Зеленая энергия относится к возобновляемым источникам энергии, которые являются устойчивыми и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем ископаемое топливо. Некоторые распространенные примеры зеленой энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную, гидроэнергетику и биомассу. Зеленая энергия помогает сократить выбросы парниковых газов, борется с изменением климата и обеспечивает доступ к чистой энергии для нынешнего и будущих поколений. По мере роста обеспокоенности по поводу экологической устойчивости зеленая энергия становится все более важной во всем мире.
Существует несколько основных причин, по которым зеленая энергия имеет решающее значение для устойчивого будущего:
Сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ, выбрасывает в атмосферу парниковые газы, такие как углекислый газ. Это приводит к глобальному потеплению и ускоряет изменение климата. Напротив, зеленые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, не выбрасывают парниковых газов. Широкое внедрение возобновляемой энергии может помочь смягчить изменение климата. По оценкам МГЭИК, деятельность человека привела к глобальному потеплению примерно на 1,0 °C, а превышение 1,5 °C будет иметь разрушительные последствия. Переход на зеленую энергию имеет решающее значение для ограничения потепления до 1,5 °C.
Выбросы ископаемого топлива содержат загрязняющие воздух вещества, такие как твердые частицы, оксиды азота и диоксид серы. Воздействие этих загрязняющих веществ может привести к респираторным заболеваниям, болезням сердца и преждевременной смерти. ВОЗ оценивает, что 4,2 миллиона преждевременных смертей ежегодно связаны с загрязнением наружного воздуха. Переход на чистые возобновляемые источники энергии улучшает качество воздуха и здоровье населения.
Многие источники ископаемого топлива, такие как уголь и природный газ, требуют огромного количества воды для охлаждения и эксплуатации. Это нагружает водные ресурсы, особенно в засушливых регионах. Напротив, большинство возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, требуют минимального количества воды. Расширение зеленой энергии сохраняет пресную воду для питья, сельского хозяйства и экосистем.
Примерно 770 миллионов человек во всем мире не имеют доступа к электричеству. Возобновляемые мини-сетевые системы и автономные решения, такие как солнечные панели и фонари, могут обеспечить доступ к электричеству в сельских и отдаленных районах. Зеленая энергия способствует всеобщему доступу к энергии и способствует социально-экономическому развитию.
Многие страны импортируют значительные объемы угля, нефти и природного газа. Этот импорт ископаемого топлива обременяет государственные бюджеты, создает энергетическую нестабильность и подрывает торговый баланс. Местные источники возобновляемой энергии снижают зависимость от импортного топлива. Это повышает энергетическую независимость и национальную безопасность.
Существует несколько основных источников возобновляемой энергии, которые считаются «зелеными»:
Солнечная энергия использует энергию солнца для выработки электроэнергии и тепла. Основные технологии включают в себя:
– Фотоэлектрические (PV) панели напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Солнечные фотоэлектрические системы варьируются от небольших панелей на домах и предприятиях до крупных солнечных ферм.
– Системы концентрированной солнечной энергии (CSP) используют зеркала для концентрации солнечного света для приведения в действие традиционных паровых турбин и генераторов.
– Системы солнечного отопления используют солнечные тепловые коллекторы для использования тепла для нагрева воды, отопления помещений и промышленных процессов.
Солнечная энергия стала одним из самых быстрорастущих возобновляемых источников. За последнее десятилетие ее стоимость упала более чем на 90%, что привело к быстрому внедрению.
Ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию для выработки электроэнергии. Ветряные электростанции коммунального масштаба имеют мощность 100 мегаватт и более. Меньшие турбины обеспечивают электроэнергией дома, фермы и предприятия. Все чаще строятся морские ветровые электростанции.
Глобальная мощность ветроэнергетики увеличилась более чем в 10 раз за последнее десятилетие и продолжает быстро расти, особенно в Китае и Соединенных Штатах.
Гидроэнергетика использует энергию текущей воды для производства электроэнергии на плотинах и турбинах гидроэлектростанций. Гидроаккумулирующая гидроэнергетика работает путем перекачивания воды вверх по склону в водохранилище во время низкого спроса и выпуска ее через турбины во время высокого спроса.
Гидроэнергетика поставляет около 16% электроэнергии в мире. Рост сдерживается географическими ограничениями, но гидроэнергетика остается важным возобновляемым источником.
