Устойчивая энергетика

"Зеленая сила" перенаправляется сюда. Для других целей см. Зеленый power (устранение неоднозначности).

Устойчивая энергетика-это принцип, в соответствии с которым использование энергии человеком "удовлетворяет потребности настоящего времени без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности." устойчивые энергетические стратегии обычно имеют два столпа: более чистые методы производства энергии и энергосбережения.

Устойчивые энергетические технологии используются для выработки электроэнергии, отопления и охлаждения зданий, а также для питания транспортных систем и машин. Когда речь идет о методах производства энергии, термин "устойчивая энергия" часто используется наравне с термином " возобновляемая энергия ". В целом, возобновляемые источники энергии , такие как солнечная энергия , энергия ветра , геотермальная энергия и энергия приливов , широко считаются устойчивыми источниками энергии. Тем не менее, конкретные проекты в области возобновляемых источников энергии, такие как расчистка лесов для производства биотоплива, может привести к аналогичному или даже худшему экологическому ущербу по сравнению с использованием энергии ископаемого топлива. Существуют значительные разногласия по поводу того, можно ли считать ядерную энергию устойчивой.

Затраты на устойчивые источники энергии значительно снизились на протяжении многих лет и продолжают падать. Все чаще эффективная государственная политика поддерживает доверие инвесторов, и эти рынки расширяются. Значительный прогресс достигнут в переходе энергетики от ископаемого топлива к экологически устойчивым системам, и многие исследования поддерживают 100% возобновляемые источники энергии .

Организационным принципом устойчивого развития является устойчивое развитие , которое включает четыре взаимосвязанные области: Экология, Экономика, Политика и культура. наука об устойчивом развитии-исследование устойчивого развития и науки об окружающей среде

описание

описание

Определения

Концепция устойчивого развития была описана Всемирной комиссией по окружающей среде и развитию в ее книге 1987 года "наше общее будущее".[1] его определение "устойчивости", которое в настоящее время широко используется, гласило: "Устойчивое развитие должно удовлетворять потребности настоящего времени без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности."

В своей книге комиссия описала четыре ключевых элемента устойчивости в области энергетики: способность увеличивать поставки энергии для удовлетворения растущих потребностей человека, энергоэффективность и энергосбережение, здравоохранение и безопасность, а также "защита биосферы и предотвращение более локализованных форм загрязнения"." различные определения устойчивой энергетики были предложены с тех пор, которые также основаны на трех столпах устойчивого развития, а именно окружающей среде, экономике и обществе.

• Экологические критерии включают выбросы парниковых газов , воздействие на биоразнообразие и производство опасных отходов и токсичных выбросов.
• Экономические критерии включают стоимость энергии, то, доставляется ли энергия пользователям с высокой надежностью, и влияние на рабочие места, связанные с производством энергии.
• Социально-культурные критерии включают предотвращение войн за энергоснабжение (энергетическую безопасность ) и долгосрочную доступность энергии.

Поскольку ни один источник энергии не отвечает этим критериям в полной мере, устойчивые источники энергии являются устойчивыми только по сравнению с другими источниками. Отсутствие совершенных источников энергии означает, что содействие эффективному использованию энергии имеет важное значение для устойчивых энергетических стратегий.

Зеленая энергия-это энергия, которая может быть извлечена, произведена и/или потреблена без какого-либо значительного негативного воздействия на окружающую среду. планета имеет естественную способность к восстановлению, что означает загрязнение, которое не выходит за рамки этой способности, все еще можно назвать зеленым. Она представляет собой возобновляемые источники энергии и технологии, которые обеспечивают максимальную экологическую выгоду. Агентство по охране окружающей среды США определяет "зеленую" энергию как электроэнергию , производимую из солнечных , ветровых , геотермальных , биогаза, биомассы и малотравматичных малых гидроэлектрических источников.

Возобновляемые источники энергии

Основные статьи: возобновляемые источники энергии и коммерциализация возобновляемых источников энергии

Говоря об источниках энергии, термины "устойчивая энергетика" и "возобновляемые источники энергии" часто используются взаимозаменяемо, однако конкретные проекты в области возобновляемых источников энергии иногда вызывают серьезные опасения по поводу устойчивости. Технологии возобновляемой энергии являются существенными вкладчиками в устойчивую энергетику, поскольку они обычно способствуют мировой энергетической безопасности, уменьшая зависимость от ресурсов ископаемого топлива и предоставляя возможности для смягчения воздействия парниковых газов. Различный анализ затрат и выгод разрозненным кругом специалистов и учреждений была проведена работа по определению наиболее дешевых и быстрых путей декарбонизации энергоснабжения в мире, причем эта тема вызывает значительные споры, особенно в отношении роли ядерной энергии .

Гидроэнергетика

Главная статья: гидроэнергия

Среди источников возобновляемой энергии гидроэлектростанции имеют преимущества долгоживущих-многие существующие электростанции работают уже более 100 лет. Кроме того, гидроэлектростанции чисты и имеют мало выбросов. Критические замечания, направленные на крупномасштабные гидроэлектростанции, включают: дислокацию людей, живущих там, где планируется водохранилище, и выброс значительного количества углекислого газа во время строительства и затопления водохранилища.

