Войти
| Часть серии о |
| Возобновляемая энергия |
|---|
 |
|
Пастухи Flat Wind Farm является 845 мегаватт (МВт) ветропарк в американском штате Орегон. 
Солнечная ферма Desert Sunlight мощностью 550 МВт в Калифорнии. 
Три ущелья Плотина на реке Янцзы, Китай. 
Nesjavellir Геотермальная электростанция в Тингвеллир, Исландия 
Солнечная электростанция Иванпа мощностью 392 МВт в Калифорнии: три башни объекта. 
Строительство соляных резервуаров, которые обеспечивают эффективное хранение тепловой энергии, так что производительность может быть обеспечена после захода солнца, а производительность может быть запланирована для удовлетворения требований спроса. Электростанция Solana мощностью 280 МВт рассчитана на шесть часов хранения энергии. Это позволяет предприятию вырабатывать около 38 процентов своей номинальной мощности в течение года. 
Сравнивая тенденции в мировом использовании энергии, можно сказать, что рост возобновляемых источников энергии к 2015 году является зеленой линией. 100% возобновляемая энергия - это когда вся энергия используется из возобновляемых источников энергии. Стремление использовать 100% возобновляемые источники энергии для электричества, отопления / охлаждения и транспорта мотивируется изменением климата, загрязнением окружающей среды и другими экологическими проблемами, а также проблемами экономической и энергетической безопасности. Перенос общего глобального предложения первичной энергии на возобновляемые источники требует перехода энергосистемы, поскольку большая часть сегодняшней энергии производится из невозобновляемых ископаемых видов топлива. Использование 100% возобновляемых источников энергии в стране обычно является более сложной задачей, чем обеспечение углеродной нейтральности. Последнее является целью смягчения последствий изменения климата, политически решаемой многими странами, и может быть также достигнуто путем уравновешивания общего углеродного следа страны (не только выбросов от энергии и топлива) с удалением диоксида углерода и углеродными проектами за рубежом. Определения 100% возобновляемых источников энергии и чистых нулевых парниковых газов носят политический характер и различаются в зависимости от места и времени.
Однако недавние исследования показывают, что глобальный переход на 100% возобновляемые источники энергии во всех секторах - электроэнергетике, тепле, транспорте и опреснении - задолго до 2050 года возможен. Существующие технологии, включая хранение, способны обеспечить надежное энергоснабжение ежечасно в течение года. Устойчивая энергетическая система более эффективна и экономична, чем существующая система. В своем специальном докладе за 2011 год Межправительственная группа экспертов по изменению климата уже заявила, что существует несколько фундаментальных технологических ограничений для интеграции портфеля технологий возобновляемых источников энергии для удовлетворения большей части общего глобального спроса на энергию. Использование возобновляемых источников энергии росло быстрее, чем даже ожидали защитники. Глобальный технолог по интеллектуальным сетям Стив Хой разработал концепцию «Истинный ноль», а не «Чистый ноль», чтобы выразить появляющуюся возможность отслеживать электроэнергию, чтобы обеспечить 100% внедрение возобновляемых источников энергии в режиме 24/7. Однако с 2019 года он должен расти в шесть раз быстрее, чтобы ограничить глобальное потепление до 2 ° C (3,6 ° F).
Согласно обзору 181 рецензируемой статьи о 100% возобновляемых источниках энергии, которые были опубликованы до 2018 года, «[т] подавляющее большинство всех публикаций подчеркивает техническую осуществимость и экономическую жизнеспособность систем 100% возобновляемых источников энергии». Несмотря на то, что по-прежнему существует множество публикаций, посвященных только электричеству, растет количество статей, посвященных различным энергетическим секторам и связанным с секторами интегрированным энергетическим системам. Этот межотраслевой целостный подход рассматривается как важная особенность систем 100% возобновляемых источников энергии и основан на предположении, что «лучшие решения могут быть найдены только в том случае, если сосредоточиться на синергизме между секторами» энергетической системы, такими как электричество, тепло, транспорт или промышленность.
Стивен У. Пакала и Роберт Х. Соколов разработали серию « клиньев стабилизации климата », которые могут позволить нам поддерживать качество нашей жизни, избегая при этом катастрофических изменений климата, а «возобновляемые источники энергии» в совокупности составляют наибольшее количество свои «клинья». Марк З. Якобсон, профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфордском университете и директор его программы «Атмосфера и энергия», говорит, что производство всей новой энергии с помощью энергии ветра, солнечной энергии и гидроэнергии к 2030 году возможно, и что существующие механизмы энергоснабжения могут быть заменен на 2050. Хотя другие исследователи оспаривают, Якобсон говорит, что сегодняшние затраты на энергию с использованием ветровой, солнечной и водной систем должны быть аналогичны сегодняшним затратам на энергию из других оптимально рентабельных стратегий, и он опроверг их критику.
