Развитие энергетики – это сфера деятельности, направленная на получение источников энергии из природных ресурсов. Эта деятельность включает в себя производство возобновляемых источников энергии , ядерной энергии и ископаемого топлива , а также восстановление и повторное использование энергии , которая в противном случае была бы потрачена впустую. Меры по энергосбережению и повышению эффективности снижают потребность в развитии энергетики и могут принести пользу обществу за счет улучшения экологических проблем .
Общества используют энергию для транспорта, производства, освещения, отопления и кондиционирования воздуха, а также связи, в промышленных, коммерческих и бытовых целях. Энергетические ресурсы можно классифицировать как первичные ресурсы, когда ресурс можно использовать практически в его исходной форме, или как вторичные ресурсы, где источник энергии должен быть преобразован в более удобную для использования форму. Невозобновляемые ресурсы значительно истощаются в результате использования человеком, тогда как возобновляемые ресурсы производятся в результате текущих процессов, которые могут поддерживать неограниченную эксплуатацию человеком.
В энергетической отрасли заняты тысячи людей . Традиционная промышленность включает нефтяную промышленность , газовую промышленность, электроэнергетику и атомную промышленность . Новые отрасли энергетики включают отрасль возобновляемой энергетики , включающую альтернативное и устойчивое производство, распределение и продажу альтернативных видов топлива .
Энергетические ресурсы можно классифицировать как первичные ресурсы, пригодные для конечного использования без преобразования в другую форму, или вторичные ресурсы, где пригодная для использования форма энергии требует существенного преобразования из первичного источника. Примерами первичных энергетических ресурсов являются энергия ветра , солнечная энергия , древесное топливо, ископаемое топливо, такое как уголь, нефть и природный газ, а также уран. Вторичные ресурсы — это такие, как электричество, водород или другое синтетическое топливо.
Другая важная классификация основана на времени, необходимом для регенерации энергоресурса. «Возобновляемые» ресурсы — это те, которые восстанавливают свою мощность в течение времени, значительного для потребностей человека. Примерами являются гидроэлектроэнергетика или энергия ветра, когда природные явления, являющиеся основным источником энергии, продолжаются и не истощаются потребностями человека. Невозобновляемые ресурсы – это те, которые значительно истощены в результате использования человеком и которые не смогут значительно восстановить свой потенциал в течение жизни человека. Примером невозобновляемого источника энергии является уголь, который не образуется естественным путем со скоростью, необходимой для использования человеком.
Источники ископаемого топлива ( первичные невозобновляемые ископаемые ) сжигают уголь или углеводородное топливо, которые являются остатками разложения растений и животных. Существует три основных типа ископаемого топлива: уголь, нефть и природный газ . Другое ископаемое топливо, сжиженный нефтяной газ (СУГ), в основном получают в результате добычи природного газа. Тепло от сжигания ископаемого топлива используется либо непосредственно для отопления помещений и технологического отопления, либо преобразуется в механическую энергию для транспортных средств, промышленных процессов или производства электроэнергии . Эти ископаемые виды топлива являются частью углеродного цикла и позволяют высвобождать солнечную энергию, хранящуюся в топливе.
Использование ископаемого топлива в 18 и 19 веках подготовило почву для промышленной революции .
Ископаемое топливо составляет большую часть нынешних первичных источников энергии в мире . В 2005 году 81% мировых потребностей в энергии было удовлетворено за счет ископаемых источников. [4] Технология и инфраструктура для использования ископаемого топлива уже существуют. Жидкое топливо, полученное из нефти, дает много полезной энергии на единицу веса или объема, что является преимуществом по сравнению с источниками с более низкой плотностью энергии, такими как батареи . Ископаемое топливо в настоящее время экономично для децентрализованного использования энергии.
Энергетическая зависимость от импортируемого ископаемого топлива создает риски для энергетической безопасности зависимых стран. [5] [6] [7] [8] [9] Нефтяная зависимость, в частности, привела к войне, [10] финансированию радикалов, [11] монополизации, [12] и социально-политической нестабильности. [13]
Ископаемое топливо представляет собой невозобновляемые ресурсы, производство которых со временем сокращается [14] и истощается. Хотя процессы, которые привели к созданию ископаемого топлива, продолжаются, топливо потребляется гораздо быстрее, чем естественная скорость восполнения запасов. Добыча топлива становится все более дорогостоящей, поскольку общество потребляет наиболее доступные запасы топлива. [15] Добыча ископаемого топлива приводит к ухудшению состояния окружающей среды , например, добыча полезных ископаемых и вывоз угля с вершин гор .
Топливная эффективность – это форма термической эффективности , означающая эффективность процесса, который преобразует химическую потенциальную энергию, содержащуюся в топливе -носителе , в кинетическую энергию или работу . Экономия топлива – это энергоэффективность конкретного транспортного средства, выражается как отношение пройденного расстояния к единице израсходованного топлива . Эффективность с учетом веса (эффективность на единицу веса) может быть указана для грузовых перевозок , а эффективность с учетом пассажира (эффективность транспортного средства) на одного пассажира. Неэффективное сжигание ископаемого топлива в атмосфере в транспортных средствах, зданиях и электростанциях способствует образованию городских островов тепла . [16]
Пик традиционной добычи нефти , по консервативным оценкам, пришелся на период с 2007 по 2010 год. В 2010 году было подсчитано, что для поддержания текущего уровня добычи в течение 25 лет потребуются инвестиции в размере 8 триллионов долларов в невозобновляемые ресурсы. [17] В 2010 году правительства субсидировали ископаемое топливо примерно на 500 миллиардов долларов в год. [18] Ископаемое топливо также является источником выбросов парниковых газов , что приводит к опасениям по поводу глобального потепления, если потребление не сократится.
Сжигание ископаемого топлива приводит к выбросу загрязнений в атмосферу. Ископаемое топливо состоит в основном из соединений углерода. При горении выделяется углекислый газ , а также оксиды азота , сажа и другие мелкие частицы . Углекислый газ вносит основной вклад в недавнее изменение климата . [19] Другие выбросы электростанций, работающих на ископаемом топливе, включают диоксид серы , окись углерода (CO), углеводороды , летучие органические соединения (ЛОС), ртуть , мышьяк , свинец , кадмий и другие тяжелые металлы , включая следы урана . [20] [21]
Типичная угольная электростанция генерирует миллиарды киловатт-часов электроэнергии в год. [22]
Ядерная энергетика – это использование ядерного деления для производства полезного тепла и электричества . В результате деления урана производятся почти все экономически значимые атомные электростанции. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы составляют очень небольшую часть производства энергии, в основном в специализированных приложениях, таких как летательные аппараты для дальнего космоса.
