Förnybar , eller regenerativ , "grön" energi är energi från energiresurser som är förnybara eller outtömliga i mänsklig skala. Grundprincipen för att använda förnybar energi är att utvinna den från pågående processer i miljön eller förnybara organiska resurser och tillhandahålla den för tekniskt bruk. Förnybar energi erhålls från naturresurser som solljus , vattenflöden, vind , tidvatten och geotermisk värme , som är förnybara (påfylls naturligt), samt från biobränslen : ved , vegetabilisk olja , etanol .
Under 2019 täcktes 26,8 % av den globala energiförbrukningen från förnybara energikällor (varav majoriteten (16 %) är vattenkraft ) [1] .
År 2006 täcktes cirka 18 % av världens elförbrukning från förnybara energikällor, med 13 % från traditionell biomassa som vedeldning [2] . 2010 kom 16,7 % av världens energiförbrukning från förnybara källor; 2015 var denna siffra 19,3 % [3] . Andelen traditionell biomassa minskar successivt samtidigt som andelen förnybar energi växer. Enligt prognosen från IEI RAS och Energy Center i Moskva School of Management "Skolkovo" kommer förnybara energikällor år 2040 att tillhandahålla 35-50% av världens elproduktion och 19-25% av all energiförbrukning [4] .
Från 2004 till 2013 ökade andelen el som producerats i Europeiska unionen från förnybara källor från 14 % till 25 % [5] . I Tyskland producerades 38 % av elen från förnybara källor 2018 [6] .
Brasilien har ett av de största programmen för förnybar energi i världen relaterat till produktion av bränsleetanol från sockerrör; etylalkohol täcker för närvarande 18 % av landets behov av fordonsbränsle [7] . Bränsleetanol är också allmänt tillgänglig i USA .
Vattenkraft är den största källan till förnybar energi och står för 15,3 % av världens elproduktion och 3,3 % av världens energiförbrukning (år 2010).
Användningen av vindenergi växer med cirka 30 % per år, över hela världen med en installerad kapacitet på 318 gigawatt (GW) 2013 [8] , och används flitigt i Europa, USA och Kina [9] .
Solkraftverk är populära i Tyskland och Spanien [10] . Solvärmestationer fungerar i USA och Spanien, och den största av dem är en station i Mojaveöknen med en kapacitet på 354 MW [11] . Produktionen av solcellspaneler växer snabbt, 2008 producerades paneler med en total kapacitet på 6,9 GW (6900 MW), vilket är nästan sex gånger mer än 2004 [12] .
Geotermiska installationer : Den största i världen är installationen vid gejsrarna i Kalifornien med en nominell kapacitet på 750 MW.
Stora icke-råvaruföretag stödjer användningen av förnybar energi. Så IKEA kommer att vara helt självförsörjande till 2020 genom förnybar energi.
Apple är den största ägaren av solkraftverk, och alla företagets datacenter drivs med förnybara energikällor. Andelen förnybara källor i energin som förbrukas av Google är 35%, företagets investeringar i förnybar energi översteg 2 miljarder dollar. [13]
Globala indikatorer för förnybar energi [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Årliga investeringar i förnybar energi (miljarder amerikanska dollar) | 130 | 160 | 211 | 257 | 244 | 232 | 270 | 286 | 241 | 326 | 296 | 298,4 | 303,5 | 366 |
Total installerad förnybar energikapacitet (inklusive vattenkraft, GW) | 1140 | 1230 | 1320 | 1360 | 1470 | 1578 | 1712 | 1849 | 2017 | 2197 | 2387 | 2581 | 2838 | 3146 |
Vattenkraft (GW) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1018 | 1055 | 1064 | 1096 | 1112 | 1135 | 1150 | 1170 | 1195 |
Solenergi (GW) | 16 | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 | 405 | 512 | 621 | 760 | 942 |
Vindkraft (GW) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 | 540 | 591 | 650 | 743 | 845 |
Bioenergi (GW) | 121 | 131 | 137 | 133 | 143 | |||||||||
Geotermisk (GW) | 12.8 | 13.2 | fjorton | 14.1 | 14.5 | |||||||||
Biodieselproduktion ( miljarder liter) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29,7 | 30.3 | 30.8 | 33 | 41 | 41 | 39 | |
Etanolproduktion (miljarder liter) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 99 | 104 | 111 | 115 | 105 | |
Antal länder med utvecklingsmål för förnybar energi |
79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 | 179 | 169 | 172 | 165 |
Fusionen av solen är källan till de flesta former av förnybar energi, med undantag för geotermisk energi och tidvattenenergi . Astronomer uppskattar att solens återstående livslängd är cirka fem miljarder år, så på mänsklig skala är den förnybara energin som kommer från solen inte i fara att utarmas.