Считается, что основные препятствия на пути широкого внедрения крупномасштабных стратегий использования возобновляемых источников энергии и низкоуглеродной энергетики в первую очередь являются социальными и политическими, а не технологическими или экономическими. Согласно отчету « Post Carbon Pathways» за 2013 год, в котором содержится обзор многих международных исследований, основными препятствиями являются: отрицание изменения климата, лоббирование ископаемых видов топлива, политическое бездействие, неустойчивое потребление энергии, устаревшая энергетическая инфраструктура и финансовые ограничения.
В 2014 году возобновляемые источники, такие как ветер, геотермальная энергия, солнечная энергия, биомасса и сжигаемые отходы, обеспечивали 19% от общего объема энергии, потребляемой во всем мире, причем примерно половина этой энергии приходилась на традиционное использование биомассы. Крупнейшим сектором с точки зрения потребления энергии является электроэнергия с долей возобновляемых источников энергии 22,8%, большая часть которой приходится на гидроэнергетику с долей 16,6%, за которой следует ветер с долей 3,1%. По данным REN21, с 2018 года трансформация в электроэнергетике набирает обороты, но требуются срочные меры в области отопления, охлаждения и транспорта. В мире есть много мест, где электросети работают почти исключительно на возобновляемых источниках энергии. На национальном уровне по крайней мере 30 стран уже имеют возобновляемые источники энергии, на которые приходится более 20% энергоснабжения.
Использование 100% возобновляемых источников энергии было впервые предложено в статье в Science, опубликованной в 1975 году датским физиком Бентом Соренсеном, за которой последовало несколько других предложений. В 1976 году аналитик по энергетической политике Эмори Ловинс ввел термин « путь мягкой энергии » для описания альтернативного будущего, в котором энергоэффективность и соответствующие возобновляемые источники энергии неуклонно заменяют централизованную энергетическую систему, основанную на ископаемом и ядерном топливе.
В 1998 году был опубликован первый подробный анализ сценариев с очень высокой долей возобновляемых источников энергии. За ними последовали первые подробные 100% сценарии. В 2006 году Чиш опубликовал докторскую диссертацию, в которой было показано, что в сценарии 100% возобновляемых источников энергии предложение энергии может соответствовать спросу в любое время года в Европе и Северной Африке. В том же году датский профессор энергетики Хенрик Лунд опубликовал первую статью, в которой он рассматривает оптимальную комбинацию возобновляемых источников энергии, за которой последовало несколько других статей о переходе на 100% возобновляемые источники энергии в Дании. С тех пор Лунд опубликовал несколько статей о 100% возобновляемых источниках энергии. После 2009 года количество публикаций начало резко расти, охватив 100% сценариев для стран Европы, Америки, Австралии и других частей мира.
Даже в начале 21 века для ученых и лиц, принимающих решения, было необычным рассматривать концепцию 100% возобновляемой электроэнергии. Однако развитие возобновляемой энергетики было настолько быстрым, что с тех пор все полностью изменилось:
Солнечные фотоэлектрические модули упали в цене примерно на 75 процентов. Текущие научные и технические достижения лаборатории предполагают, что они скоро станут настолько дешевыми, что основная стоимость использования солнечной энергии в жилых и коммерческих зданиях будет заключаться в установке. Береговая ветровая энергия распространяется на все континенты и экономически конкурентоспособна с ископаемой и ядерной энергетикой в нескольких регионах. Концентрированная солнечная тепловая энергия (CST) с накоплением тепла перешла из демонстрационной стадии зрелости в ограниченную коммерческую стадию и все еще имеет потенциал для дальнейшего снижения затрат примерно на 50 процентов.
Использование возобновляемых источников энергии росло намного быстрее, чем даже ожидали защитники. Ветряные турбины вырабатывают 39 процентов электроэнергии в Дании, и в Дании также есть много биогазовых реакторов и заводов по переработке отходов в энергию. Вместе ветер и биомасса обеспечивают 44% электроэнергии, потребляемой шестью миллионами жителей страны. В 2010 году 10 миллионов жителей Португалии производили более половины своей электроэнергии из местных возобновляемых источников энергии. 40 миллионов жителей Испании удовлетворяют одну треть своих потребностей в электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии.