Однако было установлено, что высокие выбросы связаны только с мелководными водохранилищами в теплых (тропических) районах, а последние инновации в технологии гидротурбин позволяют эффективно разрабатывать проекты гидроэлектроэнергетики с низким уровнем воздействия.Вообще говоря, гидроэлектростанции производят гораздо меньшие выбросы за жизненный цикл, чем другие виды генерации. Гидроэлектроэнергия, которая получила широкое развитие в период роста электрификации в 19 и 20 веках, переживает возрождение развития в 21 веке. Области наибольшего роста гидроэлектростанций-это быстро развивающиеся экономики Азии. Китай является лидером в области развития, однако другие азиатские страны устанавливают гидроэнергетику быстрыми темпами. Этот рост обусловлен значительно возросшими энергозатратами-особенно на импортные энергоносители-и широко распространенным стремлением к более производительному, чистому, возобновляемому и экономичному производству.

Геотермальный

Основные статьи: геотермальная энергия и геотермальное отопление

Плотина гидроэлектростанции в поперечном сечении

Геотермальная энергия может быть использована для производства электроэнергии и отопления. Технологии в пользе включают электростанции сухого пара, внезапные электростанции пара и электростанции бинарного цикла. С 2010 геотермальное производство электроэнергии используется в 24 странах, в то время как геотермальное отопление используется в 70 странах. За три года до 2015 года среднегодовые темпы роста международных рынков составили 5%, а глобальная мощность геотермальных электростанций, как ожидается, достигнет 14,5–17,6 ГВт к 2020 году.

Геотермальная энергия считается устойчивым, возобновляемым источником энергии, потому что теплоотдача мала по сравнению с теплосодержанием Земли .Выбросы парниковых газов геотермальных электростанций составляют в среднем 45 граммов углекислого газа на киловатт-час электроэнергии, или менее 5 процентов от выбросов обычных угольных электростанций. геотермальная энергия как источник возобновляемой энергии как для энергетики, так и для отопления может удовлетворить 3-5% мирового спроса к 2050 году . С экономическими стимулами, по оценкам, к 2100 году можно будет удовлетворить 10% мирового спроса.

Биомасса и биотопливо

Основные статьи: вопросы, касающиеся биотоплива и воздействия биодизеля на окружающую среду

Биомасса-это биологический материал, полученный из живых или недавно живых организмов. В качестве источника энергии биомасса может либо сжигаться для производства тепла и выработки электроэнергии, либо преобразовываться в различные формы биотоплива . Жидкое биотопливо, такое как биодизель и этанол, особенно ценится в качестве источников энергии для автомобилей.

Биомасса является чрезвычайно универсальным и одним из наиболее часто используемых источников возобновляемой энергии. Он доступен во многих странах, что делает его привлекательным для снижения зависимости от импортируемого ископаемого топлива. Если производство биомассы хорошо контролируется, выбросы углерода могут быть значительно компенсированы поглощением углекислого газа растениями в течение их продолжительности жизни. Если источником биомассы являются сельскохозяйственные или муниципальные отходы, сжигание или преобразование биомассы в биогаз также обеспечивает способ утилизации этих отходов.

По состоянию на 2012 год древесина остается крупнейшим источником энергии биомассы. если биомасса собрана из сельскохозяйственных культур, таких как плантации деревьев, выращивание этих культур может вытеснить естественные экосистемы , ухудшить почвы и потреблять водные ресурсы и синтетические удобрения .В некоторых случаях эти воздействия могут фактически привести к более высоким общим выбросам углерода по сравнению с использованием топлива на основе нефти.

Использование сельхозугодий для выращивания топлива может привести к тому, что меньше Земли будет доступно для выращивания продуктов питания . Поскольку фотосинтез по своей сути неэффективен, и сельскохозяйственные культуры также требуют значительного количества энергии для сбора урожая, сушки и транспортировки, количество энергии, производимой на единицу площади земли, очень мало, в диапазоне от 0,25 Вт/м2 до 1,2 Вт/м2 .В Соединенных Штатах этанол на основе кукурузы заменил меньше чем 10% использования автомобильного бензина с 2011, но потребил приблизительно 40% ежегодного урожая кукурузы в стране.[23] в Малайзии и Индонезии расчистка лесов для производства пальмового масла поскольку биодизель привел к серьезным социальным и экологическим последствиям, поскольку эти леса являются критическими поглотителями углерода и средой обитания для исчезающих видов.

Ветер

Энергия ветра: во всем мире установленная мощность

В Европе в 19 веке было около 200 000 ветряных мельниц, что немного больше, чем современные ветряные турбины 21 века. они в основном использовались для измельчения зерна и перекачивания воды. Возраст угольных паровых двигателей заменил это раннее использование энергии ветра.

Ветроэнергетика имеет высокий потенциал и уже реализовала относительно низкие производственные затраты. В конце 2008, Всемирная емкость ветроэлектростанции была 120 791 мегаватт (MW), представляя увеличение 28,8 процентов в течение года, и энергия ветра произвела приблизительно 1,3% мирового потребления электроэнергии.На долю ветроэнергетики приходится около 20% потребления электроэнергии в Дании , 9% в Испании и 7% в Германии . Однако в некоторых районах по эстетическим или экологическим причинам может быть трудно разместить ветряные турбины, а в некоторых случаях может быть трудно интегрировать энергию ветра в электрические сети.