I en strikt fysisk mening förnyas inte energi , utan dras ständigt tillbaka från ovanstående källor. Av solenergin som kommer till jorden omvandlas bara en mycket liten del till andra energiformer, och det mesta fortplantar sig i rymden .
Användningen av permanenta processer står i motsats till utvinning av fossila bränslen som kol , olja , naturgas eller torv . I vid bemärkelse är de också förnybara, men inte enligt mänskliga standarder, eftersom deras bildning tar hundratals miljoner år och deras användning är mycket snabbare.
Detta är en energigren som är specialiserad på att omvandla den kinetiska energin hos luftmassor i atmosfären till elektrisk , termisk och någon annan form av energi för användning i den nationella ekonomin. Omvandlingen sker med hjälp av en vindgenerator (för att generera elektricitet), väderkvarnar (för att få mekanisk energi ) och många andra typer av enheter. Vindenergi är ett resultat av solens aktivitet, så den tillhör förnybara energislag.
Vindgeneratorns effekt beror på det område som sveps av generatorbladen . Till exempel har turbinerna på 3 MW (V90) tillverkade av det danska företaget Vestas en total höjd på 115 meter, en tornhöjd på 70 meter och en bladdiameter på 90 meter.
De mest lovande platserna för produktion av energi från vind är kustområdena. Till havs, på ett avstånd av 10-12 kilometer från kusten (och ibland längre), byggs vindkraftsparker till havs . Vindkraftverks torn installeras på fundament gjorda av pålar som drivs till ett djup av upp till 30 meter.
Vindkraftverk förbrukar praktiskt taget inte fossila bränslen. Driften av ett vindkraftverk med en kapacitet på 1 MW under 20 års drift sparar cirka 29 000 ton kol eller 92 000 fat olja .
I framtiden är det planerat att använda vindenergi inte genom vindkraftverk , utan på ett mer okonventionellt sätt. I staden Masdar ( Förenade Arabemiraten ) är det planerat att bygga ett kraftverk som arbetar på den piezoelektriska effekten . Det kommer att bli en skog av polymerstammar täckta med piezoelektriska plattor . Dessa 55 meter långa stammar kommer att böjas av vinden och generera ström .
Vid dessa kraftverk används vattenflödets potentiella energi som en energikälla , vars primära källa är solen, som avdunstar vatten, som sedan faller på kullarna i form av nederbörd och rinner ner och bildar floder. Vattenkraftverk byggs vanligtvis på floder genom att bygga dammar och reservoarer . Det är också möjligt att använda vattenflödets kinetiska energi i de så kallade friflödes (damlösa) HPP:erna.
Egenheter:
HPP-typer:
År 2010 ger vattenkraft produktion av upp till 76% av förnybar energi och upp till 16% av all el i världen, den installerade vattenkraftskapaciteten når 1015 GW. Ledande när det gäller att generera vattenkraft per medborgare är Norge , Island och Kanada . Den mest aktiva vattenkraftskonstruktionen i början av 2000-talet utfördes av Kina , där vattenkraft är den främsta potentiella energikällan, upp till hälften av världens små vattenkraftverk ligger i samma land.
