Чистая энергия: будущее неизвестно

Автор: Laura McKinney

Дата создания: 5 Апрель 2021

Дата обновления: 11 Май 2024

Видео: Джо Диспенза. Исцеление в квантовом поле. Joe Dispenza.Healing in the quantum field.

Содержание

Чистая энергия
Более чистые и возобновляемые источники энергии
Солнечная энергия
Энергия ветра
Hydro Energy
Геотермальная энергия
Биомасса Энергия
Энергия топливных элементов
Ядерная энергия
Будущие перспективы чистой энергии
Рекомендации

А.Л. имеет степень бакалавра наук в области природных ресурсов и экологических исследований.

Чистая энергия

Чистая энергия - это энергия, полученная из возобновляемых источников с нулевыми выбросами вредных для окружающей среды побочных продуктов. Несмотря на обилие возобновляемых ресурсов в виде воды, ветра, солнца, геотермальной энергии и биомассы, зависимость от традиционных невозобновляемых источников энергии, таких как уголь и нефть, не снизилась до уровней, которые могут поддерживаться окружающей средой.

Возобновляемые ресурсы обладают способностью естественным образом восполняться, когда их запасы уменьшаются или истощаются, с другой стороны, невозобновляемые ресурсы не могут пополнить свои запасы в течение короткого периода использования. Невозобновляемые источники энергии - это преимущественно ископаемые виды топлива в виде углеводородов, образующихся в результате естественных процессов, эти процессы происходят за период в миллион лет. Это энергетическое явление известно веками. По этой причине много инвестиций было направлено на снижение энергетической зависимости и использование невозобновляемых источников энергии, а также на увеличение производства энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце.

В дополнение к их ограниченному характеру невозобновляемые ресурсы считаются одним из основных источников загрязнения и выбросов парниковых газов. По данным Агентства по охране окружающей среды, крупнейшим источником выбросов парниковых газов в результате деятельности человека в Соединенных Штатах является сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии, тепла и транспорта.

Несмотря на хорошо известные недостатки использования ископаемого топлива, на эти невозобновляемые источники энергии сегодня приходится большая часть источников энергии в мире. В 2017 году сжигание ископаемого топлива произвело 64,8% мировой электроэнергии (Statista, 2020).

Благодаря быстрому прогрессу, достигнутому в области науки и техники, инновации в области производства энергии с помощью ветра и солнца уже должны были отвести сжигание ископаемого топлива в прошлое, где они и должны быть. Однако этого не произошло, будущее энергетики все еще остается неопределенным, невозобновляемые источники энергии по-прежнему являются доминирующим источником энергии.

Более чистые и возобновляемые источники энергии

Более чистые и возобновляемые источники энергии могут показаться источником энергии будущего, но на самом деле использование этих источников энергии предшествует использованию ископаемого топлива. Древесина, биомасса и возобновляемые ресурсы были первым зарегистрированным источником энергии, который хранился и использовался первыми людьми.

В древних цивилизациях солнце также считалось источником энергии. Египтяне были первыми зарегистрированными людьми, использовавшими энергию солнца для обогрева своих домов. Их дома были спроектированы таким образом, чтобы солнечное тепло сохранялось в течение дня и выделялось ночью, когда было холодно. Коренные американцы и римляне также использовали аналогичные конструкции для своих домов и могли использовать энергию солнца.

Согласно историческому отчету EIA, энергия ветра использовалась для движения лодок по реке Нил еще в 5000 году до нашей эры. К 200 г. до н. Э. Простые ветряные водяные насосы также использовались в Китае, а ветряные мельницы с лопастями из плетеного тростника перемалывали зерно в Персии и на Ближнем Востоке.

Первые инновации в использовании воды для производства энергии были изобретены в Китае во времена династии Хань между 202 г. до н.э. и 9 г. н.э. Отбойные молотки с приводом от вертикально установленного водяного колеса использовались для измельчения и лущения зерна, дробления руды и на ранних этапах производства бумаги (отчет IHA, 2017).