Солнечное отопление

Системы солнечного отопления обычно состоят из солнечных тепловых коллекторов, жидкостной системы для перемещения тепла от коллектора к месту его использования и резервуара или резервуара для хранения тепла и последующего использования. Системы могут быть использованы для нагрева горячей воды, воды в бассейне или для обогрева помещений. тепло может также использоваться для промышленного применения или в качестве источника энергии для других целей, таких как охлаждающее оборудование.[34] во многих климатических условиях Солнечная система отопления может обеспечить очень высокий процент (от 20 до 80%) энергии горячей воды. Энергия, получаемая от Солнца Землей, является энергией электромагнитного излучения. Световые диапазоны видимых, инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и радиоволн, получаемых Землей через солнечную энергию. Наивысшая мощность излучения исходит от видимого света. Солнечная энергия осложняется из-за смены времен года и ночи. Облачный покров может также добавить к осложнениям солнечной энергии, и не вся радиация от Солнца достигает Земли, потому что она поглощается и рассеивается из-за облаков и газов в атмосфере Земли.

Эскиз параболического лоткового коллектора

Солнечные тепловые электростанции успешно работают в Калифорнии с конца 1980-х годов, в том числе крупнейшая солнечная электростанция любого типа, системы генерации солнечной энергии мощностью 350 МВт . Nevada Solar One-это еще один завод мощностью 64 МВт, который недавно открылся. другие параболические электростанции желоба , предлагаемые, являются двумя заводами 50 МВт в Испании и заводом 100 МВт в Израиле .

Солнечное электричество

Главная статья: солнечная энергия

Солнечное производство электроэнергии использует фотоэлектрические (PV) элементы для преобразования света в электрический ток. Фотоэлектрические модули могут быть интегрированы в здания или использованы в фотоэлектрических электростанциях, подключенных к электрической сети. Они особенно полезны для снабжать электричество отдаленные районы .

Крупные национальные и региональные исследовательские проекты по искусственному фотосинтезу разрабатывают нанотехнологические системы, использующие солнечную энергию для расщепления воды на водородное топливо.[38] и предложение было сделано для глобального проекта искусственного фотосинтеза [39] В 2011 году исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали то, что они называют "искусственным листом", который способен расщеплять воду на водород и кислород непосредственно от солнечной энергии при падении в стакан с водой. Одна сторона "искусственного листа" производит пузыри водорода, в то время как другая сторона производит пузыри кислорода.[40]

Большинство современных солнечных электростанций сделаны из множества подобных единиц, где каждая единица непрерывно регулируется, например, с некоторыми шаговыми двигателями, так что преобразователь света остается в фокусе солнечного света. Стоимость фокусировки света на преобразователях, таких как мощные солнечные панели, двигатель Стирлинга и т. д. смогите драматически быть уменьшено с простой и эффективной механикой веревочки.В этом методе много единиц связаны с сетью веревок так, чтобы потянуть два или три веревки было достаточно, чтобы держать все световые преобразователи одновременно в центре внимания, поскольку направление Солнца изменяется .

Исследования продолжаются в космической солнечной энергии, концепция, в которой солнечные панели запускаются в космическое пространство, а энергия, которую они захватывают, передается обратно на Землю в виде микроволн. Испытательный комплекс для технологии строится в Китае.

Энергия океана

Португалия имеет первую в мире коммерческую волновую ферму Aguçadora Wave Park , которая строится в 2007 году. Первоначально на ферме будут использоваться три машины Pelamis P-750 мощностью 2,25 МВт. и расходы поставлены на 8,5 млн. евро . При условии успешной эксплуатации еще 70 миллионов евро, вероятно, будут инвестированы до 2009 года в еще 28 машин для производства 525 МВт. финансирование волновой фермы в Шотландии было объявлено в феврале 2007 года шотландским исполнительным директором, стоимостью более 4 миллионов фунтов стерлингов, в рамках пакета финансирования £13 миллионов для ocean power в Шотландии. Ферма станет крупнейшей в мире с мощностью 3 МВт, генерируемой четырьмя машинами Pelamis. (см. Также Wave farm ).

В 2007 году первая в мире турбина для создания коммерческих объемов энергии с использованием приливной энергии была установлена в узких местах Стренгфорд Лох в Северной Ирландии, Великобритания. Подводный генератор приливной электроэнергии мощностью 1,2 МВт использует быстрый приливной поток в Лох, который может достигать 4 м/с. Хотя генератор достаточно мощный, чтобы питать до тысячи домов, турбина имеет минимальное воздействие на окружающую среду, так как она почти полностью погружена, а роторы вращаются достаточно медленно, чтобы они не представляли опасности для дикой природы .

Включение технологий для переменной возобновляемой энергии

Главные статьи: хранение энергии и хранение энергии решетки

Солнечные и ветровые источники энергии являются прерывистыми источниками энергии, которые обеспечивают электроэнергией 10-40% времени, в зависимости от погоды и времени суток. Большинство электрических сетей были построены для непостоянных источников энергии, таких как гидроэлектроэнергия или угольные электростанции. Как правило, до 30% энергии, подаваемой в электрическую сеть, может быть легко преобразовано в прерывистые источники.

Если прерывистые источники составляют больший процент энергоснабжения для данной электрической сети, Существует несколько возможных подходов к обеспечению того, чтобы производство электроэнергии могло удовлетворить постоянный спрос:

• Снижение спроса на электроэнергию в определенное время за счет управления спросом на электроэнергию и использования интеллектуальных сетей .
• Использование гидроэлектроэнергии или природного газа для производства резервной энергии
• Импорт электроэнергии из других мест по междугородним линиям электропередачи . Например, TREC предложил распределить солнечную энергию из Сахары в Европу. Европа может распределять энергию ветра и океана между Сахарой и другими странами. Таким образом, энергия вырабатывается в любой момент времени, как и в любой точке планеты, когда поднимается солнце или ветер, или океанские волны и течения.

