Трансформация энергосистемы
Согласно последнему отчету аналитического центра Ember, доля солнечной и ветровой энергии в мировой электроэнергии с 2015 года увеличилась вдвое. (Анализ Ember включает 48 стран, на которые приходится 83 % мирового производства электроэнергии.) В настоящее время она составляет около 1/10 части мировой энергетики, приближаясь к количеству энергии, которое вырабатывают атомные электростанции.
Эксперты утверждают, что безуглеродные источники энергии постепенно вытеснят уголь. Производство угля уже упало на рекордные 8,3 % в первой половине 2020 года по сравнению с тем же периодом 2019 года. По данным Ember, рост объемов потребления энергии ветра и солнца в исследуемых странах привел к 30 % сокращению угля. Большая часть спада продиктована COVID-19, который снизила спрос на электроэнергию.
«Страны во всем мире сейчас идут по одному пути – строят ветряные турбины и солнечные панели, чтобы заменить электричество, вырабатываемое угольными и газовыми электростанциями», – говорится в заявлении Дэйва Джонс, старшего аналитика по электричеству в Ember.
Великобритания и ЕС лидируют по количеству электроэнергии, вырабатываемой ими за счет ветра и солнца. В настоящее время на нее приходится 42 % энергопотребления в Германии, 33 % в Великобритании и 21 % в ЕС.
Это большая доля возобновляемые источники энергии (ВИЭ) по сравнению с тремя основными загрязнителями углерода в мире: Китаем, США и Индией. Ветровая и солнечная энергия в Китае и Индии составляют 1/10 часть всей вырабатываемой электроэнергии. На долю Китая сегодня приходится более половины всей угольной энергетики в мире.
Впереди еще долгий путь
США получают 12 % энергии от ветра и солнца. Reuters сообщает, что в 2020 году доля возобновляемых источников энергии и атомной энергии в структуре электроэнергетики США превзойдет уголь. Согласно прогнозу, опубликованному в августе Управлением энергетической информации США, возобновляемые источники энергии будут самым быстрорастущим источником выработки электроэнергии в этом году. В апреле 2019-го общий объем ВИЭ в США впервые превысил уголь – этот год стал рекордным. Это обнадеживающий пример сокращения использования ископаемого топлива, чтобы снизить разрушительные последствия изменения климата. Но для достижения цели, поставленной в Парижском климатическом соглашении 2015 года, по предотвращению нагрева планеты более чем на 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальными уровнями, еще предстоит пройти долгий путь. Чтобы достичь этой цели, уголь должен падать на 13 % ежегодно в течение следующих 10 лет, а выбросы углекислого газа должны практически исчезнуть к 2050 году.
«Тот факт, что во время глобальной пандемии выработка угля упала всего на 8%, показывает, насколько мы все еще далеки от цели, – сказал Джонс. – У нас есть решение, оно работает, просто все происходит недостаточно быстро».
Геотермальная энергия – это тепловая энергия, хранящаяся под поверхностью земли
Геотермальная энергия, исторически известная как горячие источники, сегодня широко используется для отопления и охлаждения жилых помещений, а также для производства электроэнергии. Она чистая, возобновляемая и популярная, потому что её можно использовать практически из любой точки мира для производства тепла и электричества. Хотя геотермальная энергия не является широко используемой, на сегодняшний день это одна из самых эффективных и устойчивых систем.
Геотермальная энергия сегодня
США в настоящее время являются мировым лидером по производству геотермальной энергии. По данным Ассоциации геотермальной энергии, установлено примерно 3,2 ГВт геотермальной энергии. Поскольку геотермальная энергия чаще всего встречается на границах, она популярна в западных штатах, таких как Калифорния, Гавайи и Аляска. Небольшие проекты также развернуты в Айдахо, Неваде, Нью-Мексико, Орегоне, Юте и Вайоминге. Калифорния является лидером штата с 2600 МВт геотермальной энергией, а на Гавайях есть крупная геотермальная электростанция, обеспечивающая 20% всей энергии, используемой на Большом острове.
Исландия – еще один лидер, где геотермальные электростанции производят 25% всей энергии.
Как использовать геотермальную энергию
Геотермальная энергия используется тремя основными способами: прямое использование, выработка электроэнергии и нагревание, охлаждение из грунтовых источников.
1. Прямое использование: горячая вода в геотермальных резервуарах производит тепло и пар, которые можно напрямую использовать для различных целей. В прошлом горячие источники использовались непосредственно для купания и очистки. Сегодня эта горячая вода добывается из колодца, а затем подается по трубопроводу, теплообменнику и средствам управления по прямому назначению. Геотермальная горячая вода имеет множество прямых применений – от таяния льда на дорогах и тротуарах до обогрева рыбных ферм.
2. Производство электроэнергии: аналогично солнечной и ветровой энергии, геотермальные электростанции улавливают глубокие залежи геотермальной энергии, будь то пар или горячая вода, и используют их для привода турбин, которые последовательно производят электричество.
Есть три различных типа геотермальных электростанций
Сухие паровые электростанции – это старейший проект геотермальных электростанций. Подземный пар используется для работы турбины, вырабатывающей энергию. Затем пар либо закачивается обратно под землю, либо выпускается в атмосферу.
Паровые электростанции представляют собой более сложную паровую электростанцию. Вода под высоким давлением в диапазоне от 300 ° -700 ° F перекачивается с поверхности земли, а затем давление снижается, в результате чего вода немедленно превращается в пар. Это внезапное превращение воды в пар приводит в движение турбину. Затем вода охлаждается и закачивается обратно под землю.