Ископаемое топливо, такое как уголь, также использовалось еще в 1000 году до нашей эры. Однако промышленная революция 1700-х годов была самым ранним зарегистрированным глобальным применением угля в качестве источника энергии. Природный газ и нефть также являются относительно новыми для энергетического сектора, их применение в глобальном масштабе началось только в конце 1800-х - начале 1900-х годов.

Несмотря на то, что ископаемое топливо появилось с опозданием, ему все же удалось обогнать возобновляемые источники энергии и стать основным источником энергии. Невозобновляемая природа ископаемого топлива стала проблемой только в середине 1900-х годов, когда ученые начали выражать озабоченность перспективами нехватки этого топлива. Боязнь нехватки ископаемого топлива привела к разговорам о возвращении к возобновляемым формам энергии. В этот период также наблюдался рост использования солнечной, ветровой и гидроэнергетической энергетики и инноваций, в это же время была введена в эксплуатацию первая полномасштабная атомная электростанция. В 1900-х годах также были созданы первые геотермальные электростанции, сначала в Европе, а затем в Северной Америке.

Первые сигналы тревоги по поводу нехватки ископаемого топлива были подняты более 70 лет назад, в тот же период мы стали свидетелями возрождения возобновляемых форм источников энергии. 70 лет спустя невозобновляемые ископаемые виды топлива по-прежнему составляют более половины энергетического сектора. Несмотря на постепенный рост, возобновляемые формы энергии по-прежнему отстают от ископаемого топлива, и в обозримом будущем эта тенденция сохранится. Некоторые важные научные, социально-экономические, географические и экологические факторы препятствовали росту сектора возобновляемых источников энергии. Эти факторы по-разному влияют на каждый возобновляемый источник энергии.

Солнечная энергия

Солнце является основным и основным источником энергии для планеты Земля, без энергии Солнца жизнь на Земле практически невозможна. Фактически, энергия ископаемого топлива также получена от солнца.

По данным Института сельского хозяйства Университета Теннесси, Солнце выделяет около 384,6 йотта ватт (3,846 × 1026 ватт) энергии в виде света и других форм излучения. Количество энергии солнца, падающего на поверхность Земли в одном только Техасе, при преобразовании в электричество было бы примерно в 300 раз больше общей выходной мощности всех электростанций в мире.

Огромная часть энергии, которую можно получить от солнца, является причиной того, что разговоры об экологически устойчивой энергии всегда вращаются вокруг солнечной энергии. Солнечная энергия не только является возобновляемым ресурсом, но и не имеет документально подтвержденных выбросов.

Солнечная энергия использовалась для производства электроэнергии в районах, не подключенных к энергосистеме. В последнее время наблюдается рост количества устройств на солнечной энергии, включая автомобили, компьютеры, телефоны, светофоры, плиты, насосы, телевизоры и многие другие. Широкое распространение и применение солнечной энергии делает ее наиболее вероятным источником чистой и возобновляемой энергии для замены ископаемого топлива, однако солнечная энергия по-прежнему отстает от ископаемого топлива с точки зрения распределения и глобального применения.

Солнечная энергия имеет хорошо документированные финансовые затраты, первоначальная стоимость установки солнечной системы довольно высока. Помимо установки, относительно высоки и цены на солнечные панели, аккумуляторы, провода, инверторы.

Солнечная энергия также сильно зависит от погоды и времени. При наличии в течение дня при ясном солнечном свете солнечная энергия может использоваться сразу же или храниться в батареях. Ночью, в пасмурную или дождливую погоду эффективность солнечной системы снижается, и в качестве источника энергии сильно полагаются на батарею. Для питания нескольких основных бытовых приборов потребуется большое количество батарей. Батареи требуют обслуживания и замены после определенного периода использования, что приводит к дополнительным расходам, а количество энергии, вырабатываемой солнечными панелями и батареями на занимаемое пространство, относительно невелико.