• Используя хранение энергии решетки для того чтобы хранить сверхнормальная энергия солнечных и ветра и выпускать ее по мере необходимости. Наиболее часто используемым методом хранения является гидроэлектроэнергия с перекачиванием, которая возможна только в местах, расположенных рядом с большим холмом или глубокой подземной шахтой. Другие технологии хранения-хранение энергии маховика , сжатый воздух , батареи и водородное топливо .

По состоянию на 2019 год, стоимость и логистика хранения энергии для крупных населенных пунктов является серьезной проблемой, хотя стоимость аккумуляторных систем резко упала.[51] например, исследование 2019 года показало, что для того, чтобы солнечная и ветровая энергия удовлетворяла спрос на энергию в течение недели экстремальных холодов в восточных и среднезападных Соединенных Штатах, емкость хранилища энергии должна была увеличиться с 11 ГВт в настоящее время до 277,9 ГВт.

Некоторые затраты потенциально могут быть снижены за счет использования оборудования для хранения энергии, которое покупает потребитель, а не государство. Примером могут служить батареи в электромобилях, которые могли бы служить энергетическим буфером для электросети. Устройства хранения энергии' как автомобильные аккумуляторы также построены с материалами которые представляют угрозу к окружающей среде (например литию). Совместное производство батарей для такой значительной части населения по-прежнему будет иметь экологические проблемы.

Для обеспечения бытового электроснабжения в отдаленных районах (т. е. районах, не подключенных к электросети) требуется накопление энергии для использования с возобновляемыми источниками энергии. Системы выработки и потребления энергии, используемые в последнем случае, обычно являются автономными энергосистемами .

Энергия из возобновляемых источников также может храниться в виде тепла или холода с помощью технологий аккумулирования тепловой энергии. Например, летнее тепло может храниться для зимнего отопления, или зимнее холодное может храниться для летнего кондиционирования воздуха.

Невозобновляемые источники энергии

Главная статья: ядерно-энергетические дебаты

Существуют значительные разногласия по поводу того, можно ли считать ядерную энергетику устойчивой. Некоторые формы ядерной энергетики (те , которые способны "сжигать" ядерные отходы посредством процесса , известного как ядерная трансмутация, такого как интегральный быстрый реактор, могут относиться к категории "зеленой энергии"). Атомные электростанции могут быть более или менее устранены от их проблемы ядерных отходов путем использования ядерной переработки и новых установок в качестве установок быстрого размножения и ядерного синтеза.

Некоторые люди, в том числе ранний член Гринпис Патрик Мур , Джордж Монбиот, Билл Гейтс и Джеймс Лавлок специально классифицировали ядерную энергетику как "зеленую". Другие, включая Фила Рэдфорда Гринписа , не согласны, утверждая, что проблемы, связанные с радиоактивными отходами и риском ядерных аварий (таких как Чернобыльская катастрофа) представляют неприемлемый риск для окружающей среды и для человечества. Однако новые конструкции ядерных реакторов способны утилизировать то, что в настоящее время считается "ядерными отходами", до тех пор, пока они не перестанут (или не станут значительно менее) опасными, и имеют конструктивные особенности, которые значительно сводят к минимуму возможность ядерной аварии. Эти проекты еще предстоит коммерциализировать. (См.: реактор расплавленной соли)

Теоретически выбросы парниковых газов электростанций , работающих на ископаемом топливе, могут быть значительно сокращены за счет улавливания и хранения углерода, хотя этот процесс является дорогостоящим. Некоторые считают, что сжигание ископаемого топлива с улавливанием и хранением углерода может играть определенную роль в устойчивой энергетической системе.

Энергоэффективность

Главная статья: эффективное использование энергии

Переход к энергетической устойчивости потребует изменений не только в способах подачи энергии, но и в способах ее использования, а также сокращения количества энергии, необходимой для доставки различных товаров или услуг. Возможности для улучшения со стороны спроса на энергию столь же богаты и разнообразны, как и со стороны предложения, и часто дают значительные экономические выгоды.

Эффективность замедляет рост спроса на энергию, так что рост поставок чистой энергии может сделать глубокие сокращения использования ископаемого топлива. Недавний исторический анализ показал, что темпы повышения энергоэффективности, как правило, опережают темпы роста спроса на энергию, что обусловлено продолжающимся экономическим ростом и ростом численности населения . В результате, несмотря на повышение энергоэффективности, общее потребление энергии и связанные с этим выбросы углерода продолжают увеличиваться. Таким образом, учитывая термодинамические и практические пределы повышения энергоэффективности, необходимо замедление роста спроса на энергию. Однако, если поставки чистой энергии не будут осуществляться быстро, замедление роста спроса приведет лишь к сокращению общего объема выбросов; необходимо также снизить содержание углерода в источниках энергии. Поэтому любое серьезное видение устойчивой энергетической экономики требует обязательств как в отношении возобновляемых источников энергии, так и в отношении эффективности.

Чистые кухонные плиты

Главная статья: плита повара

В развивающихся странах , по оценкам, 3 миллиарда человек используют традиционные кухонные плиты и открытые костры для сжигания биомассы или угля в целях отопления и приготовления пищи. Эта практика вызывает вредное местное загрязнение воздуха и увеличивает опасность пожаров, в результате чего ежегодно погибает 4,3 миллиона человек.Кроме того, серьезный ущерб окружающей среде на местном уровне , включая опустынивание, может быть причинен чрезмерной заготовкой древесины и других горючих материалов.Поэтому поощрение использования более чистых видов топлива и более эффективных технологий приготовления пищи является одним из главных приоритетов Организации Объединенных Наций Инициатива "устойчивая энергия для всех". До сих пор усилия по проектированию недорогих кухонных плит, работающих на экологически чистых источниках энергии и приемлемых для пользователей, были в основном разочаровывающими.

