Uusiutuva eli uusiutuva " vihreä" energia on energiaa energialähteistä , jotka ovat uusiutuvia tai ehtymättömiä ihmisen mittakaavassa. Uusiutuvan energian käytön perusperiaate on ottaa se talteen ympäristössä käynnissä olevista prosesseista tai uusiutuvista orgaanisista luonnonvaroista ja toimittaa se tekniseen käyttöön. Uusiutuvaa energiaa saadaan luonnonvaroista , kuten auringonvalosta , vesivirroista, tuulesta , vuorovedestä ja maalämpöstä , jotka ovat uusiutuvia (täydennetään luonnollisesti), sekä biopolttoaineista : puusta , kasviöljystä , etanolista .
Vuonna 2019 26,8 % maailman energiankulutuksesta katettiin uusiutuvilla energialähteillä (joista suurin osa (16 %) on vesivoimaa ) [1] .
Vuonna 2006 noin 18 % maailman sähkönkulutuksesta katettiin uusiutuvilla energialähteillä ja 13 % perinteisellä biomassalla , kuten puunpoltolla [2] . Vuonna 2010 16,7 % maailman energiankulutuksesta tuli uusiutuvista lähteistä; vuonna 2015 tämä luku oli 19,3 % [3] . Perinteisen biomassan osuus on vähitellen laskussa, kun taas uusiutuvan energian osuus kasvaa. IEI RAS :n ja Moskovan School of Management "Skolkovon" energiakeskuksen ennusteen mukaan vuoteen 2040 mennessä uusiutuvat energialähteet tuottavat 35-50% maailman sähköntuotannosta ja 19-25% kaikesta energiankulutuksesta [4] .
Vuodesta 2004 vuoteen 2013 Euroopan unionissa uusiutuvista lähteistä tuotetun sähkön osuus kasvoi 14 prosentista 25 prosenttiin [5] . Saksassa 38 prosenttia sähköstä tuotettiin uusiutuvista lähteistä vuonna 2018 [6] .
Brasilialla on yksi maailman suurimmista uusiutuvan energian ohjelmista, joka liittyy polttoaineen etanolin tuotantoon sokeriruo'osta; etyylialkoholi kattaa tällä hetkellä 18 prosenttia maan autojen polttoaineen tarpeesta [7] . Polttoaineetanolia on myös laajalti saatavilla Yhdysvalloissa .
Vesivoima on suurin uusiutuvan energian lähde, joka tuottaa 15,3 % maailman sähköntuotannosta ja 3,3 % maailman energiankulutuksesta (vuonna 2010).
Tuulienergian käyttö kasvaa noin 30 prosenttia vuodessa maailmanlaajuisesti, ja sen asennettu kapasiteetti oli 318 gigawattia (GW) vuonna 2013 [8] , ja sitä käytetään laajalti Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Kiinassa [9] .
Aurinkovoimalat ovat suosittuja Saksassa ja Espanjassa [10] . Aurinkolämpöasemat toimivat Yhdysvalloissa ja Espanjassa, ja suurin niistä on Mojaven autiomaassa sijaitseva asema, jonka teho on 354 MW [11] . Aurinkosähköpaneelien tuotanto kasvaa nopeasti, vuonna 2008 valmistettiin paneeleja kokonaisteholtaan 6,9 GW (6900 MW), mikä on lähes kuusi kertaa enemmän kuin vuonna 2004 [12] .
Geotermiset laitokset : Maailman suurin on Kalifornian geysireiden asennus, jonka nimelliskapasiteetti on 750 MW.
Suuret ei-hyödykeyritykset tukevat uusiutuvan energian käyttöä. Joten IKEA tulee olemaan täysin omavarainen vuoteen 2020 mennessä uusiutuvan energian avulla.