Атомные электростанции , исключая военно-морские реакторы , в 2012 году обеспечили около 5,7% мировой энергии и 13% мировой электроэнергии. [23]
В 2013 году МАГАТЭ сообщило, что существует 437 действующих ядерных энергетических реакторов, [24] в 31 стране , [25] хотя не каждый реактор производит электроэнергию. [26] Кроме того, в эксплуатации находится около 140 военно-морских кораблей, использующих ядерные силовые установки , оснащенные примерно 180 реакторами. [27] [28] [29] По состоянию на 2013 год получение чистого прироста энергии от устойчивых реакций ядерного синтеза, исключая естественные источники термоядерной энергии, такие как Солнце , остается постоянной областью международных физических и инженерных исследований . Спустя более чем 60 лет после первых попыток коммерческое производство термоядерной энергии остается маловероятным до 2050 года. [30]
Продолжаются дебаты по поводу ядерной энергетики . [31] [32] [33] Сторонники, такие как Всемирная ядерная ассоциация , МАГАТЭ и экологи по ядерной энергии, утверждают, что ядерная энергия является безопасным, устойчивым источником энергии, который снижает выбросы углерода . [34] Оппоненты утверждают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды . [35] [36]
Аварии на атомных электростанциях включают чернобыльскую катастрофу (1986 г.), ядерную катастрофу на Фукусиме-дайити (2011 г.) и аварию на острове Три-Майл (1979 г.). [37] Также произошли аварии на атомных подводных лодках. [37] [38] [39] Что касается количества жизней, потерянных на единицу произведенной энергии, анализ показал, что ядерная энергетика вызвала меньше смертей на единицу произведенной энергии, чем другие основные источники производства энергии. Производство энергии из угля , нефти , природного газа и гидроэнергетики привело к увеличению числа смертельных случаев на единицу произведенной энергии из-за загрязнения воздуха и последствий энергетических аварий . [40] [41] [42] [43] [44] Однако экономические издержки аварий на атомных электростанциях высоки, а ликвидация аварий может занять десятилетия. Людские издержки эвакуации пострадавшего населения и потери средств к существованию также значительны. [45] [46]
Сравнение смертности от латентного рака, вызванного ядерной энергией , например, от рака, с немедленными смертями от других источников энергии на единицу произведенной энергии (GWeyr). Это исследование не включает рак, связанный с ископаемым топливом, и другие косвенные случаи смерти, вызванные использованием потребления ископаемого топлива, в классификацию «тяжелых несчастных случаев», которые будут считаться несчастным случаем с более чем 5 погибшими.
По состоянию на 2012 год, по данным МАГАТЭ , во всем мире строилось 68 гражданских ядерных энергетических реакторов в 15 странах, [24] примерно 28 из которых в Китайской Народной Республике (КНР), причем самый последний ядерный энергетический реактор, по состоянию на 2012 год, находился в стадии строительства. Май 2013 года, подключение к электросети , происходящее 17 февраля 2013 года на АЭС Хунъяньхэ в КНР. [47] В США в Фогтле строятся два новых реактора третьего поколения . Представители атомной отрасли США ожидают, что к 2020 году в эксплуатацию введут пять новых реакторов, причем все на существующих станциях. [48] В 2013 году четыре стареющих, неконкурентоспособных реактора были окончательно закрыты. [49] [50]
В недавних экспериментах по добыче урана используются полимерные канаты, покрытые веществом, избирательно поглощающим уран из морской воды. Этот процесс может сделать значительный объем урана, растворенного в морской воде, пригодным для производства энергии. Поскольку текущие геологические процессы выносят уран в море в количествах, сопоставимых с количеством, которое было бы добыто в результате этого процесса, в некотором смысле переносимый по морю уран становится устойчивым ресурсом. [51] [52] [ актуально? ]
Ядерная энергетика - это низкоуглеродный метод производства электроэнергии, при этом анализ литературы по интенсивности выбросов в течение всего жизненного цикла показывает, что она аналогична возобновляемым источникам энергии при сравнении выбросов парниковых газов (ПГ) на единицу произведенной энергии. [53] [54] С 1970-х годов ядерное топливо вытеснило около 64 гигатонн углекислого эквивалента ( ГтCO2-экв) парниковых газов , которые в противном случае образовались бы в результате сжигания нефти, угля или природного газа на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. . [55]
Авария на АЭС «Фукусима-дайити» в Японии в 2011 году , произошедшая на реакторе конструкции 1960-х годов , побудила во многих странах переосмыслить политику ядерной безопасности и ядерной энергетики . [56] Германия решила закрыть все свои реакторы к 2022 году, а Италия запретила атомную энергетику. [56] После Фукусимы в 2011 году Международное энергетическое агентство вдвое снизило оценку дополнительных ядерных генерирующих мощностей, которые должны быть построены к 2035 году. [57] [58]
После ядерной катастрофы на Фукусиме-1 в 2011 году – второго по величине ядерного инцидента , в результате которого 50 000 домохозяйств были перемещены после утечки радиоактивных материалов в воздух, почву и море, [59] и последующих радиационных проверок, приведших к запрету на некоторые поставки овощей и рыбы [60] ] - был опубликован глобальный опрос общественной поддержки источников энергии, проведенный Ipsos (2011), и ядерное деление оказалось наименее популярным [61]
.png/1280px-Global_public_support_for_energy_sources_(Ipsos_2011).png)
Экономика новых атомных электростанций является спорным вопросом, поскольку существуют разные точки зрения на эту тему, а от выбора источника энергии зависят многомиллиардные инвестиции. Атомные электростанции обычно имеют высокие капитальные затраты на строительство станции, но низкие прямые затраты на топливо. В последние годы наблюдается замедление роста спроса на электроэнергию, а финансирование стало более трудным, что влияет на крупные проекты, такие как ядерные реакторы, с очень большими первоначальными затратами и длительными проектными циклами, которые несут в себе большое количество рисков. [62] В Восточной Европе ряд давно существующих проектов изо всех сил пытаются найти финансирование, в частности, «Белене» в Болгарии и дополнительные реакторы в Чернаводэ в Румынии, а некоторые потенциальные спонсоры отказались от участия. [62] Там, где доступен дешевый газ и его будущие поставки относительно безопасны, это также представляет собой серьезную проблему для ядерных проектов. [62]
Анализ экономики ядерной энергетики должен учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. На сегодняшний день все действующие атомные электростанции были построены государственными или регулируемыми коммунальными монополиями [63] [64] , где многие риски, связанные со стоимостью строительства, эксплуатационными показателями, ценами на топливо и другими факторами, ложились на потребителей, а не на поставщиков. Многие страны в настоящее время либерализовали рынок электроэнергии , где эти риски, а также риск появления более дешевых конкурентов до того, как капитальные затраты будут возмещены, несут поставщики и операторы электростанций, а не потребители, что приводит к существенно иной оценке экономики новой атомной энергетики. растения. [65]
Затраты на действующие и новые атомные электростанции, вероятно, вырастут из-за возросших требований к обращению с отработавшим топливом на площадке и повышенных проектных угроз. [66] Хотя первые в своем роде проекты, такие как строящиеся EPR, отстают от графика и превышают бюджет, из семи южнокорейских APR-1400, которые в настоящее время строятся по всему миру, два находятся в Южной Корее на атомной электростанции Хануль и четверо из них участвуют в крупнейшем проекте строительства атомной станции в мире по состоянию на 2016 год в Объединенных Арабских Эмиратах на планируемой атомной электростанции Барака . Первый реактор, Барака-1, завершен на 85%, и его подключение к сети запланировано на 2017 год. [67] [68] Два из четырех строящихся реакторов EPR (в Финляндии и Франции) значительно отстают от графика и значительно превышают стоимость. [69]
Возобновляемая энергия обычно определяется как энергия, получаемая из ресурсов, которые естественным образом пополняются в течение человеческого времени, таких как солнечный свет , ветер , дождь , приливы , волны и геотермальное тепло . Возобновляемая энергия заменяет традиционные виды топлива в четырех различных областях: производство электроэнергии , горячая вода / отопление помещений , моторное топливо и сельские (автономные) энергетические услуги.
