«Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле»: Интервью ко Всемирному дню Солнца
Ежегодно в начале мая отмечается Международный день Солнца. Решение о создании этого праздника было принято в 1994 году Европейским отделением Международного общества солнечной энергии (МОСЭ) с целью привлечения внимания общества к возможностям использования возобновляемых источников энергии. На Энергетическом факультете Политехнического института Южно-Уральского государственного университета изучают всю технологическую цепочку энергетической индустрии: производство, передачу, распределение, регулирование и потребление электрической и тепловой энергии. Особое внимание на факультете уделяется развитию новейших электротехнологий, которые включают в себя водородную энергетику, лазерные технологии, электросварочное производство, электрометаллургию, электролизное производство. В этом году кафедра Теоретических основ электротехники готовит первый выпуск бакалавров по этому профилю подготовки. На факультете утверждена и реализуется стратегия развития «Распределенная цифровая энергетика и интеллектуальный электропривод». В этой стратегии есть доля всех видов альтернативной энергетики, включая энергию солнца. Декан факультета Сергей Ганджа рассказал о потенциале солнечной энергии и ее дальнейшем развитии.
– Солнце – наша ближайшая звезда, что она дает нашей планете?
– Энергия Солнца стоит за всеми известными формами движения материи: механической, физической, химической, биологической и социальной. Солнце – единственный ближайший к нам источник, который наполняет энергией все формы живой и неживой природы. Так, на появление энергии ветра, волн, гидроэнергией рек, энергией углеводородов, включая биогаз на начальной стадии формирования, влияет Солнце. Энергия ветра обусловлена неравномерностью прогрева земной поверхности, энергия углеводородов рождается под влиянием фотосинтеза, гидроэнергия рек образуется от испарения воды и последующего выпадения осадков. Только несколько видов альтернативных источников не имеют солнечную природу. Это энергия приливов и отливов, обусловленная гравитационным притяжением Луны, ядерная энергия, запасенная вселенной много миллиардов лет назад и геотермальная энергия Земли, образованная при ее формировании. Эти виды энергии составляют незначительную долю в энергетическом балансе планеты. Можно сказать, что Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле.
– Как добывается и используется солнечная энергия?
– Источником энергии в самом Солнце является термоядерный синтез, при котором атомы водорода, соединяясь друг с другом, образуют гелий, второй элемент таблицы Менделеева. При этом выделяется гигантское количество энергии, которая распространяется в виде радиации и доходит до Земли. Здесь и происходит ее преобразование в другие виды энергии. Солнечную энергию мы можем превратить, например, в электрическую, используя эффект фотосинтеза. Солнце в масштабах существования человеческой цивилизации является неисчерпаемым источником энергии. Альтернативная энергетика как раз и использует преобразованную солнечную энергию. Главное преимущество ее в том, что в основном – это экологически чистые источники энергии. Традиционная энергетика исторически сопровождалась выбросами вредных веществ, превышением нормы углекислого газа в атмосфере, что приводило к парниковому эффекту и глобальному потеплению. Солнечная радиация напрямую превращается в электричество, ветровые установки тоже не несут выбросов. Но у альтернативных источников есть один существенный недостаток. Это – нестабильность генерации энергии, которая зависит от природных условий. Промышленность и крупные мегаполисы не могут полностью полагаться на такой ненадежный источник. Альтернативная энергетика получит мощный импульс развития, если решит проблему по накоплению энергии, причем объемы накопления должны быть гигантские, соизмеримые с существующими запасами углеводородного топлива. Создание такой технологии накопления электричества названо McKinsey Global Institute одной из 12 прорывных технологий, которые существенным образом изменят глобальную экономику. На Энергетическом факультете ведутся такие работы на базе водородной энергетики.
– Изучают ли на Энергетическом факультете возобновляемые источники энергии и, в том числе солнечную энергию?
– Структура Энергетического факультета построена таким образом, что все, что есть в энергетике – представлено на том или ином образовательном уровне: бакалавриате, магистратуре или аспирантуре. У нас хорошо развито изучение традиционной энергии: это электрические станции, сети, системы электроснабжения. Имеется направление магистратуры, на котором мы готовим специалистов по альтернативной энергетике. Также у нас имеются серьезные научные заделы в этом направлении, в том числе выполненные совместно с американскими учеными. В основном мы работаем в ветроэнергетике, солнечной, биогазовой и водородной энергетике.
– Какое будущее ждет солнечную энергетику?