Apple on aurinkovoimaloiden suurin omistaja, ja kaikki yhtiön datakeskukset käyttävät uusiutuvia energialähteitä. Uusiutuvien lähteiden osuus Googlen kuluttamasta energiasta on 35 %, yhtiön investoinnit uusiutuvaan energiaan ylittivät 2 miljardia dollaria. [13]
Globaalit uusiutuvan energian indikaattorit [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 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vuotuiset investoinnit uusiutuvaan energiaan (miljardia Yhdysvaltain dollaria) | 130 | 160 | 211 | 257 | 244 | 232 | 270 | 286 | 241 | 326 | 296 | 298,4 | 303,5 | 366 |
Uusiutuvan energian kokonaiskapasiteetti (mukaan lukien vesivoima, GW) | 1140 | 1230 | 1320 | 1360 | 1470 | 1578 | 1712 | 1849 | 2017 | 2197 | 2387 | 2581 | 2838 | 3146 |
Vesivoima (GW) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1018 | 1055 | 1064 | 1096 | 1112 | 1135 | 1150 | 1170 | 1195 |
Aurinkovoima (GW) | 16 | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 | 405 | 512 | 621 | 760 | 942 |
Tuulivoima (GW) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 | 540 | 591 | 650 | 743 | 845 |
Bioenergia (GW) | 121 | 131 | 137 | 133 | 143 | |||||||||
Geoterminen (GW) | 12.8 | 13.2 | neljätoista | 14.1 | 14.5 | |||||||||
Biodieselin tuotanto (miljardia litraa) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29.7 | 30.3 | 30.8 | 33 | 41 | 41 | 39 | |
Etanolin tuotanto (miljardia litraa) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 99 | 104 | 111 | 115 | 105 | |
Niiden maiden lukumäärä, joilla on uusiutuvan energian kehittämistavoitteet |
79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 | 179 | 169 | 172 | 165 |
Auringon fuusio on useimpien uusiutuvien energiamuotojen lähde geotermistä ja vuorovesienergiaa lukuun ottamatta . Tähtitieteilijät arvioivat, että Auringon jäljellä oleva elinikä on noin viisi miljardia vuotta, joten ihmisen mittakaavassa Auringosta tuleva uusiutuva energia ei ole vaarassa ehtyä.
Tarkkaan fyysisessä mielessä energia ei uusiudu , vaan sitä vedetään jatkuvasti yllä mainituista lähteistä. Maahan saapuvasta aurinkoenergiasta vain hyvin pieni osa muuntuu muiksi energiamuodoiksi, ja suurin osa siitä leviää avaruudessa .
Pysyvien prosessien käyttöä vastustetaan fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen , öljyn , maakaasun tai turpeen , louhinnalle . Laajassa mielessä ne ovat myös uusiutuvia, mutta eivät inhimillisesti mitattuna, koska niiden muodostuminen kestää satoja miljoonia vuosia ja niiden käyttö on paljon nopeampaa.
Tämä on energia-ala, joka on erikoistunut muuttamaan ilmamassan kineettistä energiaa sähkö- , lämpö- ja muuksi energiaksi kansantaloudessa käytettäväksi. Muunnos tapahtuu tuuligeneraattorin (sähkön tuottamiseksi), tuulimyllyjen ( mekaanisen energian saamiseksi ) ja monien muiden tyyppisten yksiköiden avulla. Tuulienergia on seurausta auringon toiminnasta, joten se kuuluu uusiutuviin energiamuotoihin.
Tuuligeneraattorin teho riippuu generaattorin siipien pyyhkäisemästä alueesta. Esimerkiksi tanskalaisen Vestasin valmistamien 3 MW ( V90 ) turbiinien kokonaiskorkeus on 115 metriä, tornin korkeus 70 metriä ja siipien halkaisija 90 metriä.
Lupaavimpia paikkoja tuulienergian tuotantoon ovat rannikkoalueet. Merellä 10-12 kilometrin etäisyydelle rannikosta (ja joskus kauempanakin) rakennetaan merituulipuistoja . Tuulivoimalatornit asennetaan jopa 30 metrin syvyyteen poratuista paaluista tehdyille perustuksille .
Tuulivoimalat eivät käytännössä kuluta fossiilisia polttoaineita. Teholtaan 1 MW:n tuuliturbiinin käyttö 20 käyttövuoden aikana säästää noin 29 000 tonnia hiiltä tai 92 000 tynnyriä öljyä .