Тенденции

Согласно анализу тенденций, проведенному программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде, проблемы изменения климата в сочетании с высокими ценами на нефть и растущей государственной поддержкой стимулируют рост темпов инвестиций в устойчивые энергетические отрасли . По данным ЮНЕП, глобальные инвестиции в устойчивую энергетику в 2007 году превысили предыдущий уровень, и в 2007 году было привлечено 148 млрд. долл. Общий объем финансовых операций в области устойчивой энергетики, включая деятельность по приобретению, составил 204 млрд. долл.

Потоки инвестиций в 2007 году расширились и диверсифицировались, в результате чего общая картина стала шире и глубже в плане устойчивого использования энергии. Основные рынки капитала "в настоящее время полностью восприимчивы к устойчивым энергетическим компаниям, поддерживаемым всплеском фондов, предназначенных для инвестиций в чистую энергию". Возросший уровень инвестиций и тот факт, что большая часть капитала поступает от более традиционных финансовых субъектов, свидетельствуют о том, что варианты устойчивой энергетики в настоящее время становятся мейнстримом.

Покупка зеленой электроэнергии

В ряде стран с общими соглашениями о перевозчиках розничные продажи электроэнергии позволяют потребителям приобретать "зеленую" электроэнергию либо у своих коммунальных предприятий, либо у поставщика "зеленой" электроэнергии. Электричество считается экологически чистым, если оно производится из источника, который производит относительно мало загрязняющих веществ, и эта концепция часто считается эквивалентной возобновляемой энергии .

Во многих странах "зеленая" энергетика в настоящее время обеспечивает очень небольшое количество электроэнергии, что обычно составляет менее 2-5% от общего объема электроэнергии, предлагаемого большинством коммунальных предприятий , электрических компаний или государственных энергетических пулов. В некоторых штатах США местные органы власти сформировали региональные фонды закупок электроэнергии, используя агрегацию выбора сообщества и солнечные облигации для достижения 51% возобновляемой смеси или выше, например, в городе Сан-Франциско.

Участвуя в программе "Зеленая энергия", потребитель может оказывать влияние на используемые источники энергии и в конечном итоге может способствовать развитию и расширению использования "зеленой" энергии. Они также делают заявление политикам о том, что они готовы платить ценовую премию за поддержку возобновляемых источников энергии. Потребители зеленой энергии либо обязывают коммунальные предприятия увеличить количество зеленой энергии, которую они покупают из пула (таким образом, уменьшая количество не зеленой энергии, которую они покупают), либо напрямую финансируют зеленую энергию через поставщика зеленой энергии. Если имеется недостаточное количество "зеленых" источников энергии, коммунальное предприятие должно разработать новые или заключить контракт с третьей стороной-поставщиком энергии на поставку "зеленой" энергии, в результате чего будет построено еще больше. Однако потребитель не может проверить, является ли купленное электричество "зеленым" или нет.

В некоторых странах, таких как Нидерланды, электроэнергетические компании гарантируют покупку "зеленой энергии" в том же объеме, в каком она используется их потребителями. Голландское правительство освобождает зеленую энергетику от налогов на загрязнение окружающей среды, что означает, что зеленая энергетика вряд ли дороже, чем другая энергетика.

Зеленая энергия и маркировка по регионам

Европейский Союз

См. также: зеленое электричество в Соединенном Королевстве

Директива 2004/8/EC Европейского парламента и Совета от 11 февраля 2004 года О содействии когенерации на основе полезного спроса на тепло на внутреннем энергетическом рынке включает статью 5 ( гарантия происхождения электроэнергии из высокоэффективной когенерации).

Европейские экологические НПО запустили экомаркировку "зеленая энергия". Экомаркировка называется Экоэнергией . Он устанавливает критерии устойчивости, дополнительности, информации о потребителях и отслеживания. Только часть электроэнергии, произведенной возобновляемыми источниками энергии, соответствует критериям экоэнергетики.

В феврале 2010 года в Соединенном Королевстве была запущена система сертификации поставок "зеленой" энергии. Это обеспечивает реализацию руководящих принципов регулятора энергетики, Ofgem,и устанавливает требования по прозрачности, соответствия продаж возобновляемых источников энергии и дополнительности.

Соединенные Штаты

Министерство энергетики Соединенных Штатов (DOE), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Центр ресурсных решений (CRS) признают добровольную покупку электроэнергии из возобновляемых источников энергии (также называемую возобновляемой электроэнергией или зеленой электроэнергией) в качестве зеленой энергии.

Наиболее популярным способом приобретения возобновляемых источников энергии, как показали данные NREL, является покупка сертификатов на возобновляемые источники энергии (RECs). Согласно опросу Института естественного маркетинга (NMI) , 55 процентов американских потребителей хотят, чтобы компании увеличили использование возобновляемых источников энергии.