Печь с одной горелкой, для работы которой требуется 220 вольт, требует 400 последовательно соединенных ячеек. В настоящее время доступные панели обычно содержат 60 или 72 ячейки последовательно, поэтому 6 панелей, каждая из которых имеет 72 размера ячейки, должны обеспечивать пиковую мощность около 150 Вт. В зависимости от погоды и времени суток энергия, подаваемая панелями, может уменьшиться, поэтому в таких ситуациях может потребоваться больше панелей.

Низкое энергопотребление солнечного оборудования в сочетании с высокими затратами на его установку, обслуживание и замену способствовало низкой глобальной привлекательности солнечной энергии как первичного источника энергии.

Отчет Международного энергетического агентства за 2019 год показывает, что на солнечную энергию приходится всего 2,1% мирового производства электроэнергии.

Энергия ветра

Энергия ветра тесно связана с солнечной энергией, иногда ее считают формой солнечной энергии. Это относится к процессу создания электричества с помощью ветра или воздушных потоков, которые естественным образом возникают в земной атмосфере. Ветровые турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию, которая затем преобразуется в электричество генератором.

Использование энергии ветра восходит к 5000 году до нашей эры, но только в 11 веке энергия ветра использовалась по всему миру. Различные варианты ветряных турбин все еще существуют в разных частях мира. Энергия ветра преимущественно использовалась для перекачки воды и производства продуктов питания на ветряных мельницах. Однако в 1970-х годах нехватка топлива вызвала всплеск использования энергии ветра.

Согласно отчету EIA, использование энергии ветра для производства электроэнергии в Соединенных Штатах составляло менее 1% в 1990 году по сравнению с 7% в 2018 году. В мире ветроэнергетика также растет, при этом Китай обладает крупнейшими производственными мощностями по производству энергии ветра.

Согласно данным Всемирной ассоциации ветроэнергетики, в 2017 году Дания установила новый мировой рекорд: 43% энергии вырабатывается ветром. Все большее число стран, в том числе Германия, Ирландия, Португалия, Испания, Швеция и Уругвай, достигли двузначной доли ветроэнергетики. Однако в других регионах мира доля ветроэнергетики все еще измеряется однозначной цифрой.

Отчет Международного энергетического агентства за 2019 год показал, что на ветровую энергию приходится 4,6% мирового производства электроэнергии.

Отсутствие глобальной привлекательности для ветровой энергии связано с ее высокой начальной стоимостью установки, по сравнению с другими источниками энергии, ветряная электростанция может быть неконкурентоспособной по стоимости.

Помимо высокой стоимости установки, площадки ветряных электростанций обычно расположены на удаленных открытых площадках, для передачи вырабатываемой электроэнергии обычно требуются линии электропередач, что увеличивает стоимость. Подключенные ветряные электростанции и линии электропередач обычно покрывают большую площадь, которую можно было бы использовать для других конкурирующих видов землепользования.

Несмотря на то, что энергия ветра считается экологически чистым источником энергии, она не безупречна. Известно, что ветряные электростанции производят шум от вращающихся турбин. Экологические проблемы также были подняты в связи с гибелью диких животных от вращающихся турбин.

Несмотря на проблемы, ветроэнергетика находится на подъеме: по прогнозам, через 10 лет энергия ветра будет обеспечивать 19% мировой электроэнергии. Если не будут решены основные проблемы ветроэнергетики, глобальная привлекательность ветроэнергетики останется низкой.

Hydro Energy

Гидроэлектростанции преобразуют энергию, полученную при перемещении воды, в электричество. Турбины преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую. Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую.

Согласно отчету EIA, гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и является крупнейшим единственным возобновляемым источником энергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах. В 2018 году на долю гидроэлектроэнергии приходилось около 7% от общего объема производства электроэнергии коммунальными предприятиями США и 41% от общего объема производства электроэнергии коммунальными предприятиями из возобновляемых источников энергии.