Tulevaisuudessa tuulienergiaa suunnitellaan hyödyntävän ei tuuliturbiinien kautta , vaan epätavallisemmalla tavalla. Masdarin kaupunkiin ( Yhdistyneet arabiemiirikunnat ) suunnitellaan rakentavan pietsosähköisellä teholla toimiva voimalaitos . Se on pietsosähköisillä levyillä peitetty polymeerirunkojen metsä . Nämä 55 metrin rungot taipuvat tuulen vaikutuksesta ja synnyttävät virtaa .
Näissä voimalaitoksissa vesivirran potentiaalista energiaa käytetään energialähteenä , jonka ensisijainen lähde on aurinko haihduttamalla vettä, joka sitten putoaa kukkuloille sateen muodossa ja virtaa alas muodostaen jokia. Vesivoimalaitokset rakennetaan yleensä jokien päälle patoja ja altaita rakentamalla . Vesivirran kineettistä energiaa voidaan käyttää myös ns. vapaan virtauksen (padottomissa) HEPP:issä.
Ominaisuudet:
HPP-tyypit:
Vuonna 2010 vesivoimalla tuotetaan jopa 76 % uusiutuvasta energiasta ja jopa 16 % kaikesta maailman sähköstä, asennettu vesivoimakapasiteetti on 1015 GW. Johtavat vesivoiman tuotannossa asukasta kohti ovat Norja , Islanti ja Kanada . 2000-luvun alun aktiivisimman vesirakentamisen teki Kiina , jolle vesivoima on tärkein potentiaalinen energialähde, jopa puolet maailman pienistä vesivoimalaitoksista sijaitsee samassa maassa.
Tämän tyyppiset voimalaitokset ovat erikoistyyppisiä vesivoimaloita, jotka käyttävät vuorovesienergiaa, mutta itse asiassa Maan pyörimisen liike-energiaa. Merien rannoille rakennetaan vuorovesivoimalaitoksia, joissa Kuun ja Auringon painovoimat muuttavat veden korkeutta kahdesti päivässä.
Energian saamiseksi lahden tai joen suu tukkii padolla, johon on asennettu vesivoimayksiköitä, jotka voivat toimia sekä generaattoritilassa että pumpputilassa (veden pumppaamiseksi säiliöön myöhempää käyttöä varten vuoroveden puuttuessa ). Jälkimmäisessä tapauksessa niitä kutsutaan pumppuvoimalaitoksiksi .
PES:n etuja ovat ympäristöystävällisyys ja alhaiset energiantuotantokustannukset. Haittapuolena ovat korkeat rakennuskustannukset ja päivän aikana muuttuva teho, minkä vuoksi PES voi toimia vain yhdessä voimajärjestelmässä muuntyyppisten voimalaitosten kanssa.
Aaltovoimalaitokset käyttävät valtameren pinnalla kulkevien aaltojen potentiaalienergiaa . Aaltoteho on arvioitu kW/m. Tuuli- ja aurinkoenergiaan verrattuna aaltoenergialla on suurempi tehotiheys. Vaikka aaltoenergia on luonteeltaan samanlainen kuin vuorovesienergia ja merivirrat, se on erilainen uusiutuvan energian lähde .
Yksi uusiutuvan energian tyypeistä, jonka avulla voit tuottaa sähköä käyttämällä lämpötilaeroa maailman valtamerten pinnalla ja syvyydessä.
Tämäntyyppinen energia perustuu sähkömagneettisen auringonsäteilyn muuntamiseen sähkö- tai lämpöenergiaksi.
Aurinkovoimalaitokset käyttävät Auringon energiaa sekä suoraan ( sisäisen valosähköilmiön varassa toimivat aurinkosähkövoimalat ) että epäsuorasti - höyryn liike-energiaa käyttäen .
Suurimman aurinkosähkövoimalan Topaz Solar Farmin kapasiteetti on 550 MW. Sijaitsee Kaliforniassa , Yhdysvalloissa.