Возобновляемая энергия имеет сильную общественную поддержку. В Америке, например, исследование Gallup 2013 года показало, что двое из трех американцев хотят, чтобы США увеличили внутреннее производство энергии с использованием солнечной энергии (76%), энергии ветра (71%) и природного газа (65%). Гораздо меньше людей хотят больше добычи нефти (46%) и больше ядерной энергии (37%). Наименее предпочтительным является уголь, причем примерно каждый третий американец предпочитает его.
REN21 говорит, что возобновляемые источники энергии уже играют значительную роль, и есть много целей политики, направленных на ее повышение:
На национальном уровне по крайней мере 30 стран мира уже имеют возобновляемые источники энергии, на которые приходится более 20% энергоснабжения. Согласно прогнозам, национальные рынки возобновляемых источников энергии будут продолжать активно расти в ближайшее десятилетие и в последующий период, и около 120 стран имеют различные политические цели в отношении более долгосрочных долей возобновляемых источников энергии, включая обязательный целевой показатель в 20% к 2020 году для Европейского союза. Некоторые страны имеют гораздо более высокие долгосрочные цели политики - до 100% возобновляемых источников энергии. За пределами Европы группа из 20 или более других стран нацелена на долю возобновляемых источников энергии в период 2020–2030 годов, которая варьируется от 10% до 50%.
Сторонники 100% возобновляемой энергии не считают ядерную энергетику возобновляемой или устойчивой из-за предполагаемых рисков бедствий и обращения с высокоактивными отходами, и считают, что улавливание и хранение углерода имеют ограниченный потенциал безопасного хранения. Эти ограничения также привели к интересу к 100% возобновляемой энергии. За последнее десятилетие был написан солидный массив академической литературы, в которой оцениваются сценарии использования 100% возобновляемых источников энергии для различных географических регионов. В последние годы из правительственных и отраслевых источников появился более подробный анализ. Стимул к использованию 100% возобновляемых источников энергии создается глобальным потеплением и экологическими, а также экономическими проблемами после пика добычи нефти.
Первой страной, предложившей 100% возобновляемые источники энергии, была Исландия в 1998 году. Предложения были сделаны для Японии в 2003 году и для Австралии в 2011 году. Албания, Исландия и Парагвай получают практически всю свою электроэнергию из возобновляемых источников (Албания и Парагвай 100 % от гидроэлектроэнергии, Исландии 72% гидроэнергетики и 28% геотермальной энергии). Норвегия получает почти всю электроэнергию из возобновляемых источников (97 процентов - гидроэнергетика). Исландия предложила использовать водород для транспорта и своего рыболовного флота. Австралия предложила биотопливо для тех элементов транспорта, которые нелегко преобразовать в электричество. Дорожная карта для Соединенных Штатов, обязательство Дании и Видение 2050 для Европы устанавливают срок до 2050 года для перехода на 100% возобновляемые источники энергии, позже сокращенный до 2040 года в 2011 году. Zero Carbon Britain 2030 предлагает устранить выбросы углерода в Великобритании к 2030 году путем перехода к возобновляемым источникам энергии. В 2015 году на Гавайях был принят закон, согласно которому к 2045 году стандарт портфеля возобновляемых источников энергии должен быть на 100 процентов. Его часто путают с возобновляемой энергией. Если электроэнергия, произведенная в сети, составляет 65 ГВт-ч из ископаемого топлива и 35 ГВт-ч из возобновляемых источников энергии, а солнечная энергия на крыше вне сети производит 80 ГВт-ч возобновляемой энергии, то общая возобновляемая энергия составляет 115 ГВт-ч, а общая электроэнергия в сети составляет 100 ГВт-ч. Тогда RPS составляет 115 процентов.
Такие города, как Париж и Страсбург во Франции, планировали к 2050 году полностью использовать возобновляемые источники энергии.
Аналогичным образом, в Соединенных Штатах независимый Национальный исследовательский совет отметил, что «существует достаточно внутренних возобновляемых ресурсов, чтобы позволить возобновляемой электроэнергии играть значительную роль в производстве электроэнергии в будущем и, таким образом, помогать решать проблемы, связанные с изменением климата, энергетической безопасностью и эскалацией. затрат на энергию... Возобновляемая энергия является привлекательным вариантом, потому что возобновляемые ресурсы, доступные в Соединенных Штатах, взятые вместе, могут обеспечить значительно большее количество электроэнергии, чем общий текущий или прогнозируемый внутренний спрос ».