С учетом традиционного использования биомассы около 19% мирового потребления энергии приходится на возобновляемые ресурсы. [72] Производство ветровой энергии рассматривается как важный источник возобновляемой энергии, что увеличивает глобальную мощность ветроэнергетики на 12% в 2021 году. [73] Хотя это не относится ко всем странам, 58% стран выборки связали потребление возобновляемой энергии с оказать положительное влияние на экономический рост. [74] На национальном уровне по крайней мере 30 стран мира уже используют возобновляемые источники энергии, на долю которых приходится более 20% энергоснабжения. По прогнозам, национальные рынки возобновляемых источников энергии будут продолжать активно расти в ближайшее десятилетие и в последующий период.[76]
В отличие от других источников энергии, возобновляемые источники энергии не так ограничены географически. Кроме того, внедрение возобновляемых источников энергии приводит к экономическим выгодам, а также к борьбе с изменением климата. Электрификация сельской местности [75] была исследована на нескольких объектах и показала ее положительное влияние на коммерческие расходы, использование бытовой техники и общую деятельность, требующую электричества в качестве энергии. [76] Рост возобновляемой энергетики как минимум в 38 странах обусловлен высокими показателями потребления электроэнергии. [77] Международная поддержка продвижения возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, продолжает расти.
Хотя многие проекты использования возобновляемых источников энергии являются крупномасштабными, технологии возобновляемых источников энергии также подходят для сельских и отдаленных районов и развивающихся стран , где энергия часто имеет решающее значение для человеческого развития . Чтобы обеспечить устойчивое развитие человеческого потенциала, правительства во всем мире начинают исследовать потенциальные способы внедрения возобновляемых источников энергии в свои страны и экономики. Например, Департамент энергетики и изменения климата правительства Великобритании «Пути к 2050 году» разработал метод картирования, чтобы информировать общественность о конкуренции за землю между технологиями энергоснабжения. [78] Этот инструмент дает пользователям возможность понять, какие ограничения и потенциал имеют окружающие их земли и страны с точки зрения производства энергии.
Гидроэлектроэнергия — это электроэнергия, вырабатываемая гидроэнергетикой ; сила падающей или текущей воды. В 2015 году гидроэнергетика произвела 16,6% всей электроэнергии в мире и 70% всей возобновляемой электроэнергии [79] [ нужна страница ] и, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 3,1% каждый год в течение следующих 25 лет.
Гидроэлектроэнергия производится в 150 странах, при этом Азиатско-Тихоокеанский регион производил 32 процента мировой гидроэлектроэнергии в 2010 году. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году было произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии. В настоящее время существуют три гидроэлектростанции мощностью более 10 ГВт: плотина «Три ущелья» в Китае, плотина Итайпу на границе Бразилии и Парагвая и плотина Гури в Венесуэле. [80]
Стоимость гидроэлектроэнергии относительно низкая, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой электроэнергии. Средняя стоимость электроэнергии на гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час. [80] Гидроэнергетика также является гибким источником электроэнергии, поскольку станции можно очень быстро увеличивать и уменьшать мощность, чтобы адаптироваться к меняющимся потребностям в энергии. Однако строительство плотин прерывает течение рек и может нанести вред местным экосистемам, а строительство крупных плотин и водохранилищ часто влечет за собой перемещение людей и диких животных. [80] После того, как гидроэлектрический комплекс построен, проект не производит прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов углекислого газа, вызывающего парниковый эффект, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе . [81]
Ветроэнергетика использует силу ветра для приведения в движение лопастей ветряных турбин . Эти турбины вызывают вращение магнитов , что создает электричество. Ветровые башни обычно строятся вместе на ветряных электростанциях . Существуют морские и наземные ветряные электростанции. В июне 2014 года мировая мощность ветроэнергетики быстро выросла до 336 ГВт , а производство ветровой энергии составило около 4% от общего мирового потребления электроэнергии и быстро росло. [82]
Энергия ветра широко используется в Европе , Азии и США . [83] Несколько стран достигли относительно высокого уровня проникновения ветровой энергии, например, 21% стационарного производства электроэнергии в Дании , [84] 18% в Португалии , [84] 16% в Испании , [84] 14% в Ирландии , [85] и 9% в Германии в 2010 году. [84] [86] : 11 К 2011 году порой более 50% электроэнергии в Германии и Испании приходилось на энергию ветра и солнца. [87] [88] По состоянию на 2011 год 83 страны мира используют энергию ветра на коммерческой основе. [86] : 11
Многие из крупнейших в мире наземных ветряных электростанций расположены в США , Китае и Индии . Большинство крупнейших в мире морских ветряных электростанций расположены в Дании , Германии и Великобритании . Двумя крупнейшими морскими ветряными электростанциями в настоящее время являются London Array мощностью 630 МВт и Gwynt y Môr .
Солнечная энергия — это лучистый свет и тепло Солнца , которые используются с использованием ряда технологий, таких как солнечная энергия для выработки электроэнергии , солнечная тепловая энергия (включая солнечный нагрев воды ) и солнечная архитектура . [96] [97] [98] Это важный источник возобновляемой энергии , и его технологии в целом характеризуются как пассивные солнечные или активные солнечные, в зависимости от того, как они улавливают и распределяют солнечную энергию или преобразуют ее в солнечную энергию. Активные солнечные методы включают использование фотоэлектрических систем , концентрированной солнечной энергии и солнечного нагрева воды для использования энергии. Пассивные солнечные методы включают в себя ориентацию здания по Солнцу, выбор материалов с благоприятной тепловой массой или светорассеивающими свойствами, а также проектирование пространств, в которых воздух циркулирует естественным образом .