Бинарные электростанции используют другой подход, перекачивая горячую воду под давлением на поверхность земли. Трубка, которая делает это, подключается ко второй трубке, в которой вода находится под более низким давлением. Вода из первой трубки перетекает во вторую, поднимает температуру, которая последовательно приводит в движение турбину. Затем вода из первой трубы закачивается обратно под землю, чтобы возобновить процесс.
3. Отопление и охлаждение из грунтовых источников – это наиболее распространенное сегодня использование геотермальной энергии. В отличие от обычного обогрева территории с использованием тепла из наружного воздуха, тепловой насос с грунтовым источником использует постоянную температуру на поверхности земли. Тот факт, что эта постоянная температура может быть измерена практически из любой точки мира, позволяет GSHP быть одной из самых устойчивых и эффективных технологий, используемых сегодня. Эта система специально передает тепло от земли в здание в течение зимнего сезона, а затем передает тепло обратно в землю летом. Температуру можно регулировать с помощью тепла земли.
Как работает геотермальное отопление и охлаждение
Геотермальные тепловые насосы используют соединение труб для передачи тепла от земли в дом. Эти трубы заполнены водным раствором и правильно сварены, чтобы образовать непрерывную петлю между домом и землей. В более холодное время водный раствор в трубах холоднее окружающей почвы. Поэтому он поглощает энергию из-под земли и переносит ее в теплообменник, где хладагент (вещество, используемое для перехода жидкости в газ) поглощает тепло. Затем этот газообразный хладагент поступает в компрессор, где его давление повышается до 160 ° F. Затем он попадает в воздушный теплообменник. Воздуходувка теплового насоса циркулирует этот воздух, позволяя ему еще больше повыситься в температуре, прежде чем он будет выпущен в виде тепла через воздуховоды дома. Наконец, этот охлажденный хладагент возвращается в цикл, чтобы снова начать процесс. В целях охлаждения процесс в буквальном смысле обратный. Поскольку водный раствор в трубах теплее окружающей земли, тепло отводится обратно в землю.
Преимущества геотермальной энергии
Экономия затрат: со временем геотермальные системы стали очень экономичным выбором для жилого и коммерческого секторов. Их окупаемость инвестиций в среднем составляет от 2 до 10 лет (в зависимости от размера проекта), а коммунальные расходы на установку геотермального теплового насоса для жилых домов обычно на 40-60% ниже, чем традиционные затраты. Кроме того, предусмотрены финансовые стимулы для снижения первоначальных затрат и увеличения экономии с течением времени.
Долговечность: геотермальные тепловые насосы не только эффективны, но и долговечны. Они часто служат 20 и более лет, в то время как на подземные трубопроводы предоставляется гарантия от 25 до 50 лет. Поскольку система защищена от внешних угроз, таких как повреждение или скопление мусора, геотермальная энергия в целом довольно надежна.
Чистая энергия: поскольку геотермальная энергия поступает непосредственно из недр земли, при ее улавливании не происходит выбросов загрязняющих веществ. Кроме того, использование геотермальной энергии снижает спрос на угольные электростанции. Геотермальные тепловые насосные системы потребляют на 25-50% меньше электроэнергии, чем обычные системы отопления или охлаждения. Более того, станции, производящие электричество из геотермальной энергии, столь же экологически чисты, как и сама энергия.
Низкие эксплуатационные расходы: геотермальные насосы практически не требуют обслуживания. При правильной установке затраты на техническое обслуживание обычно снижаются, а работа аналогична обычным системам. Кроме того, поскольку геотермальная система с тепловым насосом удобно расположена в доме, доступ к устройству можно получить в любое время.
Круглогодичный комфорт: геотермальные тепловые насосы работают двумя способами: охлаждая территорию в более теплое время и нагревая ее в более прохладное время. Таким образом, потребители, как правило, чувствуют себя комфортно круглый год.
Тихая работа: геотермальные тепловые насосы практически не шумят. Поскольку они расположены внутри, они созданы для бесшумной и эффективной работы.
ВИЭ в России
Председатель комитета Государственной Думы по энергетике, президент Российского газового общества Павел Завальный в видеоинтервью студии Агентства нефтегазовой информации сообщил: «Если сегодня газ и нефть в мировом балансе занимает 54%, то, по разным оценкам, их доля снизится лишь на 2%, но не более, и произойдет перераспределение: сегодня нефть занимает 32%, а газ – 22-24%. Через 15-20 лет газ будет занимать в балансе порядка 26%, нефть – тоже порядка 26%. Доли уравняются. Эти процессы будут идти объективно на фоне увеличения спроса на энергию в целом».
По его словам, спрос на энергию в мире будет расти, и к 2040 году увеличится на 30%, и даже если доля ВИЭ возрастет в два раза, эра углеводородов не закончится.
«Нет и предпосылок для снижения спроса на газ в Европе, несмотря на ее стремление к климатической нейтральности и ускорение энергоперехода. Природный газ – лучший партнер для ВИЭ и возможная основа водородной энергетики, а это энергетика будущего. Учитывая отказ некоторых стран от ядерной и угольной энергетики, спрос на газ будет. И поэтому все наши проекты, будь то «Турецкий поток», «Северный поток», будут востребованы и загружены. Возможно, будет какой-то период низких цен и поставок, связанных с кризисом, но в течение трех-пяти лет все это будет преодолено, потому что эти проекты работают на десятилетия, не надо жить даже периодом трех-пяти лет. Они сработают и в интересах Европы, как потребителя, и в интересах России, как поставщика-производителя. Эра газа продолжится», – уверен Завальный.