По оценкам, мир потратит дополнительно 8 триллионов долларов в течение следующих 25 лет, чтобы продлить использование невозобновляемых ресурсов, - затраты, которые будут устранены путем перехода на 100% возобновляемые источники энергии. Исследование, опубликованное в Energy Policy, предполагает, что перевод всего мира на 100% возобновляемые источники энергии к 2050 году возможен и доступен, но требует политической поддержки. Это потребует строительства гораздо большего количества ветряных турбин и солнечных энергетических систем, но не будет использовать биоэнергетику. Другие изменения касаются использования электромобилей и разработки усовершенствованных сетей передачи и хранения. В рамках Парижского соглашения страны периодически обновляют свои целевые показатели по изменению климата на будущее, к 2018 году ни одна из стран G20 не взяла на себя обязательства по достижению 100% возобновляемых источников энергии.
До 2018 года была опубликована 181 рецензируемая статья о 100% возобновляемых источниках энергии. В том же году 100% возобновляемые источники энергии были также упомянуты в Специальном отчете о глобальном потеплении на 1,5 ° C как потенциальное средство «расширения диапазона путей на 1,5 ° C», если выводы могут быть подтверждены.
По состоянию на 2021 год доля ветра и солнца во всем мире постоянно увеличивалась, но по-прежнему составляла всего 5% мирового потребления первичной энергии. В отчете JP Morgan Asset Management проанализированы прогнозы возобновляемых источников энергии, сделанные восемью учеными и исследовательскими организациями (включая Бента Соренсена, Марка З. Якобсона, Эмори Ловинс ) в период с 1970 по 2020 год, и отмечено, что все они были нереалистично оптимистичными, поскольку игнорировали «плотность энергии»., прерывистость и сложные реалии действующих энергетических систем ".
Смотрите также: Возобновляемые источники энергии по странам
Четвертая революция: Энергия - немецкий документальный фильм, выпущенный в 2010 году. Он показывает видение глобального общества, живущего в мире, где энергия производится на 100% из возобновляемых источников энергии, показывая полную реконструкцию экономики для достижения этой цели. Цель. В 2011 году Герман Шеер написал книгу «Энергетический императив: 100 процентов возобновляемой энергии сейчас», опубликованную Routledge.
Reinventing Fire - это книга Амори Ловинса, выпущенная в октябре 2011 года. Комбинируя сокращение использования энергии с повышением энергоэффективности, Ловинс говорит, что будет экономия в 5 триллионов долларов и более быстро растущая экономика. Все это можно сделать с помощью прибыльной коммерциализации существующих энергосберегающих технологий с помощью рыночных сил и бизнеса. Бывший президент США Билл Клинтон говорит, что книга представляет собой «мудрый, подробный и всеобъемлющий план». Первый абзац предисловия гласит:
Представьте себе топливо без страха. Никакого изменения климата. Никаких разливов нефти, мертвых шахтеров, грязного воздуха, опустошенных земель, потерянной дикой природы. Нет энергетической бедности. Никаких нефтяных войн, тирании или террористов. Нечего выбегать. Ничего не отрезать. Не о чем беспокоиться. Просто изобилие энергии, доброкачественной и доступной для всех и навсегда.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата сказал, что существует несколько основных технологических пределов интеграции портфель технологий использования возобновляемых источников энергии для удовлетворения наиболее общего мирового спроса на энергоносители. В обзоре за 2011 год 164 недавних сценария будущего роста возобновляемой энергии в отчете отмечалось, что большинство ожидает, что возобновляемые источники будут обеспечивать более 17% от общего объема энергии к 2030 году и 27% к 2050 году; Самый высокий прогноз предполагал, что возобновляемые источники энергии будут обеспечивать 43% энергии к 2030 году и 77% к 2050 году.
В 2011 году Международное энергетическое агентство заявило, что технологии солнечной энергии во многих формах могут внести значительный вклад в решение некоторых из наиболее насущных проблем, с которыми сейчас сталкивается мир:
Развитие доступных, неисчерпаемых и чистых технологий солнечной энергии принесет огромные долгосрочные выгоды. Это повысит энергетическую безопасность стран за счет опоры на местные, неисчерпаемые и в основном независимые от импорта ресурсы, повысит устойчивость, уменьшит загрязнение, снизит затраты на смягчение последствий изменения климата и сохранит цены на ископаемое топливо ниже, чем в противном случае. Эти преимущества глобальны. Следовательно, дополнительные затраты на стимулы для раннего развертывания следует рассматривать как инвестиции в обучение; они должны быть потрачены с умом и должны быть широко распространены.
В 2011 году рецензируемый журнал Energy Policy опубликовал две статьи Марка З. Якобсона, профессора инженерии Стэнфордского университета, и ученого-исследователя Марка А. Делукки об изменении структуры энергоснабжения и «Обеспечение всей глобальной энергии ветром, водой, и солнечная энергия ». В статьях анализируется возможность обеспечения по всему миру энергии для электроэнергии, транспорта и отопления / охлаждения за счет ветра, воды и солнечного света (WWS), которые являются безопасными экологически чистыми вариантами. В Части I Якобсон и Делукки обсуждают характеристики энергосистемы WWS, аспекты спроса на энергию, доступность ресурсов WWS, необходимые устройства WWS и требования к материалам. По их оценкам, потребуется 3 800 000 ветряных турбин мощностью 5 МВт, 5350 геотермальных электростанций мощностью 100 МВт и 270 новых гидроэлектростанций мощностью 1300 МВт. Что касается солнечной энергии, также потребуются дополнительные концентрирующие солнечные электростанции мощностью 49 000 300 МВт, солнечные фотоэлектрические электростанции мощностью 300 МВт и 1,7 миллиарда крышных фотоэлектрических систем мощностью 3 кВт. Такая обширная инфраструктура WWS может снизить мировой спрос на электроэнергию на 30%. В Части II Якобсон и Делукки рассматривают изменчивость поставок, системную экономику и инициативы энергетической политики, связанные с системой WWS. Авторы выступают за производство всей новой энергии с помощью ОСВ к 2030 году и замену существующих механизмов энергоснабжения к 2050 году. Барьеры на пути реализации плана использования возобновляемых источников энергии рассматриваются как «в первую очередь социальные и политические, а не технологические или экономические». Затраты на электроэнергию с системой WWS должны быть аналогичны сегодняшним затратам на электроэнергию.
В целом, по словам Якобсона, ветряные, водные и солнечные технологии могут обеспечить 100 процентов мировой энергии, исключив все ископаемые виды топлива. Он выступает за «разумное сочетание» возобновляемых источников энергии для надежного удовлетворения спроса на электроэнергию:
Поскольку ветер дует во время шторма, когда солнце не светит, а солнце часто светит в безветренные дни с небольшим ветром, сочетание ветра и солнца может иметь большое значение для удовлетворения спроса, особенно когда геотермальная энергия обеспечивает стабильную основу, а гидроэнергетика может быть названа чтобы заполнить пробелы.
В исследовании 2012 года, проведенном Университетом Делавэра для системы мощностью 72 ГВт, было рассмотрено 28 миллиардов комбинаций возобновляемой энергии и хранилища, и было обнаружено, что наиболее рентабельным для соединения PJM Interconnection было бы использование 17 ГВт солнечной энергии, 68 ГВт морской ветровой энергии и 115 ГВт. ГВт наземного ветра, хотя временами в три раза больше потребности. В 0,1% случаев потребуется генерация из других источников.
В марте 2012 года парламент Дании согласовал новый комплекс программ продвижения энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, которые приведут к тому, что к 2050 году страна будет получать 100% электроэнергии, тепла и топлива из возобновляемых источников энергии. IRENEC - это ежегодная конференция по 100% возобновляемым источникам энергии. запущен в 2011 году Eurosolar Turkey. Конференция 2013 года проходила в Стамбуле.
Совсем недавно Якобсон и его коллеги разработали подробные предложения по переходу на 100% возобновляемые источники энергии, производимые ветром, водой и солнечным светом, для штатов Нью-Йорк, Калифорния и Вашингтон к 2050 году. С 2014 года более обширный новый план для 50 штатов, который включает интерактивную онлайн-карту, показывающую потенциал возобновляемых ресурсов каждого из 50 штатов. План с 50 штатами является частью проекта Solutions Project, независимого проекта, возглавляемого Джейкобсоном, актером Марком Руффало и кинорежиссером Джошем Фоксом.
По состоянию на 2014 год многие подробные оценки показывают, что потребности в энергетических услугах в мире с радикально более высоким уровнем благосостояния могут быть полностью удовлетворены с экономической точки зрения за счет разнообразных доступных в настоящее время технологических и организационных инноваций в области ветра, солнечной энергии, биомассы, биотоплива, гидроэнергетики, океана и т. Д. геотермальная энергия. Споры по поводу подробных планов продолжаются, но преобразования в глобальных энергетических услугах, полностью основанные на возобновляемых источниках энергии, в принципе технически осуществимы, экономически осуществимы, социально жизнеспособны и поэтому осуществимы. Эта перспектива подкрепляет амбициозное стремление Германии, одной из самых успешных индустриальных стран мира, осуществить крупный энергетический переход - Energiewende.
В 2015 году в журнале Energy and Environmental Science было опубликовано исследование, в котором описывается путь к 100% возобновляемой энергии в Соединенных Штатах к 2050 году без использования биомассы. Реализация этой дорожной карты считается как экологически, так и экономически осуществимой и разумной, поскольку к 2050 году она позволит сэкономить около 600 миллиардов долларов на здравоохранении в год за счет снижения загрязнения воздуха и затрат на глобальное потепление на 3,3 триллиона долларов. Это приведет к ежегодной экономии затрат на душу населения в размере около 8300 долларов США по сравнению с обычным подходом к ведению бизнеса. Согласно этому исследованию, препятствия, которые могут помешать внедрению, не являются ни техническими, ни экономическими, а социальными и политическими, поскольку большинство людей не знали, что выгоды от такой трансформации намного превышают затраты.
В июне 2017 года двадцать один исследователь опубликовал статью в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, отвергнув более раннюю статью Джейкобсона в PNAS, обвинив его в ошибках моделирования и использовании неверных инструментов моделирования. Они также утверждали, что он сделал неправдоподобные предположения, полагаясь на увеличение национального хранилища энергии с 43 минут до 7 недель, увеличение производства водорода на 100000% и увеличение гидроэнергетики на эквивалент 600 плотин Гувера. Авторы статьи Дэвид Г. Виктор назвал работу Джейкобсона «опасной», а Кен Калдейра подчеркнул, что увеличение выработки гидроэлектроэнергии на 1300 гигаватт, увеличение на 25%, эквивалентно потоку 100 рек Миссисипи. Якобсон опубликовал ответ в том же выпуске PNAS, а также написал сообщение в блоге, в котором утверждал, что исследователи являются сторонниками индустрии ископаемого топлива. Другое исследование, опубликованное в 2017 году, подтвердило более ранние результаты для системы 100% возобновляемой энергии для Северной Америки без изменений в предположениях о гидроэнергетике, но с более реалистичным акцентом на сбалансированный портфель хранилищ, в частности сезонное хранилище, и для конкурентоспособной экономики.
В 2015 году Джейкобсон и Делукки вместе с Мэри Кэмерон и Бетани Фрю более подробно изучили с помощью компьютерного моделирования (LOADMATCH), как система ветер-вода-солнце (WWS) может отслеживать потребность в энергии от минуты к минуте. Это оказалось возможным в Соединенных Штатах в течение 6 лет, включая изменчивость ОСВ из-за экстремальных погодных явлений. В 2017 году план был доработан для 139 стран командой из 27 исследователей, а в 2018 году Якобсон и Делукки с Мэри Кэмерон и Брайан Матизен опубликовали результаты LOADMATCH для 20 регионов, на которые разделены 139 стран мира. Согласно этому исследованию, система WWS может соответствовать спросу во всех регионах.
Программа LOADMATCH получает в качестве входных данных оценочную серию за полминуты в течение 2050–2055 гг.
и спецификации
Программа выполнялась для каждого региона 10-20 раз с адаптированным вводом для емкостей накопителей, пока не было найдено решение, в котором отслеживалось потребление энергии за полминуты в течение 5 лет с низкими затратами.
Предполагается, что система WWS подключена к электрической сети.
| Мир | Китай | Соединенные Штаты | Европа | Африке | |
|---|---|---|---|---|---|
| Поставка 2018 | 860 | 244 | 92 | 169 | 24 |
| Поставка 2050 г. | 12040 | 3223 | 1400 | 1157 | 580 |
| Неиспользованный запас | 2215 | 598 | 336 | 84 | 40 |
| Потеря передачи | 807 | 221 | 98 | 77 | 37 |
| Другая потеря | 325 | 76 | 24 | 56 | 22 |
| Конечное применение | 8693 | 2327 | 939 | 940 | 482 |
| Хранение (ТВтч) | 1279 | 321 | 664 | 109 |
В 2020 году Якобсон разъяснил в учебнике результаты компьютерного моделирования энергосистемы WWS. Чтобы соответствовать спросу и предложению, каждую минуту необходимо устанавливать больше солнечных и ветряных электростанций и высоковольтных линий, чтобы соответствовать среднегодовому спросу и предложению. Избыточный объем (также в традиционной энергетической системе) гарантирует, что спрос может соблюдаться в часы пик, но приводит к неиспользованию предложения в часы непиковой нагрузки. В системе WWS больший обмен энергией между зонами приводит к большим потерям при передаче. В таблице показаны поставки ОСВ, неиспользованные поставки, потери и конечное использование в ГВт для надежного обеспечения энергией мира и четырех основных регионов к 2050 году. См. Таблицу 8.10 в учебнике; энергия в ТВтч делится на 26,3 киловатт-часа (1000 часов), чтобы получить мощность в ГВт. В нижнем ряду представлена емкость гидроаккумулирующих станций (таблица 8.7).