В 2011 году Международное энергетическое агентство заявило, что «развитие доступных, неисчерпаемых и чистых технологий солнечной энергии будет иметь огромные долгосрочные выгоды. Это повысит энергетическую безопасность стран за счет опоры на местные, неисчерпаемые и в основном независимые от импорта ресурсы». , повысить устойчивость , уменьшить загрязнение окружающей среды , снизить затраты на борьбу с глобальным потеплением ... эти преимущества носят глобальный характер». [96] [99]Биотопливо – это топливо , содержащее энергию геологически недавней фиксации углерода . Это топливо производится из живых организмов . Примеры такой фиксации углерода встречаются у растений и микроводорослей . Это топливо производится путем преобразования биомассы (биомасса относится к недавно живым организмам, чаще всего к растениям или материалам растительного происхождения). Эту биомассу можно преобразовать в полезные энергосодержащие вещества тремя различными способами: термической конверсией, химической конверсией и биохимической конверсией. Это преобразование биомассы может привести к получению топлива в твердой , жидкой или газообразной форме. Эту новую биомассу можно использовать для производства биотоплива. Популярность биотоплива возросла из-за роста цен на нефть и необходимости обеспечения энергетической безопасности .
Биоэтанол – это спирт , полученный путем ферментации , в основном из углеводов, полученных из сахара или крахмальных культур, таких как кукуруза или сахарный тростник . Целлюлозная биомасса , полученная из непищевых источников, таких как деревья и травы, также разрабатывается в качестве сырья для производства этанола. Этанол можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но обычно его используют в качестве присадки к бензину для повышения октанового числа и снижения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в США и Бразилии . Существующая конструкция установки не предусматривает превращение лигнинной части растительного сырья в компоненты топлива путем брожения.
Биодизель производится из растительных масел и животных жиров . Биодизель можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но обычно его используют в качестве присадки к дизельному топливу для снижения уровня твердых частиц, окиси углерода и углеводородов в транспортных средствах с дизельным двигателем. Биодизель производится из масел или жиров методом переэтерификации и является наиболее распространенным биотопливом в Европе. Однако ведутся исследования по производству возобновляемого топлива путем декарбоксилирования [100].
В 2010 году мировое производство биотоплива достигло 105 миллиардов литров (28 миллиардов галлонов США), что на 17% больше, чем в 2009 году, [101] и биотопливо обеспечило 2,7% мирового топлива для автомобильного транспорта, причем этот вклад в основном составили этанол и биодизель. [ нужна цитата ] Мировое производство этанольного топлива достигло 86 миллиардов литров (23 миллиарда галлонов США) в 2010 году, при этом Соединенные Штаты и Бразилия являются ведущими мировыми производителями, на долю которых вместе приходится 90% мирового производства. Крупнейшим производителем биодизеля в мире является Европейский Союз , на долю которого в 2010 году пришлось 53% всего производства биодизеля. [101] По состоянию на 2011 год мандаты на смешивание биотоплива существуют в 31 стране на национальном уровне и в 29 штатах или провинциях. [86] : 13–14 Международное энергетическое агентство поставило перед собой цель обеспечить более четверти мирового спроса на транспортное топливо к 2050 году с помощью биотоплива, чтобы снизить зависимость от нефти и угля. [102]
Геотермальная энергия – это тепловая энергия, вырабатываемая и хранящаяся на Земле. Тепловая энергия – это энергия, определяющая температуру вещества. Геотермальная энергия земной коры возникает в результате первоначального образования планеты (20 %) и радиоактивного распада минералов (80 %). [103] Геотермический градиент , который представляет собой разницу температур между ядром планеты и ее поверхностью, обеспечивает непрерывную передачу тепловой энергии в виде тепла от ядра к поверхности. Прилагательное « геотермический» происходит от греческих корней γη (ge) , что означает «земля», и θερμος (термос) , что означает «горячий».
Внутреннее тепло Земли — это тепловая энергия, образующаяся в результате радиоактивного распада и постоянной потери тепла в результате формирования Земли. Температура на границе ядра и мантии может достигать более 4000 ° C (7200 ° F). [104] Высокая температура и давление в недрах Земли заставляют некоторые породы плавиться, а твердая мантия ведет себя пластично, в результате чего части мантии конвектируются вверх, поскольку она легче окружающей породы. Порода и вода в земной коре нагреваются иногда до 370 °C (700 °F). [105]
Геотермальная энергия горячих источников использовалась для купания со времен палеолита и для отопления помещений со времен Древнего Рима, но сейчас она более известна для производства электроэнергии . В 2012 году во всем мире в 24 странах было подключено 11 400 мегаватт (МВт) геотермальной энергии. [106] Еще 28 гигаватт мощности прямого геотермального отопления установлены для централизованного теплоснабжения, отопления помещений, спа, промышленных процессов, опреснения и сельскохозяйственного применения в 2010 году. [ 107]
Геотермальная энергия экономически эффективна, надежна, устойчива и экологически безопасна, [108] , но исторически ее использование ограничивалось областями вблизи границ тектонических плит . Недавние технологические достижения значительно расширили диапазон и размер жизнеспособных ресурсов, особенно для таких применений, как отопление домов, открывая потенциал для их широкого использования. Геотермальные скважины выделяют парниковые газы, находящиеся глубоко под землей, но эти выбросы на единицу энергии намного ниже, чем выбросы ископаемого топлива. В результате геотермальная энергия может помочь смягчить глобальное потепление, если ее широко использовать вместо ископаемого топлива.
Геотермальные ресурсы Земли теоретически более чем достаточны для удовлетворения энергетических потребностей человечества, но лишь очень небольшая часть может быть использована с прибылью. Бурение и разведка глубоких ресурсов обходятся очень дорого. Прогнозы на будущее геотермальной энергетики зависят от предположений о технологиях, ценах на энергию, субсидиях и процентных ставках. Пилотные программы, такие как участие клиентов EWEB в программе Green Power [109], показывают, что клиенты будут готовы платить немного больше за возобновляемый источник энергии, такой как геотермальная энергия. Но в результате исследований, проводимых при поддержке правительства, и промышленного опыта, стоимость производства геотермальной энергии снизилась на 25% за последние два десятилетия. [110] В 2001 году геотермальная энергия стоила от двух до десяти центов США за кВтч. [111]
Морская возобновляемая энергия (MRE) или морская энергия (также иногда называемая энергией океана, энергией океана или морской и гидрокинетической энергией) относится к энергии, переносимой механической энергией океанских волн , течений и приливов , сдвигов градиентов солености , и разница температур океана . MRE имеет потенциал стать надежным и возобновляемым источником энергии из-за циклического характера океанов . [112] Движение воды в мировом океане создает огромный запас кинетической энергии или энергии движения. Эту энергию можно использовать для выработки электроэнергии в домах, на транспорте и в промышленности.