Kraftverk av denna typ är en speciell typ av vattenkraftverk som använder energin från tidvattnet, men i själva verket den kinetiska energin från jordens rotation. Tidvattenkraftverk byggs vid havets stränder, där månens och solens gravitationskrafter ändrar vattennivån två gånger om dagen.
För att få energi blockeras bukten eller flodens mynning av en damm i vilken vattenkraftsenheter är installerade, som kan fungera både i generatorläge och i pumpläge (för att pumpa vatten in i reservoaren för efterföljande drift i frånvaro av tidvatten ). I det senare fallet kallas de för pumpkraftverk .
Fördelarna med PES är miljövänlighet och låg kostnad för energiproduktion. Nackdelarna är de höga byggkostnaderna och kraften som förändras under dagen, varför PES endast kan arbeta i ett enda kraftsystem med andra typer av kraftverk.
Vågkraftverk använder den potentiella energin från vågor som bärs på havets yta. Vågeffekten uppskattas i kW/m. Jämfört med vind- och solenergi har vågenergi en högre effekttäthet. Även om den till sin natur liknar tidvattenenergi och havsströmmar, är vågenergi en annan källa till förnybar energi .
En av de typer av förnybar energi som gör att du kan generera elektricitet med hjälp av temperaturskillnaden vid ytan och djupet av världshaven.
Denna typ av energi är baserad på omvandlingen av elektromagnetisk solstrålning till elektrisk eller termisk energi.
Solkraftverk använder solens energi både direkt ( fotovoltaiska solkraftverk som arbetar med fenomenet inre fotoelektrisk effekt ), och indirekt använder ångans kinetiska energi .
Den största solcellsanläggningen Topaz Solar Farm har en kapacitet på 550 MW. Beläget i Kalifornien , USA.
SES för indirekta åtgärder inkluderar:
Kraftverk av denna typ är värmekraftverk som använder vatten från heta geotermiska källor som värmebärare . På grund av frånvaron av behov av att värma vatten är GeoTPPs mycket mer miljövänliga än TPPs. Geotermiska kraftverk byggs i vulkaniska regioner, där vattnet på relativt grunt djup överhettas över kokpunkten och sipprar upp till ytan, vilket ibland visar sig i form av gejsrar . Tillgång till underjordiska källor utförs genom att borra brunnar.
Denna gren av energi är specialiserad på produktion av energi från biobränslen . Det används vid produktion av både elektrisk energi och värme .
Första generationens biobränslenBiobränsle - bränsle från biologiska råvaror, erhållet som regel som ett resultat av bearbetning av biologiskt avfall . Det finns också projekt av olika grad av sofistikering som syftar till att få fram biobränslen från cellulosa och olika typer av organiskt avfall, men dessa tekniker befinner sig i ett tidigt utvecklings- eller kommersialiseringsstadium. Skilja på:
Andra generationens biobränslen - olika typer av bränsle erhållna genom olika metoder för pyrolys av biomassa, eller andra typer av bränsle, förutom metanol, etanol, biodiesel, erhållna från källor för "andra generationens" råmaterial. Snabb pyrolys gör det möjligt att omvandla biomassa till en vätska som är enklare och billigare att transportera, lagra och använda. Vätskan kan användas för att producera fordonsbränsle, eller bränsle för kraftverk.
Andra generationens biobränsleråvaror är lignocellulosaföreningar som finns kvar efter att de livsmedelsklassade delarna av det biologiska råmaterialet har avlägsnats. Användningen av biomassa för produktion av andra generationens biobränslen syftar till att minska mängden mark som används för jordbruk [28] . Växter - källor till råvaror av andra generationen inkluderar [29] :
Av den andra generationens biobränslen som säljs på marknaden är de mest kända BioOil som produceras av det kanadensiska företaget Dynamotive och SunDiesel av det tyska företaget Choren Industries GmbH [30] .