– Энергетика идет по пути комплексного развития. Ориентироваться на один вид энергии нельзя. Энергетика может быть стабильной и надежной тогда, когда она использует различные источники энергии. Абсолютно неразумно, имея такую развитую, рентабельную углеводородную инфраструктуру, разрушать ее или неэффективно использовать. По мере истощения углеводородов она будет свою роль потихоньку терять, но произойдет это, по оценке Министра энергетики РФ Александра Новака, не ранее чем через 100 лет. Одновременно с этим традиционные источники энергии будут вытесняться альтернативными источниками энергии и атомной энергетикой. Солнечную энергетику ждет светлое будущее, но для этого надо решить еще очень много научных и инженерных задач. Энергетический факультет в этом направлении ведет активную деятельность.
Что такое возобновляемая энергия?
Возобновляемая энергия – это энергия, получаемая из природных источников, которые пополняются со скоростью, превышающей скорость ее потребления. Примерами таких постоянно пополняемых источников являются солнечный свет и ветер. Возобновляемые источники могут обеспечить огромное количество энергии и окружают нас повсюду.
В противоположность им ископаемые виды топлива – уголь, нефть и газ – являются невозобновляемыми ресурсами, на формирование которых уходят сотни миллионов лет. При сжигании ископаемых видов топлива для производства энергии происходят выбросы вредных парниковых газов, таких как углекислый газ.
Получение энергии из возобновляемых источников сопряжено с гораздо меньшими выбросам и, чем сжигание ископаемого топлива. Переход от ископаемых видов топлива, на которые в настоящее время приходится львиная доля выбросов, к возобновляемым источникам энергии имеет ключевое значение для преодоления климатического кризиса.
На сегодняшний день возобновляемые источники энергии являются более дешевой альтернативой в большинстве стран и создают в три раза больше рабочих мест, чем ископаемые виды топлива.
Ниже указано несколько распространенных возобновляемых источников энергии:
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ
Солнечная энергия является самым богатым из всех энергетических ресурсов и может использоваться даже в пасмурную погоду. Скорость, с которой солнечная энергия улавливается Землей, примерно в 10 тыс. раз превышает скорость, с которой человечество потребляет энергию.
Солнечные технологии могут обеспечивать тепло, охлаждение, естественное освещение, электричество и топливо для множества применений. Эти технологии позволяют преобразовывать солнечный свет в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических панелей либо зеркал, концентрирующих солнечное излучение.
Хотя не все страны в равной мере обеспечены солнечной энергией, каждая из них может внести существенный вклад в энергетический баланс за счет энергии солнца как таковой.
В последнее десятилетие стоимость производства солнечных панелей резко упала, что сделало их не только доступным, но и зачастую самым дешевым способом получения электроэнергии. Солнечные панели имеют срок службы около 30 лет и выпускаются в разных оттенках в зависимости от типа материала, используемого при их производстве.
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Ветроэнергетика использует кинетическую энергию движущегося воздуха с помощью больших ветряных турбин, расположенных на суше (наземные ветроэлектростанции) или в морской или пресной воде (морские/прибрежные ветроэлектростанции). Энергия ветра используется на протяжении тысячелетий, однако за последние несколько лет технологии наземной и морской ветроэнергетики эволюционировали в направлении максимального увеличения объема производимой электроэнергии за счет более высоких турбин и большего диаметра вращающейся части.
Хотя средняя скорость ветра сильно варьируется в зависимости от местности, мировой технический потенциал ветроэнергетики превышает мировой объем производства электричества, а большинство регионов мира располагают достаточными возможностями для создания значительного количества ветроэлектростанций.
Сильные ветры бывают во многих регионах мира, но иногда для выработки ветровой энергии больше всего подходят отдаленные районы. Морская ветроэнергетика имеет огромный потенциал.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
Геотермальная энергетика использует доступную тепловую энергию недр Земли. Тепло получают из геотермальных резервуаров посредством бурения скважин или иными способами.
Резервуары, которые по своей природе являются достаточно горячими и проницаемыми, называются гидротермальными резервуарами, а достаточно горячие резервуары, улучшенные с помощью гидравлической стимуляции – усовершенствованными геотермальными системами.
Оказавшиеся на поверхности жидкости разной температуры могут быть использованы для выработки электроэнергии. Технология производства электроэнергии из гидротермальных резервуаров является отработанной и надежной и применяется уже более 100 лет.
ГИДРОЭНЕРГИЯ
Гидроэнергетика использует энергию воды, перемещающейся с большей высоты на меньшую. Такая энергия может быть получена с помощью водохранилищ и рек. Гидроэлектростанции на водохранилищах задействуют находящиеся в них запасы воды, в то время как русловые ГЭС используют энергию доступного речного стока.