Термин «морская энергия» включает в себя как мощность волн , т. е. мощность поверхностных волн, так и энергию приливов , т. е. получаемую из кинетической энергии больших масс движущейся воды. Морская ветроэнергетика не является формой морской энергетики, поскольку энергия ветра получается из ветра, даже если ветряные турбины расположены над водой. Океаны обладают огромным количеством энергии и находятся рядом со многими, если не с наиболее концентрированными, популяциями. Энергия океана потенциально может обеспечить значительное количество новой возобновляемой энергии по всему миру. [113]
Технология морской энергетики находится на первой стадии развития. Для разработки MRE необходимы эффективные методы хранения, транспортировки и улавливания энергии океана, чтобы ее можно было использовать там, где это необходимо. [114] За последний год страны по всему миру начали реализовывать рыночные стратегии коммерциализации MRE. Канада и Китай ввели стимулы, такие как льготные тарифы (FiTs) , которые представляют собой цены на MRE выше рыночных и позволяют инвесторам и разработчикам проектов получать стабильный доход. Другие финансовые стратегии включают субсидии, гранты и финансирование в рамках государственно-частного партнерства (ГЧП) . Только Китай одобрил 100 океанских проектов в 2019 году. [115] Португалия и Испания признают потенциал MRE в ускорении декарбонизации , что имеет основополагающее значение для достижения целей Парижского соглашения . Обе страны сосредоточены на аукционах по солнечной и морской ветроэнергетике , чтобы привлечь частные инвестиции, обеспечить экономическую эффективность и ускорить рост MRE. [116] Ирландия рассматривает MRE как ключевой компонент сокращения выбросов углекислого газа. План развития морских возобновляемых источников энергии (OREDP) поддерживает разведку и разработку значительного морского энергетического потенциала страны. [117] Кроме того, в Ирландии реализована Схема поддержки возобновляемой энергетики (RESS), которая включает аукционы, призванные обеспечить финансовую поддержку сообществ, увеличить разнообразие технологий и гарантировать энергетическую безопасность . [118]
Однако, хотя исследования расширяются, существуют опасения, связанные с угрозами морским млекопитающим, местам обитания и потенциальными изменениями океанских течений. MRE может стать возобновляемым источником энергии для прибрежных сообществ, помогая им перейти от ископаемого топлива, но исследователи призывают к лучшему пониманию его воздействия на окружающую среду. [119] Поскольку области энергии океана часто изолированы как от рыболовства, так и от морского транспорта, эти зоны могут служить убежищем от людей и хищников для некоторых морских видов. Устройства MRE могут стать идеальным домом для многих рыб , раков , моллюсков и ракушек ; а также может косвенно влиять на морских птиц и млекопитающих , поскольку они питаются этими видами. Аналогично, такие территории могут создавать « эффект искусственных рифов », увеличивая биоразнообразие поблизости. Шумовое загрязнение , создаваемое этой технологией, ограничено, что также приводит к возвращению рыб и млекопитающих, обитающих в районе установки. [120] В последнем докладе о состоянии науки о MRE авторы утверждают, что нет никаких доказательств того, что рыбы, млекопитающие или морские птицы могут получить травмы в результате столкновений, шумового загрязнения или электромагнитного поля. Неопределенность его воздействия на окружающую среду обусловлена небольшим количеством устройств MRE сегодня в океане, где собираются данные. [121]
Стимул к использованию 100% возобновляемой энергии для производства электроэнергии, транспорта или даже общего снабжения первичной энергией во всем мире был мотивирован глобальным потеплением и другими экологическими, а также экономическими проблемами. Использование возобновляемых источников энергии росло гораздо быстрее, чем кто-либо ожидал. [122] Межправительственная группа экспертов по изменению климата заявила, что существует несколько фундаментальных технологических ограничений для интеграции портфеля технологий возобновляемой энергетики для удовлетворения большей части общего мирового спроса на энергию. [123] На национальном уровне по крайней мере 30 стран мира уже используют возобновляемые источники энергии, на долю которых приходится более 20% энергоснабжения. Кроме того, Стивен В. Пакала и Роберт Х. Соколов разработали серию « стабилизирующих клиньев », которые могут позволить нам поддерживать качество жизни, избегая при этом катастрофических изменений климата, а «возобновляемые источники энергии» в совокупности составляют наибольшее количество своих «клиньев». [124]
Марк З. Джейкобсон говорит, что производство всей новой энергии с помощью энергии ветра , солнца и гидроэнергии к 2030 году осуществимо, а существующие механизмы энергоснабжения могут быть заменены к 2050 году. не технологический или экономический». Джейкобсон говорит, что затраты на энергию при использовании ветровой, солнечной и водной систем должны быть аналогичны сегодняшним затратам на электроэнергию. [125]
Аналогичным образом, в Соединенных Штатах независимый Национальный исследовательский совет отметил, что «существуют достаточные внутренние возобновляемые ресурсы, чтобы позволить возобновляемой электроэнергии играть значительную роль в будущем производстве электроэнергии и, таким образом, помогать решать проблемы, связанные с изменением климата, энергетической безопасностью и эскалацией затрат на энергию... Возобновляемая энергия является привлекательным вариантом, поскольку возобновляемые ресурсы, доступные в Соединенных Штатах, в совокупности могут обеспечить значительно большее количество электроэнергии, чем общий текущий или прогнозируемый внутренний спрос». . [126]
Среди критиков подхода «100% возобновляемой энергии» — Вацлав Смил и Джеймс Э. Хансен . Смил и Хансен обеспокоены непостоянной выработкой солнечной и ветровой энергии, но Эмори Ловинс утверждает, что электросеть может справиться, точно так же, как она регулярно резервирует неработающие угольные и атомные электростанции работающими. [127]
Google потратил 30 миллионов долларов на свой проект «Возобновляемая энергия дешевле, чем уголь» по развитию возобновляемых источников энергии и предотвращению катастрофического изменения климата. Проект был отменен после того, как был сделан вывод, что лучший сценарий быстрого развития возобновляемой энергетики может привести к выбросам только на 55 процентов ниже прогнозов по ископаемому топливу на 2050 год. [128]
Хотя повышение эффективности использования энергии само по себе не является развитием энергетики, его можно рассматривать в рамках темы развития энергетики, поскольку оно делает существующие источники энергии доступными для выполнения работы. [130] : 22
Эффективное использование энергии снижает количество энергии, необходимой для производства продуктов и услуг. Например, изоляция дома позволяет зданию использовать меньше энергии для отопления и охлаждения для поддержания комфортной температуры. Установка люминесцентных ламп или естественных мансардных окон снижает количество энергии, необходимой для освещения, по сравнению с лампами накаливания . Компактные люминесцентные лампы потребляют на две трети меньше энергии и могут служить в 6–10 раз дольше, чем лампы накаливания. Повышение энергоэффективности чаще всего достигается за счет внедрения эффективной технологии или производственного процесса. [131]
Сокращение энергопотребления может сэкономить потребителям деньги, если экономия энергии компенсирует стоимость энергоэффективной технологии. Сокращение потребления энергии снижает выбросы. По данным Международного энергетического агентства , повышение энергоэффективности в зданиях , промышленных процессах и транспорте может снизить глобальный спрос на энергию в 2050 году примерно на 8% меньше, чем сегодня, но обслуживать экономику, более чем в два раза большую, а население примерно на 2 миллиарда больше. люди. [132]
Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии считаются двумя столпами устойчивой энергетической политики. [133] Во многих странах считается, что энергоэффективность приносит пользу национальной безопасности, поскольку ее можно использовать для снижения уровня импорта энергии из зарубежных стран и замедления темпов истощения внутренних энергетических ресурсов.