В глобальном масштабе гидроэнергетика является крупнейшим в мире источником возобновляемой электроэнергии. Отчет МЭА за 2019 год показывает, что на гидроэнергетику приходится 15,9% мирового производства электроэнергии.

Гидроэнергетика имеет свои преимущества, это богатый возобновляемый источник энергии, который использует энергию проточной воды, не уменьшая ее количества, для производства электроэнергии.

У него также есть свои недостатки, это может повлиять на землепользование и естественную среду обитания в районе плотины. Строительство водохранилищ очень дорогое и может охватывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Гидроэнергетика также сильно зависит от гидрологического цикла. Это сильно зависит от доступных водоемов и уровней осадков, что означает, что не во всех регионах мира можно разместить гидроэлектростанции. Несмотря на рост производства гидроэлектроэнергии, эти недостатки замедлили его рост во всем мире.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия - один из древнейших видов энергии, используемых человеком. Археологические данные показывают, что первое прямое использование геотермальной энергии произошло не менее 10 000 лет назад. Связанное с культурным, лечебным и духовным значением, использование геотермальной энергии было всемирно известным, от коренных американцев в Северной Америке, греков и римлян в Европе до древних цивилизаций в Азии.

Геотермальная энергия - это в основном тепло, получаемое из недр земли. Вода и / или пар переносят геотермальную энергию на поверхность Земли. Самое раннее зарегистрированное современное промышленное применение геотермальной энергии было в 1904 году. Итальянский ученый Пьеро Джинори Конти изобрел первую геотермальную электростанцию, в которой для выработки энергии использовался пар.

С годами использование геотермальной энергии постепенно увеличивалось, но ее глобальная привлекательность все еще остается очень низкой. Геотермальный информационный бюллетень 2019 года показал, что геотермальная энергия составляет 0,4% чистой выработки электроэнергии в Соединенных Штатах, которые также являются крупнейшим потребителем и производителем геотермальной энергии.

Геотермальная энергия - это чистый и возобновляемый источник энергии с нулевыми значительными выбросами. Это постоянный источник энергии, который не зависит от ветра или солнца, что отличает его от других возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия. Тем не менее, геотермальная энергия во всем мире уступает по эффективности ветровой и солнечной энергии.

Анализируя отчет Geothermal Energy 2018, низкая производительность геотермальной отрасли объясняется тем фактом, что ресурсы геотермальной энергии очень ограничены, и они, кроме того, ограничены только определенными регионами по всему миру, особенно тектонически активными регионами. Эти ограничения препятствовали глобальному росту геотермальной энергетики.

Биомасса Энергия

Биомасса - это любое органическое вещество, которое можно использовать в качестве источника энергии. Он считается возобновляемым источником энергии, потому что его внутренняя энергия исходит от солнца и потому, что он может восстанавливаться за относительно короткий период времени. Растения поглощают углекислый газ из атмосферы, затем превращают его в биомассу, когда они умирают, углекислый газ возвращается в атмосферу, и цикл продолжается.

Технологии и установки, использующие биомассу, разработанные и используемые сегодня, относительно новы по сравнению с другими технологиями возобновляемой энергии. Однако использование энергии биомассы - это не новое энергетическое открытие.

Биомасса использовалась в качестве источника тепловой энергии с момента первого открытия человеком огня. Во всем мире люди по-прежнему сжигают дрова в качестве основного источника тепла зимой, для приготовления пищи и других занятий.

Биотопливо, производимое из биомассы, также существует уже давно, но дешевый и доступный бензин и дизельное топливо долгое время сдерживали рост индустрии биотоплива. Скачки мировых цен на нефть и негативное воздействие ископаемого топлива на окружающую среду привели к росту альтернативных возобновляемых и более чистых источников энергии, таких как биомасса.

