Низкоуглеродная электроэнергия или низкоуглеродистая энергия — это электроэнергия , производимая со значительно меньшими выбросами парниковых газов в течение всего жизненного цикла, чем производство электроэнергии с использованием ископаемого топлива . [ нужна цитата ] Переход к низкоуглеродной энергетике является одним из наиболее важных действий, необходимых для ограничения изменения климата . [1]
Источники производства низкоуглеродной энергии включают энергию ветра , солнечную энергию , атомную энергию и большую часть гидроэнергетики . [2] [3] Этот термин в значительной степени исключает традиционные источники ископаемого топлива и используется только для описания определенного подмножества действующих энергетических систем на ископаемом топливе, в частности, тех, которые успешно сочетаются с улавливанием и хранением углерода в дымовых газах (CCS). система. [4] В 2020 году почти 40% выработки электроэнергии во всем мире приходилось на низкоуглеродные источники: около 10% приходится на атомную энергетику, почти 10% на ветровую и солнечную энергию и около 20% на гидроэнергетику и другие возобновляемые источники энергии. [1]
В конце 20-го и начале 21-го века важные открытия, касающиеся глобального потепления, подчеркнули необходимость ограничения выбросов углерода. Отсюда родилась идея низкоуглеродной энергетики. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), созданная Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в 1988 году, установила научный приоритет для внедрения низкоуглеродной энергетики. МГЭИК продолжала предоставлять научно-технические и социально-экономические консультации мировому сообществу посредством своих периодических оценочных докладов и специальных докладов. [5]
На международном уровне наиболее известные [ по мнению кого? ] Ранним шагом на пути к низкоуглеродной энергетике стало подписание Киотского протокола , вступившего в силу 16 февраля 2005 года, в соответствии с которым большинство промышленно развитых стран обязались сократить выбросы углекислого газа. Это историческое событие установило политический приоритет для внедрения низкоуглеродных энергетических технологий.
1 см. также воздействие водоемов на окружающую среду#Парниковые газы .
Список сокращений:
Существует множество вариантов снижения текущего уровня выбросов углекислого газа. Некоторые варианты, такие как энергия ветра и солнечная энергия, производят небольшое количество выбросов углерода за весь жизненный цикл, используя полностью возобновляемые источники. Другие варианты, такие как атомная энергетика, производят сопоставимое количество выбросов углекислого газа с возобновляемыми технологиями в общих выбросах жизненного цикла, но потребляют невозобновляемые, но устойчивые [10] материалы ( уран ). Термин «низкоуглеродная энергетика» может также включать энергию, которая продолжает использовать мировые природные ресурсы, такие как природный газ и уголь, но только тогда, когда они используют методы, которые сокращают выбросы углекислого газа из этих источников при их сжигании в качестве топлива, например, по состоянию на 2012 год пилотные установки по улавливанию и хранению углерода . [4] [11]
Поскольку стоимость сокращения выбросов в электроэнергетическом секторе оказывается ниже, чем в других секторах, таких как транспорт, электроэнергетический сектор может обеспечить наибольшее пропорциональное сокращение выбросов углерода в рамках экономически эффективной климатической политики. [12]
Технологии производства электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода используются в различных масштабах. В совокупности на их долю пришлось почти 40% мировой электроэнергии в 2020 году, а ветровая и солнечная энергия — почти 10%. [1]
В отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата за 2014 год атомная, ветровая, солнечная и гидроэлектроэнергия в подходящих местах определяется как технологии, которые могут обеспечить электроэнергию с менее чем 5% выбросов парниковых газов за жизненный цикл угольной энергетики. [14]
Преимущество гидроэлектростанций заключается в том, что они долговечны, и многие существующие станции работают более 100 лет. Гидроэнергетика также является чрезвычайно гибкой технологией с точки зрения работы энергосистемы. Крупная гидроэнергетика обеспечивает один из самых дешевых вариантов на современном энергетическом рынке, даже по сравнению с ископаемым топливом , и при работе электростанции отсутствуют вредные выбросы. [15] Однако, как правило, выбросы парниковых газов в водохранилищах низкие , а в тропиках, возможно, высокие выбросы.
Гидроэлектростанция является крупнейшим в мире источником электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода, на долю которого в 2019 году пришлось 15,6% от общего объема электроэнергии. [16] Китай на сегодняшний день является крупнейшим в мире производителем гидроэлектроэнергии , за ним следуют Бразилия и Канада .