Было обнаружено, «что для стран ОЭСР ветровая, геотермальная, гидро- и атомная энергия имеют наименьший уровень опасности среди источников энергии, находящихся в производстве». [134]
Хотя новые источники энергии редко обнаруживаются или становятся возможными благодаря новым технологиям , технологии распределения постоянно развиваются. [135] Например, использование топливных элементов в автомобилях является ожидаемой технологией. [136] В этом разделе представлены различные технологии доставки, которые сыграли важную роль в историческом развитии энергетики. Все они в некоторой степени полагаются на источники энергии, перечисленные в предыдущем разделе.
Уголь , нефть и их производные доставляются морским, железнодорожным или автомобильным транспортом. Нефть и природный газ также могут доставляться по трубопроводу , а уголь – по шламовому трубопроводу . Топливо, такое как бензин и сжиженный нефтяной газ, также может доставляться самолетами . Для правильного функционирования трубопроводы природного газа должны поддерживать определенное минимальное давление. Более высокие затраты на транспортировку и хранение этанола часто являются непомерно высокими. [137]
Электрические сети — это сети , используемые для передачи и распределения энергии от источника производства до конечного потребителя, когда они могут находиться на расстоянии сотен километров. Источники включают электростанции, такие как ядерный реактор , угольная электростанция и т. д. Для поддержания постоянного потока электроэнергии используется сочетание подстанций и линий электропередачи. Сети могут страдать от временных отключений и отключений электроэнергии , часто из-за погодных условий. Во время некоторых экстремальных космических погодных явлений солнечный ветер может мешать передаче данных. Сети также имеют заранее определенную пропускную способность или нагрузку, которую нельзя безопасно превышать. Когда требования к мощности превышают доступные, сбои неизбежны. Чтобы предотвратить проблемы, мощность затем нормируется.
Промышленно развитые страны, такие как Канада, США и Австралия, входят в число крупнейших потребителей электроэнергии на душу населения в мире, что возможно благодаря широко распространенной сети распределения электроэнергии. Сеть США является одной из самых передовых, хотя обслуживание инфраструктуры становится проблемой . CurrentEnergy предоставляет в режиме реального времени обзор спроса и предложения электроэнергии в Калифорнии , Техасе и на северо-востоке США. Африканские страны с небольшими электрическими сетями имеют соответственно низкий годовой уровень потребления электроэнергии на душу населения. Одна из самых мощных энергосетей в мире снабжает электроэнергией штат Квинсленд , Австралия.
Беспроводная передача энергии — это процесс, при котором электрическая энергия передается от источника питания к электрической нагрузке, не имеющей встроенного источника питания, без использования соединительных проводов. Доступные в настоящее время технологии ограничены короткими расстояниями и относительно низким уровнем мощности.
Для орбитальных коллекторов солнечной энергии потребуется беспроводная передача энергии на Землю. Предлагаемый метод предполагает создание большого луча радиоволн микроволнового диапазона, который будет направлен на участок коллекторной антенны на Земле. Существуют огромные технические проблемы, связанные с обеспечением безопасности и прибыльности такой схемы.
Хранение энергии осуществляется с помощью устройств или физических носителей, которые хранят энергию для выполнения полезной операции в более позднее время. Устройство, накапливающее энергию, иногда называют аккумулятором .
Все формы энергии представляют собой либо потенциальную энергию (например , химическую , гравитационную , электрическую энергию , разницу температур, скрытую теплоту и т. д.), либо кинетическую энергию (например, импульс ). Некоторые технологии обеспечивают только краткосрочное хранение энергии, а другие могут быть очень долгосрочными, например, преобразование энергии в газ с использованием водорода или метана и хранение тепла или холода между противоположными сезонами в глубоких водоносных горизонтах или коренных породах. Заводные часы хранят потенциальную энергию (в данном случае механическую, в натяжении пружины), батарея хранит легко конвертируемую химическую энергию для работы мобильного телефона, а плотина гидроэлектростанции хранит энергию в водохранилище в виде гравитационной потенциальной энергии . Резервуары для хранения льда хранят лед ( тепловую энергию в форме скрытого тепла) в ночное время для удовлетворения пиковой потребности в охлаждении. Ископаемые виды топлива , такие как уголь и бензин, хранят древнюю энергию, полученную от солнечного света организмами, которые позже умерли, были захоронены и со временем превратились в это топливо. Даже пища (которая производится тем же процессом, что и ископаемое топливо) представляет собой форму энергии, хранящуюся в химической форме.
Начиная с доисторических времен, когда человечество открыло огонь для разогрева и поджаривания пищи, через Средние века, когда население строило ветряные мельницы для измельчения пшеницы, до современной эпохи, когда народы могут получать электричество, расщепляя атом. Человек бесконечно искал источники энергии.
За исключением ядерной, геотермальной и приливной энергии , все остальные источники энергии происходят из нынешней солнечной изоляции или из ископаемых остатков растительной и животной жизни, которые полагались на солнечный свет. В конечном счете, сама солнечная энергия является результатом ядерного синтеза Солнца . Геотермальная энергия , вырабатываемая горячей затвердевшей породой над магмой ядра Земли, является результатом распада радиоактивных материалов, присутствующих под земной корой, а ядерное деление основано на антропогенном расщеплении тяжелых радиоактивных элементов в земной коре; в обоих случаях эти элементы были произведены в результате взрывов сверхновых еще до образования Солнечной системы .
С началом промышленной революции вопрос о будущем энергоснабжения вызывал интерес. В 1865 году Уильям Стэнли Джевонс опубликовал «Угольный вопрос», в котором увидел, что запасы угля истощаются и что нефть является неэффективной заменой. В 1914 году Горное бюро США заявило, что общий объем добычи составил 5,7 миллиардов баррелей (910 000 000 м 3 ). В 1956 году геофизик М. Кинг Хабберт на основе данных 1956 года пришел к выводу, что добыча нефти в США достигнет пика между 1965 и 1970 годами и что добыча нефти достигнет пика «в течение полувека». В 1989 году пик предсказал Колин Кэмпбелл [138]. В 2004 году, по оценкам ОПЕК, при значительных инвестициях она почти удвоит добычу нефти к 2025 году [139].
