Уже более 20 лет идет активное финансирование альтернативной энергетики, в разработки новых технологий и методов их применения вкладываются огромные деньги, которым бы позавидовали любая другая отрасль.
График 1. Данные Международного энергетического агентства (МЭА)
Как видно, инвестиции в возобновляемые источники энергии почти в 3 раза превышают инвестиции в углеводородные электростанции. И занимают 20% от всего энергетического рынка.
График 2. Данные British Petroleum.
Здесь мы видим противоречивую картину. При огромных инвестициях, возобновляемая энергетика заменила нефть, меньше чем на 5%!
Да как так-то??? Что с ней не так? В чем её проблема?
Разберемся.
График 3. Данные British Petroleum.
Здесь более подробно изображено потребление возобновляемой энергии. Огромную роль в потребление возобновляемой энергии играет Китай. А в генерации возобновляемой энергии больше всех приходится на ветер.
В возобновляемой энергии есть определенные физические критерии.
1. Плотность энергии на 1 м2 Ватт
2. КПД генерируемой энергии.
3. Коэффициент установочных мощностей.
4. Запас мощности (резерв).
Так вот, если для традиционной энергетики эти пункты не создают проблем, то в альтернативной просто беда.
Ветер и солнце как показано на графике выше, вместе вырабатывают 75% от всей возобновляемой энергии. Так что рассмотрим в первую очередь эти источники.
1. Ветер.
Предельный физический КПД ветротурбины – 59,3% (Смотри закон Беца). На практике КПД ветрогенерации разнятся от 25 до 45%.
45% вырабатывают только новое поколение ветрогенераторов.
Средняя скорость ветра на Земле – 8 м/с., энергия воздушных масс при этом будет равна 314 Ватт/м2. 45% от 314 = 141 Ватт/м2. Важно понимать, что ветер дует не всегда, это порождает прерывистую генерацию энергии. Её коэффициент можно соотнести с коэффициентом установочной мощности. Сам же коэффициент установочной мощности показывает, на какой % от расчетной энергии работает ветрогенератор. Для современной ветроэнергетики – это 41%.
При таком раскладе, запаса мощности у ветроэнергетики и вовсе нет. Она вынуждена сама компенсировать прерывистую генерации за счет других энергетических ресурсов.
Пропорционально росту установочных мощностей ветроэнергетики растет и количество генерируемой мощности на углеводородах, чтобы компенсировать эпизодическое использование энергии воздушных масс.
Для промышленной генерации энергии требуется большие площади для развертывания ветропарка. Сегодня наметилась тенденция размещения ветрогенераторов в прибрежной зоне.
По моему мнению – это компромиссное решение, позволяющее нивелировать недостаток большой площади размещения.
Кажется, что у ветроэнергетики слишком много недостатков для энергоэкономического использования. Но как я писал выше, ветроэнергетика лидер с большим отрывом в освоении альтернативной возобновляемой энергии. Что-же тогда происходит в других отраслях альтернативной энергетики? А вот сейчас и узнаем.
2. Солнце.
Вторым по мощности использования идет солнечная энергетика. Она сводится к тому, чтобы как можно эффективнее преобразовать солнечный свет в полезную мощность.
Физический предел для солнечных элементов – 33%. КПД можно повысить, если использовать многослойные фотоэлементы с линзами для наилучшей фокусировки солнечного излучения. Таким образом, можно получить КПД, сравнимый с КПД ветротурбин. Однако подобные разработки не покидают стен лаборатории, так как экономически не выгодны. А наиболее эффективные промышленные образцы солнечных панелей имею КПД 26%., а самые распространённые – 16-20%.
Солнечное излучение в отличии от ветра, всегда циклично. И в течении суток варьируется от максимума в полдень, до минимума ночью, и это при чистом небе.
На Экваторе мощность солнечного излучения = 1020 Вт/м2. Это довольно приличная величина, но она не постоянна. Среднесуточная мощность, из-за суточного ритма Земли, равна уже 324 Вт/м2. Что уже сравнимо с ветроэнергетикой.