Однако существует ряд существенных социальных и экологических недостатков крупных гидроэнергетических систем: дислокация при проживании людей там, где запланированы водохранилища, выбросы значительных количеств углекислого газа и метана при строительстве и затоплении водохранилища, нарушение водные экосистемы и птицы. [17] В настоящее время существует устойчивый консенсус в отношении того, что странам следует принять комплексный подход к управлению водными ресурсами, который будет включать планирование развития гидроэнергетики в сотрудничестве с другими водопользующими секторами. [15]
Атомная энергетика , на долю которой по состоянию на 2013 год приходится 10,6% мирового производства электроэнергии, является вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углерода. [18]
В 2010 году ядерная энергетика также обеспечила две трети низкоуглеродной энергии двадцати семи стран Европейского Союза , [19] при этом некоторые страны ЕС получали значительную часть своей электроэнергии из атомной энергетики; например , Франция получает 79% электроэнергии за счет атомной энергии . По состоянию на 2020 год ядерная энергетика обеспечивала 47% низкоуглеродной энергетики в ЕС [20], при этом страны, в основном основанные на атомной энергетике, обычно достигают уровня углеродоемкости 30-60 гCO2-экв/кВтч. [21]
В 2021 году Европейская экономическая комиссия ООН (ЕЭК ООН) назвала ядерную энергетику важным инструментом смягчения последствий изменения климата, который позволил предотвратить выбросы CO 2 на 74 Гт за последние полвека, обеспечивая 20% энергии в Европе и 43% низкоуглеродных выбросов. энергия. [22]
Атомная энергетика используется с 1950-х годов в качестве низкоуглеродного источника электроэнергии для базовой нагрузки . [24] Атомные электростанции в более чем 30 странах производят около 10% мировой электроэнергии. [25] По состоянию на 2019 год ядерная энергия производила более четверти всей низкоуглеродной энергии , что делает ее вторым по величине источником после гидроэнергетики. [26]
Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла атомной энергетики, включая добычу и переработку урана , аналогичны выбросам от возобновляемых источников энергии. [27] Ядерная энергетика использует мало земли на единицу произведенной энергии по сравнению с основными возобновляемыми источниками энергии. Кроме того, ядерная энергетика не приводит к загрязнению местного воздуха. [28] [29] Хотя урановая руда , используемая в качестве топлива для атомных электростанций, является невозобновляемым ресурсом, ее достаточно, чтобы обеспечить запасы на сотни и тысячи лет. [30] [31] Однако ресурсы урана, к которым можно получить доступ экономически целесообразным образом, в нынешнем состоянии ограничены, и производство урана вряд ли сможет поддерживаться на должном уровне на этапе расширения. [32] Пути смягчения последствий изменения климата, соответствующие амбициозным целям, обычно предусматривают увеличение энергоснабжения за счет ядерной энергии. [33]
Существуют разногласия по поводу того, является ли ядерная энергетика устойчивой, отчасти из-за опасений по поводу ядерных отходов , распространения ядерного оружия и аварий . [34] С радиоактивными ядерными отходами необходимо обращаться в течение тысяч лет [34] , а атомные электростанции создают расщепляющийся материал , который можно использовать для оружия. [34] На каждую единицу произведенной энергии ядерная энергия вызвала гораздо меньше смертей в результате несчастных случаев и связанных с загрязнением окружающей среды, чем ископаемое топливо, а исторический уровень смертности от ядерной энергетики сопоставим с показателями смертности от возобновляемых источников. [35] Общественная оппозиция атомной энергетике часто делает строительство атомных электростанций политически трудным. [34]
Сокращение времени и стоимости строительства новых атомных электростанций было целью на протяжении десятилетий, но затраты остаются высокими , а сроки - длительными. [36] Различные новые формы ядерной энергии находятся в стадии разработки, в надежде устранить недостатки традиционных электростанций. Реакторы- размножители на быстрых нейтронах способны перерабатывать ядерные отходы и, следовательно, могут значительно сократить количество отходов, требующих геологического захоронения , но пока не развернуты на крупномасштабной коммерческой основе. [37] Ядерная энергетика на основе тория (а не урана) может обеспечить более высокую энергетическую безопасность для стран, которые не имеют больших запасов урана. [38] Небольшие модульные реакторы могут иметь несколько преимуществ перед нынешними большими реакторами: их можно будет строить быстрее, а их модульность позволит снизить затраты за счет обучения на практике . [39]
Несколько стран пытаются разработать термоядерные реакторы, которые будут производить небольшое количество отходов и не будут вызывать риска взрывов. [40] Несмотря на то, что термоядерная энергия предприняла шаги вперед в лабораторных условиях, для ее коммерциализации и последующего масштабирования потребуется много десятилетий, что означает, что она не будет способствовать достижению чистой нулевой цели по смягчению последствий изменения климата к 2050 году. [41]Ветроэнергетика – это использование энергии ветра для производства полезной работы. Исторически энергия ветра использовалась парусами , ветряными мельницами и ветряными насосами , но сегодня она в основном используется для выработки электроэнергии. В этой статье рассматривается только энергия ветра для производства электроэнергии. Сегодня энергия ветра почти полностью вырабатывается с помощью ветряных турбин , обычно сгруппированных в ветряные электростанции и подключенных к электрической сети .