Epäsuoran toiminnan SES sisältää:
Tämän tyyppiset voimalaitokset ovat lämpövoimalaitoksia, jotka käyttävät lämmönsiirtoaineena kuumasta geotermisistä lähteistä saatavaa vettä . Koska vettä ei tarvitse lämmittää, GeoTPP:t ovat paljon ympäristöystävällisempiä kuin TPP:t. Geotermisiä voimalaitoksia rakennetaan vulkaanisille alueille, joissa vesi ylikuumenee suhteellisen matalissa syvyyksissä kiehumispisteen yläpuolella ja tihkuu pintaan, toisinaan geysirien muodossa . Pääsy maanalaisiin lähteisiin tapahtuu poraamalla kaivoja.
Tämä energia-ala on erikoistunut energian tuotantoon biopolttoaineista . Sitä käytetään sekä sähkön että lämmön tuotannossa .
Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineetBiopolttoaine - polttoaine biologisista raaka-aineista, joka saadaan pääsääntöisesti biologisen jätteen käsittelyn tuloksena . On myös eriasteisia hankkeita, joiden tavoitteena on saada biopolttoaineita selluloosasta ja erilaisista orgaanisista jätteistä, mutta nämä teknologiat ovat kehitys- tai kaupallistamisvaiheessa. Erottaa:
Toisen sukupolven biopolttoaineet - erityyppiset polttoaineet, jotka on saatu erilaisilla biomassan pyrolyysimenetelmillä tai muun tyyppisillä polttoaineilla, metanolin, etanolin ja biodieselin lisäksi, jotka saadaan "toisen sukupolven" raaka-aineen lähteistä. Nopea pyrolyysi mahdollistaa biomassan muuttamisen nesteeksi, joka on helpompi ja halvempi kuljettaa, varastoida ja käyttää. Nesteestä voidaan valmistaa autopolttoainetta tai polttoainetta voimalaitoksille.
Toisen sukupolven biopolttoaineiden raaka-ainelähteet ovat lignoselluloosayhdisteitä , jotka jäävät jäljelle biologisen raaka-aineen elintarvikelaatuisten osien poistamisen jälkeen. Biomassan käytöllä toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotantoon pyritään vähentämään maataloudessa käytettävän maan määrää [28] . Kasvit - toisen sukupolven raaka-aineiden lähteitä ovat [29] :
Markkinoilla myytävistä toisen sukupolven biopolttoaineista tunnetuimmat ovat kanadalaisen Dynamotiven valmistama BioOil ja saksalaisen Choren Industries GmbH :n SunDiesel [30] .
Saksan energiaviraston ( Deutsche Energie-Agentur GmbH) arvioiden (nykyisillä tekniikoilla) mukaan polttoaineen tuotanto biomassan pyrolyysillä voi kattaa 20 % Saksan autopolttoaineen tarpeesta . Vuoteen 2030 mennessä teknologian kehityksen myötä biomassapyrolyysi voisi tuottaa 35 % Saksan autojen polttoaineen kulutuksesta. Tuotantokustannukset jäävät alle 0,80 € polttoainelitralta.
Pyrolysis Network ( PyNe ) on tutkimusorganisaatio , joka kokoaa yhteen tutkijoita 15 maasta Euroopasta , Yhdysvalloista ja Kanadasta .
Myös havupuun nestemäisten pyrolyysituotteiden käyttö on erittäin lupaavaa. Esimerkiksi seosta, jossa on 70 % tärpättiä , 25 % metanolia ja 5 % asetonia , eli hartsimaisen mäntypuun kuivatislausfraktioita , voidaan käyttää menestyksekkäästi A-80- bensiinin korvikkeena . Lisäksi tislaukseen käytetään puujätettä: oksia , kantoja , kuorta . Polttoainejakeiden tuotanto on 100 kiloa jätetonnia kohden.
Kolmannen sukupolven biopolttoaineetKolmannen sukupolven biopolttoaineet ovat levistä johdettuja polttoaineita .