Гидроэнергетические водохранилища часто служат нескольким целям, обеспечивая питьевую воду и воду для орошения, возможность бороться с наводнениями и засухами, навигационные услуги и энергоснабжение.
В настоящее время гидроэнергетика является крупнейшим источником возобновляемой энергии в электроэнергетическом секторе. Она зависит от в целом стабильных режимов распределения осадков и может подвергаться негативному воздействию вызванных климатом засух или изменений в экосистемах, которые влияют на такие режимы.
Инфраструктура, необходимая для получения гидроэнергии, также может оказывать неблагоприятное воздействие на экосистемы. По этой причине многие считают малые гидроэлектростанции более экологичным вариантом, особенно подходящим для населения отдаленных районов.
ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА
Для получения энергии океана применяются технологии, основанные на использовании кинетической и тепловой энергии морской воды – например, волн или течений – в целях производства электричества или тепла.
Океанические энергетические системы до сих пор находятся на ранней стадии разработки; в настоящее время тестируется ряд прототипов устройств, использующих волны и приливные течения. Теоретически энергия океана может легко превысить нынешние потребности человека в энергии.
БИОЭНЕРГИЯ
Биоэнергию получают из разных органических материалов, называемых биомассой, таких как древесина, древесный уголь, навоз и другие органические удобрения, применяемые для производства тепла и электроэнергии, и сельскохозяйственные культуры, применяемые для производства жидких видов биотоплива. Бóльшая часть биомассы используется в сельской местности для целей приготовления пищи, освещения и отопления помещений, а ее основными потребителями, как правило, являются более бедные слои населения развивающихся стран.
Современные системы биомассы включают специальные сельскохозяйственные культуры или деревья, остатки, образующиеся в процессе ведения сельского и лесного хозяйства, и различные потоки органических отходов.
При получении энергии посредством сжигания биомассы образуются выбросы парниковых газов, но в меньших объемах, чем при сжигании ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть или газ. Однако биоэнергию следует использовать только в ограниченных целях, учитывая потенциальное негативное воздействие на окружающую среду, связанное с масштабным увеличением лесных и биоэнергетических плантаций и, как следствие, с вырубкой лесов и изменениями в землепользовании.
Более подробная информация о возобновляемых источниках энергии представлена на следующих веб-сайтах:
Международное агентство по возобновляемой энергии | Возобновляемые источники энергии
Международное энергетическое агентство | Возобновляемые источники энергии
Межправительственная группа экспертов по изменению климата | Возобновляемые источники энергии
Устойчивая энергетика для всех | Возобновляемая энергия
Дополнительно
Возобновляемая энергия – обеспечение более безопасного будущего
Что такое возобновляемая энергия и почему она важна? Узнайте больше о том, почему переход на возобновляемые источники энергии — наша единственная надежда на более благополучный и безопасный мир.
Пять способов ускорить переход на возобновляемые источники энергии на данном этапе
Генеральный секретарь описывает пять важнейших действий, которым мир должен уделить первоочередное внимание, чтобы преобразовать наши энергетические системы и ускорить переход на возобновляемые источники энергии.
Вопросы климата
Узнайте больше о том, как последствия климатических изменений ощущаются в разных секторах и экосистемах, и почему мы должны беречь, а не эксплуатировать природные ресурсы в целях содействия борьбе с изменением климата.
Основные питательные вещества
Жиров не следует бояться. Чтобы здоровье было крепким, не надо избегать содержащихся в пище и используемых.
Белки
Белки составляют примерно 15–20% от массы тела человека, для человека весом 70 кг – около 12 кг. Основная функция.
Углеводы
Углеводы являются главным источником энергии в организме. Энергия, получаемая с содержащимися в пище.
Публикации
Прочая информация
Представленная на этой странице информация основана на государственных питательных рекомендациях.
При использовании материалов с сайта, следует ссылаться на Интститут Разития Здоровья.»
Что такое альтернативные источники энергии и какое у них будущее
«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет
Что такое альтернативные источники энергии
Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.
Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)
Виды альтернативных источников энергии
1. Солнечная энергия
Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.
2. Энергия ветра
Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.
Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.
3. Энергия воды
Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.
4. Геотермальная энергия
Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.
5. Биоэнергетика
Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.
6. Энергия приливов и отливов
Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.
Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.
Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.
В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.
Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.
Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.
Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.
Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.
Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.
В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.
Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.
Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)
Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина
Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.
В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.
Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.
100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.
Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.
«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.
Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ
Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.
Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.
IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.
Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.
Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.
Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.
Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.