В 2022 году ветер произвел более 2000 ТВтч электроэнергии, что составило более 7% мировой электроэнергии [42] : 58 и около 2% мировой энергии. [43] [44] С учетом добавления около 100 ГВт в 2021 году, в основном в Китае и США , глобальная установленная мощность ветровой энергии превысила 800 ГВт. [45] [44] [46] Чтобы помочь достичь целей Парижского соглашения по ограничению изменения климата , аналитики говорят, что оно должно расширяться гораздо быстрее - более чем на 1% производства электроэнергии в год. [47]
Энергия ветра считается устойчивым возобновляемым источником энергии и оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению со сжиганием ископаемого топлива . Энергия ветра является переменной , поэтому для обеспечения надежного снабжения электроэнергией требуется накопление энергии или другие управляемые источники энергии. Наземные (береговые) ветряные электростанции оказывают большее визуальное воздействие на ландшафт, чем большинство других электростанций, по количеству произведенной энергии. [48] [49] Ветряные электростанции, расположенные на море, оказывают меньшее визуальное воздействие и имеют более высокий коэффициент мощности , хотя они, как правило, более дороги. [45] На долю морской ветроэнергетики в настоящее время приходится около 10% новых установок. [50]
Ветроэнергетика является одним из самых дешевых источников электроэнергии на единицу произведенной энергии. Во многих местах новые береговые ветряные электростанции дешевле новых угольных или газовых электростанций . [51]
Регионы в высоких северных и южных широтах имеют самый высокий потенциал ветроэнергетики. [52] В большинстве регионов выработка ветровой энергии выше в ночное время и зимой, когда выработка солнечной энергии низкая. По этой причине сочетание ветровой и солнечной энергии подходит во многих странах. [53]Солнечная энергия — это преобразование солнечного света в электричество либо напрямую с использованием фотоэлектрических элементов (PV), либо косвенно с использованием концентрированной солнечной энергии (CSP). Системы концентрированной солнечной энергии используют линзы или зеркала и системы слежения, чтобы сфокусировать большую площадь солнечного света в небольшой луч. Фотоэлектрические устройства преобразуют свет в электрический ток, используя фотоэлектрический эффект . [54]
Коммерческие концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. Установка SEGS CSP мощностью 354 МВт — крупнейшая солнечная электростанция в мире, расположенная в пустыне Мохаве в Калифорнии. Другие крупные электростанции CSP включают солнечную электростанцию Solnova (150 МВт) и солнечную электростанцию Andasol (150 МВт), обе в Испании. Солнечный проект Агуа-Кальенте мощностью более 200 МВт в США и солнечный парк Чаранка мощностью 214 МВт в Индии являются крупнейшими в мире фотоэлектрическими электростанциями . Доля солнечной энергии в мировом потреблении электроэнергии на конец 2014 года составила 1%. [55]
Геотермальная электроэнергия — это электроэнергия, вырабатываемая из геотермальной энергии. Используемые технологии включают электростанции с сухим паром, электростанции с мгновенным паром и электростанции с бинарным циклом. Геотермальное производство электроэнергии используется в 24 странах [56] , а геотермальное отопление — в 70 странах. [57]
Текущая мировая установленная мощность составляет 10 715 мегаватт (МВт), при этом наибольшая мощность находится в США (3 086 МВт), [58] на Филиппинах и в Индонезии . Оценки электрогенерационного потенциала геотермальной энергии варьируются от 35 до 2000 ГВт. [57]
Геотермальная энергия считается устойчивой , поскольку отвод тепла невелик по сравнению с теплосодержанием Земли. [59] Интенсивность выбросов существующих геотермальных электростанций составляет в среднем 122 кг CO.