Геотермальная энергия извлекает тепло из-под поверхности земли для выработки электроэнергии и прямого отопления. Технологии включают геотермальные электростанции, геотермальные тепловые насосы и прямое использование геотермальных резервуаров для отопления.
Глобальный рынок геотермальной энергии оценивается примерно в 6 миллиардов долларов в год и обеспечивает около 0,3% мировой электроэнергии. Огромный потенциал остается неиспользованным.
Биоэнергетика охватывает возобновляемую энергию, получаемую из органического вещества или биомассы. Вот некоторые примеры:
– Твердая биомасса, такая как древесина и сельскохозяйственные отходы, сжигается для получения электроэнергии и тепла.
– Биогаз, полученный в результате анаэробного сбраживания органических отходов, может использоваться для отопления, выработки электроэнергии и в качестве топлива.
– Жидкое биотопливо, такое как этанол и биодизель, является возобновляемой альтернативой бензину и дизельному топливу.
Биоэнергетика составляет около 5% от общего объема поставок первичной энергии в мире. Однако необходимо тщательно контролировать воздействие на устойчивость таких видов деятельности, как вырубка лесов.
Хотя возобновляемая энергия имеет много преимуществ, существуют и некоторые проблемы:
Строительство возобновляемых электростанций требует существенных первоначальных инвестиций. Это повышает цены на электроэнергию, особенно по мере развития технологий. Однако в последние годы затраты резко упали по мере развития и масштабирования технологий.
Солнечная и ветровая энергия зависят от погодных условий, времени суток и сезонов. Эта прерывистость может усложнить согласование предложения со спросом по сравнению с управляемыми электростанциями. Хранение и передача энергии помогают преодолеть прерывистость.
Эффективное хранение энергии имеет решающее значение для балансировки переменного возобновляемого производства и спроса. Аккумуляторное хранение достигло огромного прогресса, но остается дорогим в больших масштабах. Также внедряются другие решения, такие как гидроаккумулирующие электростанции и тепловые накопители.
Основные объекты возобновляемой энергии часто находятся в отдалении. Для подключения необходима новая инфраструктура передачи на большие расстояния. Разрешения и вопросы права прохода могут препятствовать расширению передачи.
Крупные объекты возобновляемой энергии требуют значительных земельных площадей и могут нарушать естественную среду обитания и дикую природу. Оценки воздействия на окружающую среду помогают смягчить риски для экосистем.
Возобновляемые источники генерируют энергию менее плотно, чем ископаемое топливо, что требует больших площадей сбора. Однако модульные технологии, такие как солнечные панели на крышах, используют существующую инфраструктуру и избегают ограничений по земельным участкам.
Продуманная политика помогает ускорить внедрение возобновляемых источников энергии:
Налоги на выбросы углерода и схемы ограничения выбросов и торговли квотами на выбросы делают энергию из ископаемого топлива более дорогой, чтобы отразить экологические издержки. Это делает возобновляемые источники энергии более конкурентоспособными с точки зрения затрат. 45 стран внедрили программы ценообразования на выбросы углерода.
Программы RPS требуют, чтобы коммунальные службы получали минимальную долю энергии из возобновляемых источников энергии. Это обеспечивает гарантированный доступ к рынку и поощряет рост возобновляемых источников энергии и снижение затрат.
Льготные тарифы гарантируют производителям возобновляемой электроэнергии фиксированные цены и доступ к сети. Это снижает риск и стимулирует инвестиции. FIT сыграли важную роль в первоначальном росте возобновляемой энергии в Европе, Азии и Африке.
Льготы по подоходному налогу предоставляют финансовые стимулы для установки и использования возобновляемой энергии. Налоговые льготы на инвестиции в солнечную энергетику (ITC) стали катализатором огромного роста установок солнечной энергетики в США.
Ускоренная амортизация сокращает срок службы активов, обеспечивая более быстрые налоговые вычеты по инвестициям. Этот стимул к денежному потоку делает возобновляемые источники энергии более финансово привлекательными.
Чистый учет кредитует владельцев солнечных батарей на крышах за избыточную энергию, возвращаемую в сеть. Это обеспечивает децентрализованный рост возобновляемых источников энергии. В 44 штатах США действуют обязательные политики чистого учета.