Enligt uppskattningar från den tyska energimyndigheten ( Deutsche Energie-Agentur GmbH) (med nuvarande teknologier) kan bränsleproduktion genom pyrolys av biomassa täcka 20 % av Tysklands behov av fordonsbränsle. Till 2030, med framsteg inom teknik, kan biomassapyrolys tillhandahålla 35 % av Tysklands bränsleförbrukning för fordon. Produktionskostnaden kommer att vara mindre än 0,80 euro per liter bränsle.
Pyrolysis Network ( PyNe ) är en forskningsorganisation som samlar forskare från 15 länder i Europa , USA och Kanada .
Användningen av flytande pyrolysprodukter av barrträ är också mycket lovande. Till exempel kan en blandning av 70% gummiterpentin , 25% metanol och 5% aceton , det vill säga torra destillationsfraktioner av hartsartad tall , framgångsrikt användas som ersättning för A-80 bensin . Dessutom används träavfall för destillation: grenar , stubbe , bark . Produktionen av bränslefraktioner når 100 kg per ton avfall.
Tredje generationens biobränslenTredje generationens biobränslen är bränslen som härrör från alger .
Från 1978 till 1996 undersökte USA:s energidepartement alger med hög oljenivå under Aquatic Species Program. Forskarna drog slutsatsen att Kalifornien , Hawaii och New Mexico är lämpliga för industriell produktion av alger i öppna dammar. Under 6 år odlades alger i 1000 m² stora dammar. En damm i New Mexico har visat hög effektivitet när det gäller att fånga upp CO₂. Skörden var mer än 50 gram alger per 1 m² per dag. 200 000 hektar dammar kan producera tillräckligt med bränsle för den årliga förbrukningen av 5 % av amerikanska bilar (200 000 hektar är mindre än 0,1 % av USA:s mark som lämpar sig för algerodling).
Tekniken har fortfarande många problem. Till exempel älskar alger höga temperaturer ( ökenklimatet är väl lämpat för deras produktion ), men ytterligare temperaturreglering krävs för att skydda den odlade grödan från nattliga temperaturfall ("köldknäppar"). I slutet av 1990 -talet sattes inte tekniken i industriell produktion, på grund av den relativt låga kostnaden för olja på marknaden.
Förutom att odla alger i öppna dammar, finns det tekniker för att odla alger i små bioreaktorer nära kraftverk . Spillvärme från ett kraftvärmeverk kan täcka upp till 77 % av värmebehovet för algodling. Denna teknik för att odla algkultur är skyddad från dagliga temperaturfluktuationer, kräver inte ett varmt ökenklimat - det vill säga den kan appliceras på nästan alla fungerande termiska kraftverk.
KritikKritiker av utvecklingen av biobränsleindustrin hävdar att den växande efterfrågan på biobränslen tvingar jordbruksproducenter att minska arealen för livsmedelsgrödor och omfördela dem till förmån för bränslegrödor [31] . Till exempel, vid produktion av etanol från fodermajs , används destillationen för att producera foder för boskap och fjäderfä. Vid tillverkning av biodiesel från sojabönor eller raps används kakan för att producera foder till boskap. Det vill säga att produktionen av biobränslen skapar ytterligare ett steg i bearbetningen av jordbruksråvaror.