Но это Экватор, там максимальная мощность излучения, и, удаляясь от него, мощность падает. Не забываем о годовом цикле, который вносит существенные изменения мощности излучения в течении года.
В купе с малым КПД и установочными мощностям, равным всего 29% - солнечная энергетика по эффективности больше чем в 2 раза уступает ветроэнергетики.
А если применить к этому различные погодные явления, так вообще всё печально. Солнечная энергетика еще более требовательна к компенсационным мощностям для выравнивания прерывистой генерации, чем ветроэнергетика. Следовательно, резерва мощности быть не может.
График 4.
Проанализировав мировой рост возобновляемой энергетики за прошлый год, видно, что прирост составил почти 15%, очень хороший показатель. Лидером роста стала Солнечная энергетика.
К солнечной энергии сейчас прикован наибольший интерес, и с каждым годом она будет наращивать долю в общей генерации энергии.
График 5.
Рост альтернативной возобновляемой энергии за 10 лет превысил 452%, в скором времени она сравняется с атомной, и превзойдёт её. Жаль, что по эффективности она будет проигрывать всегда традиционным энергоносителем. И тут нужно понимать, что альтернативная энергетика, та, которую мы имеет сегодня, является паразитирующей отраслью в энергетике.
Она требует огромных инвестиций, дополнительных генерационных мощностей на традиционные энергетики, и специального зеленого тарифа, датируемого из государственного бюджета или высоких тарифов для населения.
Так зачем она нужна, и почему мир продолжает вкладывать туда огромные ресурсы?
- Это хоть и очень дорогая, малоэффективная, но альтернатива углеводородам в генерации электроэнергии. Этот пункт можно называть чисто политическим решением стран, которые пытаются перейти на альтернативную энергию. Тем самым свести до минимум зависимость от углеводородов и их стран экспортёров.
- Экологическая составляющая играет не менее важную роль. Забота об окружающей среды заставляет лоббировать подобные проекты, и доказывать, что без них человечество ждет катастрофа.
- Экспериментальные и практические разработки в области использования природных энергетических процессов на нужды человеческой цивилизации.
- Сохранение углеводородных энергоносителей. Именно сохранение, потому что замена невозможна, из-за низкой плотности энергии возобновляемых источников.
- Как резервный независимый источник энергии, в случае техногенного, либо природного катаклизма.
Именно поэтому развивается столь малоэффективный и дорогой метод генерации энергии. Развивается, развивался и будет развиваться. А раз так, то нужно найти способ сделать альтернативную возобновляемую энергетику более эффективной и самодостаточной.
Это позволит ей самостоятельно компенсировать прерывистую генерацию, за счет резервной мощности, выработанной заранее.
Хотя Ветер и Солнце обеспечивает 75% возобновляемой энергии, не следует забывать о других альтернативных источниках энергии.
3. Биотопливо.
Биотопливо включает в себя производство топлива из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.
Основные продукты: Этанол и Биодизель.
График 6.
Виден рост производства биотоплива, а в последние годы рост почти 10%.
Для увеличения производства биотоплива, требуется расширение площадей посева необходимых культур. Это довольно сильный сдерживающий фактор, потому рост производства биотоплива труднодостижимая задача.
График 7. Данные British Petroleum.
40% всего биотоплива производит США. Сегодня биотопливо занимает 5% ГСМ, применяемых в транспорте.
Очень огромное преимущество Биодизеля – это его экологичность. В чистом виде он практически не загрязняет окружающею среду и полностью разлагается за месяц.
« При сгорании биодизеля, выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла за весь период его жизни. »
Есть еще Геотермальная Энергия. Изо всех вышеперечисленных, она является наиболее самодостаточной энергетической отраслью. С 80% коэффициентом установочной мощности. Освоение геотермальной энергии растет каждый год.
