питания более 61 000 среднестатистических домов в США. [130]
Стандарт возобновляемого портфеля относится к законодательству, которое создает рынок торгуемых сертификатов возобновляемой или зеленой электроэнергии. Дистрибьюторы электроэнергии или оптовые покупатели электроэнергии обязаны получать определенный процент своей электроэнергии (портфеля) из возобновляемых источников генерации. Ответственные субъекты, не достигшие своей квоты, могут приобрести сертификаты у аккредитованных поставщиков, которые произвели возобновляемую электроэнергию и получили и зарегистрировали сертификаты для продажи на этом рынке.
К февралю 2024 года не менее 15% округов в Соединенных Штатах ввели запреты или другие ограничения для предотвращения строительства ветровых и солнечных проектов. [131]
Американский совет по возобновляемым источникам энергии (ACORE) — некоммерческая организация со штаб-квартирой в Вашингтоне, округ Колумбия. Она была основана в 2001 году как объединяющий форум для внедрения возобновляемых источников энергии в основное русло экономики и образа жизни Америки. В 2010 году в ACORE было более 700 организаций-членов. [132] В 2007 году ACORE опубликовала Outlook On Renewable Energy In America — двухтомный отчет о будущем возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах. [133] Было сказано, что этот отчет раскрывает «новую реальность для возобновляемых источников энергии в Америке». [134]
Институт исследований окружающей среды и энергетики (EESI) — некоммерческая организация , которая содействует экологически устойчивому обществу. Основанный в 1984 году группой членов Конгресса , EESI стремится стать катализатором, который отодвинет общество от экологически вредного ископаемого топлива и приведет к чистому энергетическому будущему. EESI представляет политические решения, которые приведут к снижению глобального потепления и загрязнения воздуха ; улучшению общественного здравоохранения, энергетической безопасности и возможностей развития сельской экономики; более широкому использованию возобновляемых источников энергии и повышению энергоэффективности .
Важной частью миссии Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) является передача разработанных NREL технологий на рынки возобновляемой энергии. Офис передачи технологий NREL поддерживает ученых и инженеров лаборатории в успешном и практическом применении их опыта и разрабатываемых ими технологий. Сотрудники и учреждения НИОКР признаются и ценятся промышленностью, что подтверждается многочисленными совместными исследовательскими проектами и лицензированными технологиями с государственными и частными партнерами. Инновационные технологии NREL также были отмечены 39 наградами R&D 100.
Rocky Mountain Institute (RMI) — это организация, занимающаяся исследованиями, публикациями, консультированием и чтением лекций в области общей устойчивости , уделяя особое внимание прибыльным инновациям для повышения эффективности использования энергии и ресурсов. Штаб-квартира RMI находится в Сноумассе, штат Колорадо , а также имеет офисы в Боулдере, штат Колорадо . RMI является издателем книги Winning the Oil Endgame .
Усилия сообщества по возобновляемой энергии включают призывы к энергетической демократии, чтобы возложить ответственность за процессы планирования и реализации проекта по возобновляемой энергии на сообщество. [135] Ожидается, что проекты по возобновляемой энергии на уровне сообщества будут иметь широкий спектр положительных социальных последствий в дополнение к сокращению использования ископаемого топлива, таких как «принятие разработок в области возобновляемой энергии; осведомленность о технологиях и проблемах возобновляемой и устойчивой энергии; внедрение низкоуглеродных технологий; и устойчивое/проэкологичное поведение». [136] Однако в опросе, проведенном в сообществе по поводу проектов по возобновляемой энергии в сообществе, результаты показали, что, хотя и была широкая поддержка реализации, был низкий уровень желания личного участия, что означало, что многие люди уклонялись от потенциальной работы в качестве руководителей проекта. [136] Часто степень владения обсуждается в процессе планирования. [137]
Проекты возобновляемой энергии в сообществе отдают приоритет участию сообществ конечных пользователей, бросая вызов традиционным структурам власти проектов возобновляемой энергии. Проекты возобновляемой энергии в сообществе и множество позитивных социальных последствий, часто связанных с ними, успешны только при институциональной поддержке. [136] Стипендии подчеркивают распространенность институциональной поддержки в ЕС и Великобритании для возобновляемой энергии на основе сообщества, и неудивительно, что в Европе гораздо больше успешных проектов, чем в Соединенных Штатах. [138]
Существующая литература показывает явный недостаток институциональной поддержки проектов возобновляемой энергии на уровне сообществ в Соединенных Штатах. Однако рыночные инвестиции в такие области, как проекты солнечной и ветровой энергии на уровне сообществ, очевидны в США. Частный сектор особенно увеличил интерес к проектам солнечной энергии на уровне сообществ за последние пару лет. [139] Различия в подходах к проектам возобновляемой энергии на уровне сообществ во всем мире могут быть связаны с различиями в либеральных государствах всеобщего благосостояния в Европе по сравнению с Соединенными Штатами.
Соединенные Штаты имеют потенциал для установки 11 тераватт (ТВт) наземной ветровой энергии и 4 ТВт морской ветровой энергии, способной генерировать более 47 000 ТВт-ч. Потенциал концентрированной солнечной энергии на юго-западе оценивается в 10-20 ТВт, способной генерировать более 10 000 ТВт-ч. [140]
В отчете Национальной лаборатории возобновляемой энергии за 2012 год оцениваются потенциальные энергетические ресурсы для каждого штата США. [141] [142]
Примечание: Общее потребление завышено для создания нефтяного эквивалента.
Международный:
Общий:
Источник данных: Управление энергетической информации США,
Ежемесячный обзор энергетики,
Приложение D.1 и Таблицы 1.3 и 10.1, апрель 2022 г., предварительные данные за 2021 г. / Древесина включает древесину и древесные отходы; Возобновляемые источники включают биотопливо, геотермальную энергию, солнечную энергию и энергию ветра.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )