По данным организации «Друзья Земли», в будущем почти вся электроэнергия будет вырабатываться из экологически безопасных источников, таких как солнце, ветер и волны. В Великобритании, которая в 18 веке стала лидером по темпам индустриализации благодаря использованию пара и появлению фабрик, с 2004 года объем возобновляемой энергии увеличился в 10 раз. Во всей Великобритании чуть менее 40% электричества вырабатывается из возобновляемых источников энергии, но в Шотландии этот показатель приближается к 90%. В 2020 году Великобритания впервые достигла удивительного результата – в течение двух месяцев того года страна полностью работала на возобновляемых источниках энергии.
Кроме того, в 2020 году на долю возобновляемых источников энергии приходилось 37,5% от общего потребления электроэнергии в ЕС. Годом ранее этот показатель составлял 34,1%, причем на долю ветровой и гидроэнергетики приходится более двух третей от общего объема электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников. В 2020 году Швеция лидировала в Европе с 60% энергии, получаемой из возобновляемых источников. За ней следовали Финляндия (43,8%), Латвия (42,1%) и Австрия (36,5%).
По данным компании EDF, возобновляемые источники энергии в настоящее время используются для выработки 26% электроэнергии во всем мире, и ожидается, что к 2024 году этот показатель составит 30%. Согласно отчету Международного энергетического агентства (IEA) от июня 2022 года, инвестиции в энергетику по всему миру в 2022 году увеличатся на 8% и достигнут 2,4 трлн долларов США – рост в основном произойдет за счет «зеленой» энергетики.
Преимущества и недостатки возобновляемой энергии
Итак, что же такое возобновляемая энергия? По сути, это энергия, отвечающая принципам устойчивого развития. Чистая, доступная и надежная, такая энергия никогда не иссякнет, в отличие от неустойчивых источников, таких как ископаемое топливо, в частности уголь, который был топливом промышленной революции.
Основными видами возобновляемой энергии являются солнечная, ветровая, гидроэнергия, энергия приливов и отливов, геотермальная энергия и биомасса. Помимо этого существуют тепловая энергия океана и биогаз. По данным компании EDF, объем солнечной энергии, достигающей поверхности Земли всего за один час, превышает общую потребность планеты в энергии за целый год. Кажется, что это идеальное решение. Однако то, сколько солнечной энергии мы можем сохранять и использовать, во многом зависит от погоды и времени суток, от ресурса солнечной энергии. В ветреную погоду отличным источником возобновляемой энергии служит ветер, поэтому в настоящее время строится все больше ветровых электростанций. Однако это подразумевает установку огромных ветровых турбин, которые, как многие считают, портят пейзаж, даже если расположены далеко в море. Кроме того, многие эксперты предупреждают об углеродном следе и эксплуатационных расходах ветровых турбин. Конечно, системы хранения энергии ветра также ограничены силой ветра в любой момент времени.
С точки зрения развития, самым современным возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика, которая предполагает строительство плотин или барьеров, а также наличия большого водохранилища для контролируемой подачи воды, которая приводит в движение турбину. Гидроэнергетика не зависит от погодных условий, но требует крупных сооружений и водохранилищ.
Энергия приливов и отливов похожа на гидроэнергию, за исключением того, что она полагается на природу, которая два раза в сутки создает приливно-отливное течение, используемое для привода турбогенераторов. Это означает, что источник энергии не является постоянным, но он, по крайней мере, предсказуем. Геотермальная энергия использует природное тепло, которое находится под поверхностью земли, и может использоваться для производства электроэнергии или отопления домов. Однако нельзя гарантировать ее доступность. Например, Исландия вырабатывает гораздо больше этого вида энергии, чем Великобритания. Наконец, энергия биомассы вырабатывается путем сжигания органических материалов для производства электроэнергии. Этот подход не получил такого широкого распространения, как другие, однако он обладает значительными преимуществами с точки зрения защиты окружающей среды и общих затрат, поскольку позволяет преобразовывать сельскохозяйственные, промышленные и бытовые отходы в твердое, жидкое и газообразное топливо.
Можно ли хранить экологически чистую энергию?
Несмотря на то, что все вышеперечисленные варианты имеют свои преимущества и недостатки, хранение возобновляемой энергии является основной проблемой для наиболее эффективного использования альтернативных источников энергии. Технология хранения возобновляемой энергии станет востребованной, когда сможет предложить экономичный способ улавливания и высвобождения такой энергии, когда это необходимо.
Решения по хранению возобновляемой энергии
Существует четыре типа систем хранения возобновляемой энергии: перекачивающие гидроаккумулирующие, тепловые, механические и аккумуляторные.
Перекачивающая гидроаккумулирующая система
Предполагает подачу воды вверх, хранение в водохранилище и выпуск через турбины. Согласно отчету IEA по возобновляемым источникам энергии, более 50% новой гидроэлектроэнергии в Европе в 2025 году будет получено на гидроаккумулирующих электростанциях, в частности в Швейцарии, Португалии и Австрии. Такого же показателя достигнет и Китай в период между 2023 и 2025 годами.
Рис.: перекачивающая гидроаккумулирующая система
Тепловая система хранения энергии
Предполагает хранение избыточной энергии, обычно из возобновляемых источников или отходящего тепла, для последующего использования. Вода, песок и камни могут хранить тепловую энергию, и, по оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, к 2030 году установленная мощность накопителей тепловой энергии может достичь 800 гигаватт-час (ГВт-ч).
Рис.: тепловая система хранения энергии
Механическая система хранения энергии
Использует силу тяжести или движение (например, маховик) для хранения электроэнергии. К механическим системам хранения энергии также относятся системы хранения энергии сжатого воздуха или газа, который нагревается и расширяется с помощью турбины.
Рис.: механическая система хранения энергии
Аккумуляторная система хранения энергии
Широко известно, что наиболее эффективным способом накопления и подачи энергии из возобновляемых источников является использование аккумуляторных систем хранения энергии. Чем больше аккумуляторных систем хранения возобновляемой энергии, тем меньше потребность в традиционных источниках энергии.
Рис.: аккумуляторные системы хранения энергии
Литий-ионные аккумуляторы для хранения возобновляемой энергии
Система хранения солнечной энергии ZBC компании «Атлас Копко»
Литий-ионные аккумуляторы для хранения возобновляемой энергии обеспечивают превосходную подачу энергии в сочетании с непревзойденным уровнем экологичности, гибкости и удобства в работе. Литий-ионные системы хранения энергии, такие как установки ZBP и ZBC компании «Атлас Копко», имеют два режима работы, автономный и гибридный (при использовании с генератором), и покрывают различные потребности в электроэнергии, снижая эксплуатационные расходы и сводя к минимуму совокупную стоимость владения (TCO). В сочетании с вышеупомянутыми возобновляемыми источниками энергии, эти решения для хранения возобновляемой энергии являются полностью экологичными.
Системы хранения энергии компании «Атлас Копко» отличаются бесшумной работой и минимальным техническим обслуживанием, поэтому они прекрасно подходят для питания телекоммуникационных систем на удаленных объектах или на городских строительных площадках. При использовании в составе гибридных решений (вместе с генератором), они идеально подходят для балансировки пиковых и низких нагрузок. Данные системы хранения возобновляемой энергии позволяют подрядчикам снизить расход топлива и выбросы парниковых газов, аккумулируя от 46 до 535 кВт-ч возобновляемой энергии и обеспечивая более 12 часов работы от одного полного заряда батареи.
Ищете экологичные решения для хранения энергии?
Другие аккумуляторные технологии для хранения возобновляемой энергии
Наиболее эффективными аккумуляторными системами хранения возобновляемой энергии являются перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы. Эти легкие аккумуляторы высокой плотности стали предпочтительным вариантом по многим причинам, не в последнюю очередь благодаря способности литий-ионного аккумулятора весом 1 кг аккумулировать 150 ватт-часов на килограмм (Вт-ч/кг). Никель-металлгидридный аккумулятор обычно аккумулирует 60-70 Вт-ч/кг, а свинцово-кислотный аккумулятор весом 6 кг способен аккумулировать только около 25 Вт-ч/кг.
Если сравнивать литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы, то первая технология имеет больший срок службы и лучшую производительность при непредсказуемых и переменных нагрузках, а также при высоких температурах. Производительность никель-металлгидридных аккумуляторов при перегрузках и высоких температурах лучше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, но она все равно ниже, чем у литий-ионных.