Vuodesta 1978 vuoteen 1996 Yhdysvaltain energiaministeriö tutki korkean öljyn leviämistä Aquatic Species Program -ohjelman puitteissa. Tutkijat päättelivät, että Kalifornia , Havaiji ja New Mexico sopivat teolliseen levien tuotantoon avolammikoissa. Kuuden vuoden ajan leviä kasvatettiin 1000 m²:n lammikoissa. Lampi New Mexicossa on osoittanut korkean tehokkuuden CO₂:n talteenotossa. Sato oli yli 50 grammaa levää per 1 m² päivässä. 200 000 hehtaaria lampia voi tuottaa tarpeeksi polttoainetta 5 %:n yhdysvaltalaisten autojen vuosikulutukseen (200 000 hehtaaria on alle 0,1 % Yhdysvaltojen levien viljelyyn sopivasta maasta).
Tekniikassa on edelleen monia ongelmia. Esimerkiksi levät rakastavat korkeita lämpötiloja ( aavikon ilmasto soveltuu hyvin niiden tuotantoon ), mutta lisälämpötilan säätöä tarvitaan suojaamaan kasvanutta satoa yön lämpötilan laskuilta ("kylmiltä"). 1990-luvun lopulla tekniikkaa ei otettu teolliseen tuotantoon markkinoiden suhteellisen alhaisten öljykustannusten vuoksi .
Avolammikoiden levienviljelyn lisäksi on olemassa teknologioita levien kasvattamiseen voimalaitosten lähellä sijaitsevissa pienissä bioreaktoreissa . CHP-laitoksen hukkalämmöllä voidaan kattaa jopa 77 % levien viljelyn lämmöntarpeesta. Tämä leväviljelyn teknologia on suojattu päivittäisiltä lämpötilanvaihteluilta, ei vaadi kuumaa aavikkoilmastoa - eli sitä voidaan soveltaa melkein missä tahansa toimivassa lämpövoimalaitoksessa.
KritiikkiBiopolttoaineteollisuuden kehityksen kriitikot väittävät, että biopolttoaineiden kasvava kysyntä pakottaa maataloustuottajat vähentämään elintarvikeviljelyalaa ja jakamaan ne uudelleen polttoainekasvien hyväksi [31] . Esimerkiksi rehumaissista valmistettaessa etanolia jätteestä valmistetaan rehua karjalle ja siipikarjalle . Biodieseliä valmistettaessa soijapavuista tai rapsista kakkua käytetään karjan rehun valmistukseen . Toisin sanoen biopolttoaineiden tuotanto luo uuden vaiheen maatalouden raaka-aineiden jalostukseen.
Tällä hetkellä uusiutuvien energialähteiden tukemiseksi on olemassa melko paljon toimenpiteitä. Jotkut niistä ovat jo osoittautuneet tehokkaiksi ja markkinatoimijoiden ymmärrettäviksi. Näistä toimenpiteistä kannattaa harkita tarkemmin:
Vihreät sertifikaatit ovat sertifikaatteja , jotka vahvistavat tietyn määrän sähkön tuotannon uusiutuviin energialähteisiin perustuen. Nämä todistukset voivat saada vain asianomaisen viranomaisen pätemät valmistajat. Vihreä sertifikaatti vahvistaa pääsääntöisesti 1 MWh tuotannon, vaikka tämä arvo voi olla erilainen. Vihreä sertifikaatti voidaan myydä joko yhdessä tuotetun sähkön kanssa tai erikseen, mikä antaa lisätukea sähköntuottajalle. Erityisiä ohjelmisto- ja laitteistotyökaluja (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS) käytetään "vihreiden sertifikaattien" myöntämisen ja omistajuuden seuraamiseen. Joissakin ohjelmissa varmenteita voidaan kerätä (myöhempää käyttöä varten) tai lainata (kuluvan vuoden velvoitteiden täyttämiseksi). Vihreiden sertifikaattien leviämismekanismin liikkeellepaneva voima on yritysten tarve täyttää itselleen tai valtion asettamat velvoitteet. Ulkomaisessa kirjallisuudessa "vihreät sertifikaatit" tunnetaan myös nimellä: Renewable Energy Certificates (REC), Green tags, Renewable Energy Credits.