В глобальном масштабе отрасль энергии из биомассы растет, согласно отчету МЭА за 2019 год, на долю биомассы приходится 2,5% мирового производства электроэнергии, что выше, чем глобальное производство электроэнергии солнечной энергией. Фактически, на биомассу приходится 35% потребления первичной энергии в развивающихся странах за счет дров.

Хотя энергия биомассы является возобновляемой, она имеет некоторые негативные последствия для окружающей среды. Производство энергии из биомассы требует использования других природных ресурсов, таких как вода, растения и доступные земли. Использование этих ресурсов создает другие проблемы для окружающей среды. Энергетическое топливо из биомассы также подвержено загрязнению, деградации земель и обезлесению.

Биомасса - это чистый и возобновляемый источник энергии, но отмеченные проблемы привели к относительно медленному росту индустрии биомассы. Растущий интерес к охране окружающей среды также означает, что будущий рост индустрии биомассы будет строго регулироваться и измеряться.

Энергия топливных элементов

Топливный элемент - это электрохимический элемент, который преобразует химическую энергию топлива, такого как водород и окислитель, в электричество. В отличие от других распространенных технологий сжигания, которые сжигают топливо для производства энергии, топливные элементы подвергаются химическому процессу, который преобразует богатую топливом энергию в электричество. Топливный элемент не нужно заряжать, стабильная подача топлива - это все, что требуется элементу для выработки энергии.

Эти топливные элементы считаются возобновляемыми источниками энергии из-за большого количества природных газов, таких как водород. Они также считаются чистыми источниками энергии, потому что единственными побочными продуктами их сгорания являются электричество, тепло и вода.

Некоторые общие топливные элементы включают в себя;

Щелочные или водородные топливные элементы (AFC), в основном используемые в контролируемых аэрокосмических и подводных приложениях.
Топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC), используемые в стационарных приложениях, обеспечивают высококачественное первичное и резервное питание для коммунальных предприятий и предприятий.
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), используемые в генераторах энергии для домов и иногда в крупных учреждениях,
В топливных элементах с прямым метанолом (DMFC) используется широкий диапазон от небольшой электроники, такой как зарядные устройства для аккумуляторов и ноутбуки, до более крупных приложений, таких как стационарные источники питания для резервного питания телекоммуникаций.
Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (PAFC), используемые в крупных учреждениях, таких как больницы, школы, производственные и технологические центры.
Протонообменные мембранные топливные элементы (PEMFC), обычно используемые в автомобилях, телекоммуникациях и центрах обработки данных.

Однако стоимость и долговечность топливных элементов ограничивают их глобальную и коммерческую привлекательность. Они очень дороги по сравнению с другими традиционными энергетическими технологиями, а их долговечность ограничивает количество применений, в которых могут использоваться топливные элементы. Кроме того, известно, что некоторые виды топлива, используемые в ячейках, производят парниковые газы, хотя и в меньших количествах по сравнению с ископаемым топливом.

Возможно, что в будущем водородные топливные элементы могут заменить нефтяное топливо, которое сегодня используется в большинстве транспортных средств. Многие производители автомобилей активно исследуют и разрабатывают технологии топливных элементов для транспортных средств.

По состоянию на 2020 год на долю энергии, производимой на топливных элементах, приходится менее 1% мирового производства энергии.

Ядерная энергия

Ядерная энергия считается чистым источником энергии, однако, классифицируя его в качестве источника возобновляемой энергии до сих пор остается спорным. Хотя ядерная энергия сама по себе является возобновляемым источником энергии, материал, используемый на атомных электростанциях уран U-235 не возобновляемый.

Атомные электростанции производят электричество путем ядерного деления или расщепления атомов, в этом процессе выделяется тепло, которое используется для нагрева воды и производства пара. Пар приводит в действие турбины, которые вращают генераторы, а затем генераторы производят электричество. Производство ядерной энергии не загрязняет воздух и не выделяет парниковые газы.