Следующие места удовлетворяют 90% или более своих среднегодовых потребностей в электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии (неполный список):
| Место | численность населения | Электричество | Источник (и) |
|---|---|---|---|
 Албания | 2 821 977 (2011) | Гидроэлектростанция. | |
Долина Аллер-Лайне, Германия  | 75 000 (2012) | 63,5% ветра, 30% биогаза, 10,7% гидроэнергии, 3,1% солнечной энергии | |
Аспен, Колорадо, США   | 6 658 (2010) | Гидроэлектрическая, ветровая, солнечная и геотермальная | |
 Бутан | 727 145 (2017) | В основном гидроэлектроэнергия; экспортирует 70% своей продукции за счет избыточной выработки энергии; нет электростанций, работающих на ископаемом топливе. | |
Берлингтон, Вермонт, США  | 42 417 (2010) | 35,3% гидроэнергетика, 35,3% древесина, 27,9% ветер, 1,4% солнечная фотоэлектрическая энергия | |
 Британская Колумбия, Канада  | 4 700 000 (2017) | 97% гидроэнергетика | |
Централия, Вашингтон, США  | 17 216 | 90,6% гидроэнергетика, 7,9% атомная энергия | |
| Chelan Cty., Вашингтон, США | 76 533 | 95,7% гидро | |
 Коста-Рика | 4 857 000 | 99% возобновляемая электроэнергия. Гидроэнергетика (90%), геотермальная энергия, ветер (и другие) | |
 Демократическая Республика Конго | 84 000 000 | Почти 100% гидроэнергетика, но только 9% имеют доступ к электричеству. | |
| Дуглас Сити., Вашингтон, США | 41 945 | 100% гидро | |
 Эфиопия | 109 224 414 (2018) | Преимущественно гидроэлектроэнергия (gt; 90%). Меньшие количества ветра, солнца и геотермальной энергии. 45% населения имеет доступ к электричеству По состоянию на 2018 год, а в 2017 году поставлена цель 100% доступа к 2025 году. | |
Джорджтаун, Техас, США  | 70 000 | 100% - 154 МВт солнечная и ветровая, сбалансированная с подключением к сети | |
Гринсбург, Канзас, США  | 1400 | 100% - ветровая балансировка с подключением к сети | |
 Исландия | 329 100 | 72% гидроэлектроэнергии, 28% геотермальной, ветровой и солнечной энергии, менее 0,1% горючего топлива (автономное дизельное топливо) | |
Остров Кадьяк, Аляска, США  | 13 448 | 80,9% гидроэлектроэнергия, 19,8% ветроэнергетика, 0,3% дизель-генератор | |
 Нижняя Австрия, Австрия  | 1 612 000 | 63% гидроэлектроэнергии, 26% ветра, 9% биомассы, 2% солнечной энергии | |
 Манитоба, Канада | 1 278 365 | 97% гидроэлектроэнергии, 3% ветра, lt;1% нефти (дизельное топливо в четырех автономных сообществах), lt;1% природного газа | |
 Мекленбург-Передняя Померания, Германия | 1 650 000 | чистая более 100% с ветровой, солнечной и другими возобновляемыми источниками энергии | |
 Норвегия | 5 140 000 | 96% гидроэлектроэнергии, 2% горючего топлива, 2% геотермальной энергии, ветра и солнца. | |
 Ньюфаундленд и Лабрадор, Канада | 525 604 | 95% гидроэлектроэнергия | |
Пало-Альто, Калифорния, США  | 66 000 | 50% гидроэнергия, остальное сочетание солнечной энергии, ветра и биогаза | |
 Парагвай | 7 010 000 | Электроэнергетический сектор Парагвая на 100% состоит из гидроэлектроэнергии, около 90% которой идет на экспорт, оставшиеся 10% покрывают внутренний спрос. | |
| Pend Oreille Cty., Вашингтон, США | 13 354 | 97,1% гидро | |
 Квебек, Канада | 8 200 000 | 99% возобновляемой электроэнергии - это основная энергия, используемая в Квебеке (41%), за ней следуют нефть (38%) и природный газ (10%). | |
Самсё, Дания  | 3 806 | чистая энергия ветра и биомасса более 100%, подключена к материку для баланса и резервного питания | |
 Шлезвиг-Гольштейн, Германия | 2 820 000 | чистая более 100% с ветром, солнечной энергией и биомассой | |
 Шотландия, Соединенное Королевство  | 5 313 600 (2011) | 97% электроэнергии (2020 г.) производится из возобновляемых источников энергии, в основном ветра, за которым следует гидроэлектроэнергия. | |
| Сиэтл, Вашингтон, США | 724 745 | 86% гидроэлектроэнергия, 7% ветер, 1% биогаз | |
Южный остров, Новая Зеландия  | 1,115,000 | 98,2% электроэнергии и 1,6% ветра. Примерно пятая часть поколения экспортируется на Северный остров. | |