För närvarande finns det ett ganska stort antal åtgärder för att stödja förnybara energikällor. Några av dem har redan visat sig vara effektiva och begripliga för marknadsaktörerna. Bland dessa åtgärder är det värt att överväga mer i detalj:
Gröna certifikat är certifikat som bekräftar produktionen av en viss mängd el baserad på förnybara energikällor. Dessa certifikat kan endast erhållas av tillverkare som är kvalificerade av den relevanta myndigheten. Som regel bekräftar ett grönt certifikat genereringen av 1 MWh, även om detta värde kan vara annorlunda. Det gröna certifikatet kan säljas antingen tillsammans med den genererade elen eller separat, vilket ger ytterligare stöd till elproducenten. Specialprogram- och hårdvaruverktyg (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS) används för att spåra utfärdandet och ägandet av "gröna certifikat". Under vissa program kan certifikat ackumuleras (för senare användning i framtiden) eller lånas (för att uppfylla förpliktelser under innevarande år). Drivkraften bakom mekanismen för cirkulation av gröna certifikat är företagens behov av att uppfylla skyldigheter som de själva åtagit sig eller ålagts av staten. I utländsk litteratur är "gröna certifikat" även kända som: Renewable Energy Certificates (RECs), Green tags, Renewable Energy Credits.
För att öka investeringsattraktionskraften för projekt baserade på förnybara energikällor kan statliga organ tillhandahålla en mekanism för partiell eller fullständig kompensation för kostnaden för teknisk anslutning av generatorer baserade på förnybara källor till nätet. Hittills, bara i Kina, tar nätorganisationer fullt ut alla kostnader för teknisk anslutning.
Den samlade erfarenheten i världen gör att vi kan tala om fasta tariffer som de mest framgångsrika åtgärderna för att stimulera utvecklingen av förnybara energikällor. Dessa stödåtgärder för förnybara energikällor baseras på tre huvudfaktorer:
Fasta tariffer för förnybar energi kan skilja sig inte bara för olika förnybara energikällor utan också beroende på den installerade förnybara energikapaciteten. Ett av alternativen för ett stödsystem baserat på fasta tariffer är användningen av en fast premie till marknadspriset på förnybar energi. Som regel betalas ett tillägg till priset på producerad el eller en fast tariff över en tillräckligt lång period (10-20 år), vilket garanterar avkastning på investeringar som investerats i projektet och ger vinst.
Denna stödåtgärd ger möjlighet att mäta den el som tillförs nätet och vidare använda detta värde i ömsesidiga uppgörelser med kraftförsörjningsorganisationen. I enlighet med ”nettomätsystemet” får RES-ägaren ett detaljhandelslån på ett belopp som är lika med eller större än den producerade elen. I många länder är elförsörjningsföretag enligt lag skyldiga att ge konsumenterna möjlighet till nettomätning.
Över hela världen 2008 investerade de 51,8 miljarder dollar i vindenergi, 33,5 miljarder dollar i solenergi och 16,9 miljarder dollar i biobränslen. Europeiska länder investerade 50 miljarder dollar i alternativ energi 2008, Amerika - 30 miljarder dollar, Kina - 15,6 miljarder dollar, Indien - 4,1 miljarder dollar [32] .
Under 2009 uppgick investeringarna i förnybar energi över hela världen till 160 miljarder dollar och 2010 - 211 miljarder dollar. 2010 investerades 94,7 miljarder dollar i vindenergi, 26,1 miljarder dollar i solenergi och 11 miljarder dollar i teknologier för energiproduktion från biomassa och avfall [33] .
Direkta kostnader för konstruktion av kapaciteter kostar 2,1-2,3 tusen dollar / kW för vindkraft och 2,3-2,7 tusen dollar / kW för solenergi (från och med 2021). Som jämförelse: gasproduktionsanläggningar kostar i genomsnitt 1-1,1 tusen dollar/kW i världen med högre kapacitetsutnyttjande [34] .
År 2021 har Egypten lyckats godkänna betydande finansiella reformer, locka till sig permanenta privata investeringar (upp till 3,1 miljarder USD) tack vare en återupplivad affärsmiljö och blivit ett internationellt regionalt energinav genom att vara värd för den kommande COP27- konferensen . Förutom en betydande omstrukturering av politiken för förnybar energi, förväntas Egypten bli en stor leverantör av förnybar energi år 2030. [35] [36]
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|