Uusiutuviin energialähteisiin perustuvien hankkeiden investointien houkuttelevuuden lisäämiseksi valtion elimet voivat säätää mekanismista, jolla korvataan osittain tai kokonaan uusiutuviin energialähteisiin perustuvien tuottajien verkkoon liittämisen kustannukset. Toistaiseksi vain Kiinassa verkko-organisaatiot vastaavat täysin kaikista teknologisen yhteyden kustannuksista.
Maailmassa kertynyt kokemus antaa meille mahdollisuuden puhua kiinteistä tariffeista menestyksekkäimpinä toimenpiteinä uusiutuvien energialähteiden kehittämisen edistämiseksi. Nämä uusiutuvien energialähteiden tukitoimenpiteet perustuvat kolmeen päätekijään:
Uusiutuvan energian kiinteät tariffit voivat vaihdella paitsi eri uusiutuvien energialähteiden osalta myös asennetun RES-kapasiteetin mukaan. Yksi vaihtoehto kiinteään tariffiin perustuvalle tukijärjestelmälle on uusiutuvan energian markkinahintaan kiinteän preemion käyttö. Pääsääntöisesti tuotetun sähkön hinnan lisä tai kiinteä tariffi maksetaan riittävän pitkällä aikavälillä (10-20 vuotta), mikä takaa hankkeeseen sijoitettujen investointien tuoton ja voiton.
Tämä tukitoimenpide tarjoaa mahdollisuuden verkkoon toimitetun sähkön mittaamiseen ja tämän arvon edelleen hyödyntämiseen keskinäisissä selvityksissä sähkönjakeluorganisaation kanssa. Nettomittausjärjestelmän mukaisesti RES-omistaja saa vähittäislainaa, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin tuotettu sähkö. Monissa maissa sähköyhtiöiden on lain mukaan tarjottava kuluttajille nettomittausvaihtoehto.
Vuonna 2008 he investoivat maailmanlaajuisesti 51,8 miljardia dollaria tuulienergiaan, 33,5 miljardia dollaria aurinkoenergiaan ja 16,9 miljardia dollaria biopolttoaineisiin. Euroopan maat investoivat vaihtoehtoiseen energiaan 50 miljardia dollaria vuonna 2008, Yhdysvallat 30 miljardia dollaria, Kiina 15,6 miljardia dollaria, Intia 4,1 miljardia dollaria [32] .
Vuonna 2009 investoinnit uusiutuvaan energiaan maailmanlaajuisesti olivat 160 miljardia dollaria ja vuonna 2010 - 211 miljardia dollaria. Vuonna 2010 tuulienergiaan investoitiin 94,7 miljardia dollaria, aurinkoenergiaan 26,1 miljardia dollaria ja 11 miljardia dollaria biomassasta ja jätteestä valmistettuun energiantuotantoon [33] .
Kapasiteetin rakentamisen suorat kustannukset maksavat 2,1-2,3 tuhatta dollaria / kW tuulivoiman tuotannossa ja 2,3-2,7 tuhatta dollaria / kW aurinkoenergian tuotannossa (vuodesta 2021). Vertailun vuoksi: kaasuntuotantolaitokset maksavat keskimäärin 1-1,1 tuhatta dollaria/kW maailmassa korkeammalla kapasiteetin käyttöasteella [34] .
Vuonna 2021 Egypti on onnistunut hyväksymään merkittäviä rahoitusuudistuksia, houkuttelemaan pysyviä yksityisiä investointeja (jopa 3,1 miljardia dollaria) elpyneen liiketoimintaympäristön ansiosta ja tullut kansainväliseksi alueelliseksi energiakeskukseksi isännöimällä tulevaa COP27- konferenssia . Uusiutuvan energian politiikan merkittävän uudelleenjärjestelyn lisäksi Egyptistä odotetaan tulevan merkittäväksi uusiutuvan energian toimittajaksi vuoteen 2030 mennessä. [35] [36]
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|