По данным GEH Nuclear Energy, одна урановая таблетка, немного больше ластика карандаша, содержит такую же энергию, как тонна угля, 3 барреля нефти или 17 000 кубических футов природного газа. Каждая таблетка уранового топлива обеспечивает до пяти лет тепла для выработки электроэнергии. А поскольку уран является одним из самых распространенных металлов в мире, он может служить топливом для коммерческих атомных станций мира для будущих поколений.

В настоящее время ядерная энергия обеспечивает 12 процентов мировой электроэнергии и примерно 20 процентов энергии в Соединенных Штатах. По состоянию на 2018 год в 30 странах мира эксплуатируется 450 ядерных реакторов для производства электроэнергии.

Однако глобальная привлекательность ядерной энергии весьма фрагментирована. Количество ядерной энергии, произведенной из одного грамма уран U-235 достаточно, чтобы вызвать тысячи человеческих жертв. Именно по этой причине ядерная энергия обычно используется для производства оружия массового поражения. Разрушение Хиросимы и Нагасаки во время Второй мировой войны является свидетельством разрушительного характера ядерной энергии.

Сегодня производство ядерной энергии строго регулируется. Несмотря на то, что на ядерную энергию приходится 12% мирового производства электроэнергии, атомные станции расположены в 30 из 195 стран. Ядерная технология также чрезвычайно чувствительна и дорога, разработка такой технологии тщательно изучается Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ).

Производство ядерной энергии также чрезвычайно опасно. МАГАТЭ разработало большое количество инструментов и методологий, направленных на оказание помощи регулирующим органам ядерных установок. Последствия ядерной катастрофы обычно считаются глобальной проблемой. Воздействие ядерной радиации от атомных электростанций обычно ощущается окружающей средой в течение многих лет. Ядерные катастрофы в Чернобыле и Фукусиме привели к далеко идущим и долгосрочным экологическим последствиям, которые будут ощущаться еще долгие годы.

Именно по этим причинам ядерная энергия будет продолжать расти низкими, строго регулируемыми и управляемыми темпами.

Будущие перспективы чистой энергии

Установки чистой энергии продолжают расти. Увеличение объясняется значительным падением стоимости производства чистой энергии, которое произошло за последние пару лет. Несмотря на то, что первоначальные затраты на установку все еще относительно высоки, большинство стран продемонстрировали готовность инвестировать в возобновляемые источники энергии, которые имеют более дешевые и долгосрочные выгоды. Области применения и использования возобновляемых источников энергии расширились и больше не ограничиваются производством электроэнергии, это предоставило новые решения для мобильности и энергетической безопасности во всем мире.

Однако рост чистой энергии не растет такими темпами, которые могли бы обратить вспять или смягчить негативные экологические проблемы, существующие сегодня. Это объясняется меньшей глобальной привлекательностью и доступностью чистой энергии по сравнению с ископаемым топливом. По состоянию на 2017 год на ископаемое топливо приходилось 95% энергии, используемой в мировом транспортном секторе, и 81% потребляемой энергии в мире. Большинство развитых стран могут позволить себе постепенно переводить свое энергопотребление с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии и ликвидировать этот разрыв. Примерно 15% стран сегодня считаются развитыми, это означает, что 85% стран мира все еще развивают свою экономику. Перевод их энергопотребления с невозобновляемых на возобновляемые источники энергии - не только дорогостоящее предприятие, но и замедляет процесс их развития. Многие страны также построены на экспорте ископаемого топлива, переход на возобновляемые источники энергии отрицательно скажется на их экономике.

Стоимость чистой энергии может быть выделена как главный источник озабоченности в связи с ее глобальной привлекательностью. Если стоимость возобновляемых источников энергии продолжит снижаться, темпы роста сектора чистой энергии также будут расти. Надеюсь, мы сможем достичь точки, когда более чистые и возобновляемые источники энергии станут доминирующими источниками энергии в мире.