2на мегаватт-час (МВт·ч) электроэнергии, что составляет небольшую долю от мощности традиционных электростанций, работающих на ископаемом топливе. [60]
Приливная энергия — это форма гидроэнергетики , которая преобразует энергию приливов в электричество или другие полезные формы энергии. Первая крупномасштабная приливная электростанция ( Приливная электростанция Ранс ) начала работу в 1966 году. Хотя приливная энергия еще не получила широкого распространения, она имеет потенциал для будущего производства электроэнергии. Приливы более предсказуемы, чем энергия ветра и солнца.
Улавливание и хранение углерода улавливает углекислый газ из дымовых газов электростанций или других отраслей промышленности и транспортирует его в подходящее место, где его можно надежно захоронить в подземном резервуаре. Несмотря на то, что все задействованные технологии уже используются, а улавливание и хранение углерода происходит в других отраслях (например, на газовом месторождении Слейпнер ), ни один крупномасштабный интегрированный проект в энергетической отрасли еще не вступил в силу.
Усовершенствование существующих технологий улавливания и хранения углерода может снизить затраты на улавливание CO 2 примерно на 20-30% примерно в течение следующего десятилетия, в то время как новые разрабатываемые технологии обещают более существенное снижение затрат. [61]
Межправительственная группа экспертов по изменению климата заявила в своем первом отчете рабочей группы, что «большая часть наблюдаемого повышения глобальной средней температуры с середины 20-го века, весьма вероятно, связана с наблюдаемым увеличением антропогенных концентраций парниковых газов, которые способствуют изменению климата . [ 62]
В процентах от всех антропогенных выбросов парниковых газов углекислый газ (CO 2 ) составляет 72 процента (см. Парниковый газ ) , и его концентрация в атмосфере увеличилась с 315 частей на миллион (ppm) в 1958 году до более чем 375 частей на миллион в 1958 году. 2005. [63]
Выбросы от энергетики составляют более 61,4 процента всех выбросов парниковых газов. [64] Производство электроэнергии из традиционных источников угольного топлива составляет 18,8 процентов всех мировых выбросов парниковых газов, что почти вдвое превышает выбросы автомобильного транспорта. [64]
По оценкам, к 2020 году мир будет производить примерно вдвое больше выбросов углекислого газа, чем в 2000 году. [65]
Европейский Союз надеется подписать закон, обязывающий в следующем году свести к нулю выбросы парниковых газов для всех 27 стран Союза.
По прогнозам , мировое потребление энергии вырастет со 123 000 ТВт-ч (421 квадриллион БТЕ ) в 2003 году до 212 000 ТВт-ч (722 квадриллиона БТЕ) в 2030 году . [66] По прогнозам, потребление угля за это же время увеличится почти вдвое. [67] Самый быстрый рост наблюдается в азиатских странах, не входящих в ОЭСР , особенно в Китае и Индии, где экономический рост приводит к увеличению потребления энергии. [68] Внедряя варианты низкоуглеродной энергетики, мировой спрос на электроэнергию может продолжать расти, сохраняя при этом стабильный уровень выбросов углекислого газа.
В транспортном секторе происходит переход от ископаемого топлива к электромобилям, таким как общественный транспорт и электромобиль . Эти тенденции невелики, но в конечном итоге могут привести к увеличению спроса на электросети. [ нужна цитата ]
Бытовое и промышленное тепло и горячая вода в основном обеспечиваются за счет сжигания ископаемого топлива, такого как мазут или природный газ, в помещениях потребителей. Некоторые страны начали предоставлять скидки на тепловые насосы, чтобы стимулировать переход на электроэнергию, что потенциально может увеличить спрос в сети. [69]
Угольные электростанции теряют долю рынка по сравнению с низкоуглеродными электростанциями, и любая из них, построенная в 2020-х годах, рискует стать бесполезными активами [70] или нерентабельными затратами , отчасти потому, что их коэффициент мощности снизится. [71]
Инвестиции в низкоуглеродные источники энергии и технологии растут быстрыми темпами. [ необходимы разъяснения ] Источники энергии с нулевым выбросом углерода производят около 2% мировой энергии, но на них приходится около 18% мировых инвестиций в производство электроэнергии, привлекая в 2006 году 100 миллиардов долларов инвестиционного капитала. [72]
. ... атомные электростанции ... в настоящее время обеспечивают 1/3 электроэнергии ЕС и 2/3 его низкоуглеродной энергии.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) Европейский стратегический план энергетических технологий SET-Plan На пути к низкоуглеродному будущему 2010. Атомная энергетика обеспечивает «2/3 низкоуглеродной энергетики ЕС», стр. 6.