Экологическое движение подчеркивает устойчивость использования и развития энергии. [140] Производство возобновляемой энергии является устойчивым; имеющиеся запасы не уменьшатся в обозримом будущем – миллионы или миллиарды лет. «Устойчивость» также относится к способности окружающей среды справляться с отходами, особенно с загрязнением воздуха . В этом отношении рассматриваются источники, которые не имеют прямых отходов (например, ветровая, солнечная и гидроэнергетика). С ростом глобального спроса на энергию растет необходимость использования различных источников энергии. Энергосбережение является альтернативой или дополнительным процессом развития энергетики. Это снижает потребность в энергии за счет ее эффективного использования.
Некоторые наблюдатели утверждают, что идея « энергетической независимости » является нереалистичной и непрозрачной концепцией. [141] Альтернативное предложение «энергетической устойчивости» — это цель, соответствующая реалиям экономики, безопасности и энергетики. Понятие устойчивости энергетики было подробно описано в книге 1982 года « Хрупкая сила : энергетическая стратегия национальной безопасности» . [142] Авторы утверждают, что простой переход на внутреннюю энергию не будет безопасным по своей сути, поскольку истинной слабостью является зачастую взаимозависимая и уязвимая энергетическая инфраструктура страны. Ключевые аспекты, такие как газопроводы и электросети, часто централизованы и легко подвержены сбоям. Они приходят к выводу, что «устойчивое энергоснабжение» необходимо как для национальной безопасности, так и для окружающей среды. Они рекомендуют сосредоточиться на энергоэффективности и возобновляемых источниках энергии, которые являются децентрализованными. [143]
В 2008 году бывший председатель и генеральный директор корпорации Intel Эндрю Гроув обратил внимание на энергетическую устойчивость, утверждая, что полная независимость невозможна, учитывая глобальный рынок энергии. [144] Он описывает энергетическую устойчивость как способность приспосабливаться к перебоям в поставках энергии. С этой целью он предлагает США более широко использовать электроэнергию. [145] Электричество можно производить из различных источников. На диверсифицированное энергоснабжение будет меньше влиять сбой в поставках какого-либо одного источника. Он считает, что еще одной особенностью электрификации является то, что электричество «липкое» – это означает, что электричество, произведенное в США, должно оставаться там, потому что его нельзя транспортировать за границу. По словам Гроува, ключевым аспектом продвижения электрификации и энергетической устойчивости будет перевод автомобильного парка США с бензинового двигателя на электрический. Это, в свою очередь, потребует модернизации и расширения электроэнергетической сети. Как отмечают такие организации, как Институт реформ , достижения, связанные с развитием интеллектуальной сети , будут способствовать способности сети поглощать массово подключающиеся к ней транспортные средства для зарядки своих аккумуляторов. [146]
Экстраполяция текущих знаний в будущее предлагает выбор энергетического будущего. [149] Прогнозы параллельны мальтузианской гипотезе катастрофы . Существует множество сценариев , основанных на сложных моделях , впервые предложенных организацией «Пределы роста» . Подходы к моделированию предлагают способы анализа различных стратегий и, мы надеемся, найти путь к быстрому и устойчивому развитию человечества. Краткосрочные энергетические кризисы также вызывают озабоченность в области развития энергетики. Экстраполяциям не хватает правдоподобия, особенно когда они предсказывают постоянный рост потребления нефти. [ нужна цитата ]
Производство энергии обычно требует инвестиций в энергетику. Бурение нефти или строительство ветряной электростанции требует энергии. Оставшиеся ресурсы ископаемого топлива часто становится все труднее добывать и перерабатывать. Таким образом, они могут потребовать все более высоких инвестиций в энергетику. Если инвестиции превышают стоимость энергии, производимой ресурсом, он больше не является эффективным источником энергии. Эти ресурсы больше не являются источником энергии, но могут быть использованы в качестве сырья. Новые технологии могут снизить затраты энергии, необходимые для добычи и переработки ресурсов, хотя в конечном итоге базовая физика устанавливает пределы, которые невозможно превзойти.
Между 1950 и 1984 годами, когда Зеленая революция изменила сельское хозяйство во всем мире, мировое производство зерна увеличилось на 250%. Энергия для Зеленой революции была обеспечена ископаемым топливом в виде удобрений (природный газ), пестицидов (нефть) и ирригации , работающей на углеводородном топливе . [150] Пик мировой добычи углеводородов ( пик нефти ) может привести к значительным изменениям и потребует устойчивых методов добычи. [151] Одно из представлений об устойчивом энергетическом будущем предполагает, что все человеческие структуры на поверхности Земли (т.е. здания, транспортные средства и дороги) будут эффективно осуществлять искусственный фотосинтез (использование солнечного света для расщепления воды в качестве источника водорода и поглощение углекислого газа для производства удобрений). чем растения. [152]
При современной экономической деятельности космической отрасли [153] [154] и связанных с ней частных космических полетах , а также обрабатывающих отраслях , которые выходят на орбиту Земли или за ее пределы, доставка их в эти регионы потребует дальнейшего развития энергетики. [155] [156] Исследователи рассматривали возможность использования солнечной энергии в космосе для сбора солнечной энергии для использования на Земле. Исследования в области солнечной энергии космического базирования проводятся с начала 1970-х годов. Солнечная энергия космического базирования потребует строительства коллекторных структур в космосе. Преимущество над наземной солнечной энергией заключается в более высокой интенсивности света и отсутствии погодных условий, которые могли бы прервать сбор энергии.
Энергетические технологии — это междисциплинарная инженерная наука, занимающаяся эффективным, безопасным, экологически чистым и экономичным извлечением, преобразованием, транспортировкой, хранением и использованием энергии , направленная на достижение высокой эффективности при одновременном устранении побочных эффектов на людей, природу и окружающую среду. среда.
Для людей энергия является острой потребностью, а будучи дефицитным ресурсом , она является основной причиной политических конфликтов и войн. Сбор и использование энергетических ресурсов могут нанести вред местным экосистемам и иметь глобальные последствия.
Энергия – это также способность совершать работу. Мы можем получать энергию из еды. Энергия может иметь различные формы, такие как кинетическая, потенциальная, механическая, тепловая, световая и т. д. Энергия необходима отдельным людям и всему обществу для освещения, отопления, приготовления пищи, бега, промышленности, работы транспорта и т. д. По сути, существует два типа энергии в зависимости от источника, которым они являются; 1. Возобновляемые источники энергии. 2. Невозобновляемые источники энергии.
Как междисциплинарная наука, энергетические технологии связаны со многими междисциплинарными областями разными, частично пересекающимися способами.
.jpg/1280px-Qatar,_power_lines_(6).jpg)
Электроэнергетика занимается производством и использованием электрической энергии , что может повлечь за собой изучение таких машин, как генераторы , электродвигатели и трансформаторы . Инфраструктура включает подстанции и трансформаторные станции , линии электропередачи и электрический кабель . Управление нагрузкой и питанием в сетях существенно влияет на общую энергоэффективность. Электрическое отопление также широко используется и исследуется.