DOE выбрала 6 компаний для своих 2007 зеленых наград поставщика силы, включая Созвездие NewEnergy ; 3Degrees ; Стерлинг Планета ; SunEdison ; сила Тихого океана и сила скалистой горы; и сила Силиконовой долины . Совокупная "зеленая" мощность, обеспечиваемая этими шестью победителями, составляет более 5 миллиардов киловатт-часов в год, что достаточно для питания почти 465 000 средних домохозяйств США. В 2014 году Arcadia Power сделала RECS доступными для домов и предприятий во всех 50 штатах, позволяя потребителям использовать "100% зеленую энергию", как определено партнерством EPA по зеленой энергии.

Американское агентство по охране окружающей среды (USEPA) Green Power Partnership-это добровольная программа, которая поддерживает организационные закупки возобновляемой электроэнергии, предлагая экспертные консультации, техническую поддержку, инструменты и ресурсы. Это может помочь организациям снизить операционные затраты на покупку возобновляемых источников энергии , уменьшить углеродный след и донести свое лидерство до ключевых заинтересованных сторон.

По всей стране более половины всех потребителей электроэнергии в США теперь имеют возможность приобрести какой-либо тип экологически чистого энергоносителя у розничного поставщика электроэнергии . Примерно четверть коммунальных предприятий страны предлагает потребителям программы "зеленой" энергетики, а объем добровольных розничных продаж возобновляемых источников энергии в США в 2006 году составил более 12 миллиардов киловатт-часов, что на 40% больше, чем в предыдущем году.

В США одной из основных проблем с закупкой "зеленой" энергии через электрическую сеть является существующая централизованная инфраструктура, которая поставляет электроэнергию потребителю. Эта инфраструктура привела к все более частым коричневым и черным аутам, высоким выбросам CO², более высоким затратам на энергию и проблемам качества электроэнергии.Дополнительные 450 миллиардов долларов будут инвестированы для расширения этой молодой системы в течение следующих 20 лет, чтобы удовлетворить растущий спрос . Кроме того, эта централизованная система в настоящее время еще больше перегружается за счет использования возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, солнца и геотермальная энергия. Возобновляемые ресурсы, из-за количества пространства, которое они требуют, часто расположены в отдаленных районах, где спрос на энергию ниже. Существующая инфраструктура сделает транспортировку этой энергии в районы с высоким спросом, такие как городские центры, крайне неэффективной и в некоторых случаях невозможной. Кроме того, несмотря на количество произведенной возобновляемой энергии или экономическую жизнеспособность таких технологий, только около 20 процентов смогут быть включены в сеть. Чтобы иметь более устойчивый энергетический профиль, Соединенные Штаты должны перейти к осуществлению изменений в электрической сети, которые будут учитывать экономию смешанного топлива.

Предлагается ряд инициатив по смягчению проблем распределения. В первую очередь, наиболее эффективный способ сокращения CO2 США выбросы и медленное глобальное потепление происходят благодаря усилиям по сохранению. Противники нынешней американской электрической сети также выступали за децентрализацию сети. Эта система увеличила бы эффективность путем уменьшение количества энергии потерянной в передаче. Это также было бы экономически выгодно, поскольку это уменьшило бы количество линий электропередач, которые должны будут быть построены в будущем, чтобы не отставать от спроса. Слияние тепла и энергии в этой системе создаст дополнительные преимущества и поможет повысить ее эффективность до 80-90%. Это значительный рост по сравнению с нынешними заводами по производству ископаемого топлива, эффективность которых составляет всего 34%.

Мелкомасштабные зеленые энергетические системы

Главная статья: Микрогенерация

Небольшая ветротурбина с вертикальной осью Qr5 типа Горлова Quietrevolution в Бристоле, Англия. Измеряя диаметр 3 м и высоту 5 м, он имеет номинальную мощность 6,5 кВт для сетки.

Те, кто не удовлетворен сторонним сетевым подходом к зеленой энергетике через энергосистему, могут установить свою собственную локальную возобновляемую энергетическую систему. Электрические системы возобновляющей энергии от солнечного к ветру к даже местной гидроэнергии в некоторых случаях, некоторые из много типов систем возобновляющей энергии доступных по месту. Кроме того, для тех, кто заинтересован в отоплении и охлаждении своего жилья с помощью возобновляемых источников энергии, геотермальные тепловые насосные системы, которые используют постоянную температуру Земли, которая составляет от 7 до 15 градусов Цельсия несколько футов под землей и увеличивают драматически на больших глубинах, вариант над обычными подходами жары природного газа и Петролеум-топлива. Кроме того, в географических районах, где земная кора особенно тонкая, или вблизи вулканов (как это имеет место в Исландии ) существует потенциал для выработки еще большего количества электроэнергии, чем это было бы возможно на других участках, благодаря более значительному градиенту температуры в этих местах.

Преимущество такого подхода в Соединенных Штатах заключается в том, что многие государства предлагают стимулы для компенсации затрат на установку системы возобновляемых источников энергии. В Калифорнии, Массачусетсе и нескольких других штатах США новый подход к энергоснабжению сообщества называется агрегацией выбора сообщества предоставляет общинам средства для привлечения конкурентоспособного поставщика электроэнергии и использования муниципальных доходов для финансирования развития местных зеленых энергетических ресурсов. Люди обычно уверены, что электричество, которое они используют, фактически произведено из зеленого источника энергии, которым они управляют. Как только система будет оплачена, владелец возобновляемой энергетической системы будет производить свою собственную возобновляемую электроэнергию по существу бесплатно и может продать избыток местной коммунальной службе с прибылью.

В бытовых энергосистемах органические вещества, такие как коровий помет и порченные органические вещества, могут быть преобразованы в биочары . Для устранения выбросов используется улавливание и хранение углерода.