Возобновляемые источники энергии являются самым быстрорастущим источником энергии в мире, чему способствуют поддерживающие политики, технологические достижения и снижение затрат:
| Источник энергии | Снижение затрат в 2010-2020 гг. |
|---|---|
| Солнечные фотоэлектрические системы | 89% |
| Концентрированная солнечная энергия | 68% |
| Береговой ветер | 56% |
| Морской ветер | 48% |
| Хранение энергии в аккумуляторах | 89% |
Как показывает таблица выше, стоимость ключевых технологий зеленой энергетики, таких как солнечная, ветровая и аккумуляторные, резко упала за последнее десятилетие. Это делает возобновляемые источники энергии все более конкурентоспособными по стоимости с ископаемым топливом. Ожидается дальнейшее снижение затрат по мере совершенствования технологий.
| Год | Глобальные инвестиции в возобновляемую энергетику |
|---|---|
| 2004 | 50 миллиардов долларов |
| 2009 | 160 миллиардов долларов |
| 2019 | 282 миллиарда долларов |
Инвестиции в новые мощности возобновляемой энергетики выросли почти в 6 раз за последние 15 лет. Солнечная и ветровая энергия получают более 90% текущих инвестиций. Снижение затрат означает, что на каждый вложенный доллар устанавливается больше мощности по сравнению с предыдущими годами.
| Источник энергии | Глобальная мощность в 2000 г. (ГВт) | Глобальная мощность в 2019 г. (ГВт) |
|---|---|---|
| Солнечные фотоэлектрические системы | 1 | 580 |
| Ветер | 18 | 650 |
| Гидроэнергетика | 760 | 1190 |
Как показано в таблице выше, установленные мощности основных источников возобновляемой энергии быстро росли за последние два десятилетия. Мощность ветра и солнца увеличилась более чем в 35 раз за этот период.
Китай лидирует в мире по общей установленной мощности возобновляемых источников по всем основным источникам. Другие рынки с высоким ростом включают США, Индию, Японию, Германию и Бразилию. Оффшорный ветер быстро расширяется в Европе. Развивающиеся страны Африки и Азии демонстрируют рост внедрения возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии позиционируются для масштабного будущего расширения благодаря экономическим, политическим и технологическим улучшениям:
Нормированные затраты на несубсидированную солнечную и ветровую энергию упали ниже самых дешевых альтернатив ископаемого топлива на большинстве рынков. Возобновляемые источники энергии также избегают риска волатильности цен на топливо. Это делает их весьма привлекательными для новых генерирующих мощностей.
Правительства продолжают укреплять политику и цели в области возобновляемых источников энергии, включая амбициозные долгосрочные цели по достижению нулевых выбросов парниковых газов. Нормативная среда будет способствовать устойчивому росту инвестиций и мощностей.
Постоянное снижение стоимости хранения в аккумуляторных батареях и увеличение емкости упрощают управление прерывистостью возобновляемых источников энергии. Новые возможности, такие как хранение сжатого воздуха, тепла и гидроаккумуляторов, также помогают решать проблемы изменчивости.
Сложные системы управления сетями и реагирования на спрос более эффективно уравновешивают спрос с переменным предложением. Умные счетчики, автоматизация, ценообразование в реальном времени и расширенная аналитика обеспечивают большую интеграцию возобновляемых источников энергии.
Огромный потенциал остается для неиспользованных ресурсов морской ветроэнергетики. Кроме того, небольшие распределенные возобновляемые системы, расположенные на крышах, локально и на краю сетей, минимизируют ограничения по земле.
Объединение нескольких дополнительных источников зеленой энергии обеспечивает более надежную и управляемую мощность. Например, солнечная и ветровая энергия в сочетании с аккумуляторами, гидроэлектростанциями и гибкими биоэнергетическими генераторами.
Переход к возобновляемой энергии имеет решающее значение для смягчения последствий изменения климата и создания устойчивых энергетических систем. Возобновляемые источники энергии в настоящее время составляют более 25% мирового производства электроэнергии, что обусловлено такими ключевыми тенденциями, как резкое падение цен, поддерживающая политика и технический прогресс. Несмотря на то, что такие проблемы, как прерывистость, сохраняются, зеленая энергетика готова к масштабному расширению в ближайшие десятилетия. Благодаря инновационной политике и технологиям возобновляемые источники энергии могут экономически эффективно превзойти ископаемое топливо на различных мировых рынках. Использование этого огромного потенциала зеленой энергии имеет решающее значение для декарбонизации энергетических систем, улучшения результатов общественного здравоохранения и достижения глобальных целей развития. Благодаря разумной политике, стратегическим инвестициям и технологической изобретательности процветающее будущее зеленой энергетики уже в пределах досягаемости.