Термодинамика имеет дело с фундаментальными законами преобразования энергии и взята из теоретической физики .
Тепловая и химическая энергетика переплетаются с химией и экологическими исследованиями . Сжигание связано с горелками и химическими двигателями всех видов, решетками и мусоросжигательными установками , а также с их энергоэффективностью, загрязнением окружающей среды и эксплуатационной безопасностью.
Технология очистки выхлопных газов направлена на уменьшение загрязнения воздуха с помощью различных механических, термических и химических методов очистки. Технология контроля выбросов является областью технологического и химического машиностроения . Котельная технология занимается проектированием, строительством и эксплуатацией паровых котлов и турбин (также используемых в атомной энергетике, см. ниже), основанных на прикладной механике и материаловедении .
Преобразование энергии связано с двигателями внутреннего сгорания, турбинами, насосами, вентиляторами и т. д., которые используются для транспорта, производства механической энергии и электроэнергии. Высокие термические и механические нагрузки вызывают проблемы эксплуатационной безопасности, которые решаются во многих областях прикладной техники.
Ядерные технологии связаны с производством ядерной энергии из ядерных реакторов , а также переработкой ядерного топлива и захоронением радиоактивных отходов, опираясь на прикладную ядерную физику , ядерную химию и радиационную науку.
Генерация ядерной энергии вызывала политические споры во многих странах на протяжении нескольких десятилетий, но электроэнергия, производимая посредством ядерного деления, имеет всемирное значение. [157] Есть большие надежды, что термоядерные технологии однажды заменят большинство реакторов деления, но это все еще область исследований ядерной физики .
Возобновляемая энергетика имеет множество отраслей.
Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество, соединяя вращающийся ротор с генератором. Ветровые турбины черпают энергию из атмосферных потоков и разрабатываются с использованием аэродинамики, а также знаний, полученных в области машиностроения и электротехники. Ветер проходит через аэродинамические лопасти ротора, создавая область более высокого давления и область более низкого давления по обе стороны от лопасти. Силы подъемной силы и сопротивления образуются за счет разницы давления воздуха. Подъемная сила больше силы сопротивления; поэтому ротор, соединенный с генератором, вращается. Затем энергия создается за счет перехода от аэродинамической силы к вращению генератора. [158]
Будучи признанным одним из наиболее эффективных возобновляемых источников энергии, энергия ветра становится все более актуальной и используемой в мире. [159] Ветроэнергетика не использует воду при производстве энергии, что делает ее хорошим источником энергии для районов с небольшим количеством воды. Энергия ветра также может производиться, даже если климат изменится в соответствии с текущими прогнозами, поскольку она зависит исключительно от ветра. [160]
Глубоко в недрах Земли находится слой расплавленной породы, выделяющий очень высокую температуру, называемый магмой. [161] Очень высокие температуры магмы нагревают близлежащие грунтовые воды. Существуют различные технологии, которые были разработаны для получения выгоды от такого тепла, например, использование различных типов электростанций (сухих, мгновенных или бинарных), тепловых насосов или колодцев. [162] Эти процессы использования тепла включают в себя инфраструктуру, которая в той или иной форме имеет турбину, которая приводится в движение либо горячей водой, либо производимым ею паром. [163] Вращающаяся турбина, подключенная к генератору, производит энергию. Более поздняя инновация предполагает использование неглубоких систем с замкнутым контуром, которые перекачивают тепло к конструкциям и от них, используя постоянную температуру почвы на глубине около 10 футов. [164]
Гидроэнергетика черпает механическую энергию из рек, океанских волн и приливов . Гражданское строительство используется для изучения и строительства плотин , туннелей , водных путей и управления прибрежными ресурсами с помощью гидрологии и геологии . Низкоскоростная водяная турбина , вращаемая проточной водой, может привести в действие электрический генератор для производства электроэнергии.
Биоэнергетика занимается сбором, переработкой и использованием биомассы, выращенной в биологическом производстве, сельском и лесном хозяйстве , из которой электростанции могут получать горящее топливо. Этанол , метанол (оба спорные) или водород для топливных элементов можно получить с помощью этих технологий и использовать для выработки электроэнергии.
Тепловые насосы и хранение тепловой энергии — это классы технологий, которые могут обеспечить использование возобновляемых источников энергии, которые в противном случае были бы недоступны из-за слишком низкой температуры для использования или временной задержки между моментом доступности энергии и моментом ее необходимости. Повышая температуру доступной возобновляемой тепловой энергии, тепловые насосы обладают дополнительным свойством использования электрической энергии (или, в некоторых случаях, механической или тепловой энергии) путем использования ее для извлечения дополнительной энергии из источника низкого качества (например, морской воды, озерной воды, землю, воздух или отходящее тепло процесса).
Технологии термоаккумулирования позволяют сохранять тепло или холод в течение периодов времени от часов или ночи до межсезонных периодов и могут включать в себя хранение явной энергии (т. е. путем изменения температуры среды) или скрытой энергии (т. е. посредством фазовых изменений среды). , типа между водой и слякотью или льдом). Кратковременные аккумуляторы тепла можно использовать для снижения пиковых нагрузок в системах централизованного теплоснабжения или распределения электроэнергии. Виды возобновляемых или альтернативных источников энергии, которые могут быть задействованы, включают природную энергию (например, собранную с помощью солнечно-тепловых коллекторов или сухих градирен, используемых для сбора зимнего холода), энергию отходов (например, от оборудования HVAC, промышленных процессов или электростанций) или избыток энергии (например, сезонно от гидроэнергетических проектов или периодически от ветряных электростанций). Показательным является солнечное сообщество Drake Landing (Альберта, Канада). Скважинное хранилище тепловой энергии позволяет населению получать 97% тепла круглый год от солнечных коллекторов на крышах гаражей, которые собирают большую часть тепла летом. [165] [166] Типы хранилищ разумной энергии включают изолированные резервуары, группы скважин в грунтах от гравия до коренных пород, глубокие водоносные горизонты или неглубокие облицованные ямы, изолированные сверху. Некоторые типы хранилищ способны хранить тепло или холод между противоположными сезонами (особенно если они очень большие), а некоторые системы хранения требуют включения теплового насоса . Скрытое тепло обычно хранится в резервуарах со льдом или в так называемых материалах с фазовым переходом (PCM).
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Военно-морская ядерная установка, Магди Рагеб. По состоянию на 2001 год построено около 235 корабельных реакторов.МЭА. CC BY 4.0.● Источник данных за 2016 год: «Обзор рынка возобновляемых источников энергии / прогноз на 2021 и 2022 годы» (PDF) . IEA.org . Международное энергетическое агентство. Май 2021. с. 8. Архивировано (PDF) из оригинала 25 марта 2023 года.
МЭА. Лицензия: CC BY 4.0.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)