Исследования в области устойчивой энергетики

Главная статья: возобновляемая энергия

Существуют многочисленные организации в Академическом, федеральном и коммерческом секторах, проводящие крупномасштабные передовые исследования в области устойчивой энергетики. Научное производство в направлении устойчивых энергетических систем растет в геометрической прогрессии, увеличиваясь с примерно 500 английских журнальных статей только о возобновляемых источниках энергии в 1992 году до почти 9 000 статей в 2011 году. Биотопливо

Целлюлозный этанол имеет много преимуществ над традиционным основанным мозоль-этанолом. Он не отнимает или напрямую не конфликтует с пищей, потому что производится из дерева, травы или несъедобных частей растений.Кроме того, некоторые исследования показали, что целлюлозный этанол является потенциально более рентабельным и экономически устойчивым, чем этанол на основе кукурузы. по состоянию на 2018, усилия по коммерциализации производства целлюлозного этанола были в основном разочаровывающими, но новые коммерческие усилия продолжаются.

Водорослевое топливо является альтернативой жидкому ископаемому топливу, которое использует водоросли в качестве источника богатых энергией масел.[87] во время процесса производства биотоплива водоросли фактически потребляют углекислый газ в воздухе и превращает его в кислород посредством фотосинтеза.[88] В дополнение к прогнозируемому высокому урожаю, водоросли-в отличие от биотоплива на основе продовольственных культур-не влекут за собой снижения производства продуктов питания, поскольку не требуют ни сельскохозяйственных угодий, ни пресной воды. В период с 2005 по 2012 год десятки компаний пытались коммерциализировать производство водорослевого топлива. К 2017 году, однако, большинство усилий было оставлено или изменено на другие приложения, и осталось лишь несколько.

Торий

Главная статья: топливный цикл тория

Потенциально существует два источника ядерной энергии. Деление используется на всех действующих атомных станциях. Термоядерный синтез-это реакция, которая существует в звездах, включая Солнце, и остается непрактичной для использования на Земле, поскольку термоядерные реакторы еще недоступны. Однако ядерная энергетика является спорной политически и научно из-за опасений по поводу захоронения радиоактивных отходов , безопасности, рисков тяжелой аварии, а также технических и экономических проблем при демонтаже старых электростанций.[90]

Торий является делящимся материалом, используемым в ядерной энергетике на основе тория . Ториевый топливный цикл имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с урановым топливным циклом , включая большее изобилие , превосходные физические и ядерные свойства, лучшую устойчивость к распространению ядерного оружия и снижение производства плутония и актинида.Поэтому его иногда называют устойчивым.

Солнечный

Главные статьи: солнечная энергия и искусственный фотосинтез

В настоящее время, фотовольтайческие панели (PV) только имеют способность преобразовать вокруг 24% из солнечного света который ударяет их в электричество.[95] при таких темпах солнечная энергия все еще имеет много проблем для широкого внедрения, но устойчивый прогресс был достигнут в снижении производственных затрат и повышении фотоэлектрической эффективности. В 2008 году исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод хранения солнечной энергии, используя его для производства водородного топлива из воды. Такие исследования направлены на устранение препятствий, с которыми сталкивается солнечное развитие при хранении энергии для использования в ночное время, когда солнце не светит. В феврале 2012 года, Северная Каролина Semprius Inc., объявили, что они разработали самую эффективную в мире солнечную панель. Компания утверждает, что прототип преобразует 33,9% солнечного света, попадающего на него, в электричество, что более чем в два раза превышает предыдущий уровень конверсии высокого класса.Во многих развитых странах также осуществляются крупные проекты по искусственному фотосинтезу или солнечному топливу .

Ветер

Основные статьи: ветроэнергетика и ветроэнергетика

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии прогнозирует, что выровненная стоимость энергии ветра в США снизится примерно на 25% с 2012 по 2030 год

Исследование энергии ветра датируется несколькими десятилетиями до 1970-х годов, когда НАСА разработало аналитическую модель для прогнозирования выработки энергии ветряными турбинами во время сильных ветров. Полевая лаборатория оптимизированной энергии ветра (FLOWE) в Caltech была создана для исследования возобновляемых подходов к технологиям ветроэнергетики, которые могут снизить стоимость, размер и воздействие на окружающую среду производства энергии ветра. Президент Sky WindPower Corporation считает, что ветровые турбины смогут производить электроэнергию в центах / кВтч в среднем, что по сравнению с угольной электроэнергией является частью стоимости.

Ветровая электростанция представляет собой группу ветряных турбин в том же месте, используемых для производства электроэнергии. Большая ветряная электростанция может состоять из нескольких сотен отдельных ветряных турбин и покрывать расширенную область сотен квадратных миль, но земля между турбинами может использоваться для сельскохозяйственных или других целей. Ветряная электростанция также может быть расположена на берегу моря.

Многие из крупнейших действующих наземных ветровых электростанций расположены в США и Китае. [103] Европа лидирует в использовании энергии ветра с почти 66 ГВт, что составляет около 66 процентов от общего объема во всем мире, а Дания лидирует в соответствии со странами, установленными на душу населения.

Ветроэнергетика быстро расширяется, ее доля в мировом потреблении электроэнергии по итогам 2014 года составила 3,1%.[105]

Геотермальный

Главная статья: геотермальная электроэнергия

Геотермальная энергия производится путем использования тепловой энергии, создаваемой и хранящейся в земле. Она возникает в результате радиоактивного распада изотопа калия и других элементов, обнаруженных в земной коре. геотермальная энергия может быть получена бурением грунта, очень похожим на разведку нефти, а затем она переносится теплоносителем (например, водой, рассолом или паром).[106] геотермальные системы, в которых в основном преобладает вода, имеют потенциал для обеспечения большей выгоды для системы и будут генерировать больше энергии. В рамках этих систем с преобладанием жидкости возможны проблемы оседания и загрязнения подземных водных ресурсов. Поэтому в этих системах необходима охрана подземных водных ресурсов. Это означает, что в системах геотермальных коллекторов с преобладанием жидкости необходима тщательная добыча и разработка коллекторов. геотермальная энергия считается устойчивой, потому что тепловая энергия постоянно пополняется.

Водород

Главная статья: водородное топливо

Более 1 миллиарда долларов федеральных средств было потрачено на исследования и разработки водорода и среды для хранения энергии в Соединенных Штатах. Водород полезен для хранения энергии и для использования в самолетах и судах, но не практичен для автомобильного использования, поскольку это не очень эффективно, по сравнению с использованием батареи — для той же самой стоимости человек может поехать в три раза далеко, используя электромобиль батареи . Независимо от этого мнения, японские производители автомобилей Toyota и Honda в настоящее время предлагают пассажирские автомобили на водородных топливных элементах для продажи в Японии и американских экспериментальных городских автобусах на водородных топливных элементах в настоящее время действуют в двух транзитных районах США, Аламеда/Контра Коста Каунти, Калифорния, и в Коннектикуте.. См. список автомобилей на топливных элементах .

Государственное поощрение устойчивой энергетики

Главная статья: коммерциализация возобновляемой энергии

Сравнивая тенденции мирового энергопотребления, рост чистой энергии к 2015 году показывает зеленая линия

Во всем мире многие субнациональные правительства-регионов, штатов и провинций - активно осуществляют устойчивые инвестиции в энергетику. В Соединенных Штатах лидерство Калифорнии в области возобновляемых источников энергии было признано климатической группой, когда она наградила бывшего губернатора Арнольда Шварценеггера своей инаугурационной наградой за международное лидерство в области климата в Копенгагене в 2009 году.[113]] В Австралии штат Южная Австралия-под руководством бывшего премьер-министра Майка Ранна - возглавил ветроэнергетику, составляющую 26% от выработки электроэнергии к концу 2011 года, впервые вытеснив угольную генерацию.[113] Южная Австралия также имела самый высокий уровень потребления на душу населения бытовых солнечных панелей в Австралии после введения правительством Ранна законов о Солнечной подаче и просветительской кампании, включающей установку солнечных фотоэлектрических установок на крышах видных общественных зданий, включая парламент, музей, аэропорт и павильон и школы Adelaide Showgrounds.[114] Ранн, первый министр по вопросам изменения климата Австралии, принял в 2006 году законодательство, устанавливающее целевые показатели сокращения возобновляемых источников энергии и выбросов, первое законодательство в Австралии.

Кроме того, в Европейском Союзе прослеживается четкая тенденция поощрения политики поощрения инвестиций и финансирования устойчивой энергетики с точки зрения энергоэффективности, инноваций в области использования энергии и освоения возобновляемых ресурсов при уделении повышенного внимания экологическим аспектам и устойчивости.

В октябре 2018 года американский Совет по энергоэффективной экономике (ACEEE) опубликовал ежегодную "государственную систему показателей энергоэффективности"."Система показателей пришла к выводу, что государства и электроэнергетические компании продолжают расширять меры по энергоэффективности для достижения целей чистой энергии. В 2017 году США потратили $ 6,6 млрд на программы энергоэффективности. На повышение эффективности использования природного газа было потрачено 1,3 миллиарда долларов. Эти программы позволили сэкономить 27,3 миллиона мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии.

Связанные журналы

Среди научных журналов, связанных с междисциплинарным изучением устойчивой энергетики:

• Энергетика и экология
• Энергетика в интересах устойчивого развития
• энергетическая политика
• Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики
• Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии

См. также

• Ashden Awards for sustainable energy
• Электромобиль
• Воздействие энергетики на окружающую среду
• Энергетическая Премия Глобус
• Энергетическая иерархия
• Энергетический парк
• Водородная экономика
• Международная сеть по устойчивой энергетике-INFORSE
• Международное Агентство По Возобновляемым Источникам Энергии
• Лидерство в энергетическом и экологическом дизайне (LEED)
• Микрогрида
• Партнерство по возобновляемым источникам энергии и энергоэффективности-REEEP
• RESCO
• Инициатива "устойчивая энергетика для всех"

Библиография

• Edenhofer, Ottmar (2014). Изменение климата 2014 год : смягчение последствий изменения климата: вклад рабочей группы III в пятый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Нью-Йорк, Нью-Йорк: издательство Кембриджского университета.

• Kutscher, C. F.; Milford, J. B.; Kreith, F. (2018). Принципы устойчивых энергетических систем, третье издание . Серия машиностроения и аэрокосмической техники. Пресса CRC. ISBN 978-0-429-93916-7. Проверено 10 Февраля 2019 Года .

• Смил, Вацлав (2017). Энергетические переходы: глобальные и национальные перспективы . Санта-Барбара, Калифорния: Praeger, отпечаток ABC-CLIO, LLC. ISBN 978-1-4408-5324-1. OCLC 955778608.

• Тестер, Джефферсон (2012). Устойчивая Энергетика: Выбор Среди Вариантов . Cambridge, MA: MIT Press.