| Такома, Вашингтон, США | 208 100 | 85% гидро, 6% ветер | |
 Таджикистан | 8 734 951 (2016) | Гидроэнергетика обеспечивает почти 100 процентов электроэнергии Таджикистана. | |
 Тасмания, Австралия  | 515 000 | Гидроэнергетика обеспечивает 100 процентов электроэнергии Тасмании. (Ожидаемые законодательные планы по возобновляемым источникам энергии на 200% к 2040 году, а оставшаяся часть будет отправлена на материковую часть Австралии по подводным силовым кабелям ) | |
Тау, Американское Самоа  | 873 (2000) | ~ 100% солнечная энергия, с резервным аккумулятором | |
Тилос, Греция  | 400 (зима), 3000 (лето) | 100% энергия ветра и солнца с резервным аккумулятором | |
 Токелау, Новая Зеландия | 1,411 | 100% солнечная энергия, с резервным аккумулятором | |
 Уругвай | 3 300 000 (2013) | 94,5% электроэнергии из возобновляемых источников; энергия ветра (а также биомасса и солнечная энергия) используется для увеличения запасов гидроэлектроэнергии в сухой сезон | |
Вильдпольдсрид, Бавария, Германия  | 2,512 (2013) | 500% ветровая, солнечная, гидроэнергетическая | |
 Юкон, Канада | 35 874 | 94% гидроэлектроэнергия |
В некоторых других местах процентная доля высока, например, в электроэнергетическом секторе Дании по состоянию на 2014 год 45% энергии ветра приходится на долю энергии ветра, а в планах - довести ее до 85%. В электроэнергетическом секторе Канады и в электроэнергетическом секторе Новой Зеландии доля возобновляемых источников энергии (в основном гидроэнергетика) еще выше - 65% и 75% соответственно, а в Австрии приближается к 70%. По состоянию на 2015 год электроэнергетический сектор в Германии иногда удовлетворяет почти 100% спроса на электроэнергию с помощью фотоэлектрической и ветровой энергии, а возобновляемая электроэнергия составляет более 25%. 94,8% установленной мощности Албании приходится на гидроэлектростанции, 5,2% - на дизельные генераторы; но Албания импортирует 39% электроэнергии. В 2016 году Португалия достигла 100% возобновляемой электроэнергии в течение четырех дней с 7 по 11 мая, отчасти потому, что эффективное использование энергии привело к снижению спроса на электроэнергию. Франция и Швеция имеют низкую углеродоемкость, поскольку они преимущественно используют смесь ядерной энергии и гидроэлектроэнергии. В 2018 году Шотландия удовлетворила 76% своего спроса за счет возобновляемых источников.
Хотя в настоящее время электричество составляет значительную часть первичной энергии; следует ожидать, что с внедрением возобновляемых источников энергии потребление первичной энергии резко сократится по мере увеличения использования электроэнергии, поскольку это, вероятно, будет сочетаться с некоторой степенью дальнейшей электрификации. Например, электромобили обеспечивают гораздо лучшую топливную эффективность, чем автомобили, работающие на ископаемом топливе, и другим примером является возобновляемое тепло, например, в случае Дании, которая предлагает перейти к более широкому использованию тепловых насосов для отопления зданий, которые обеспечивают несколько киловатт тепла на киловатт. электричества.
Другие источники производства электроэнергии считаются чистыми, хотя и не обязательно возобновляемыми, поскольку они также не выделяют углекислый газ или другие парниковые газы и загрязнители воздуха. Самая крупная из них - атомная энергия, не производящая выбросов. В проектах по улавливанию и хранению углерода можно по-прежнему использовать уголь или природный газ, но улавливать углекислый газ для хранения или альтернативного использования. Пути устранения парниковых газов могут включать их в дополнение к возобновляемой энергии, чтобы сэкономить деньги или избежать остановки существующих электростанций и обеспечить гибкость при проектировании безуглеродной электрической сети.
В 2018 году Калифорния приняла SB 100, который к 2045 году предусматривает 100% чистую и безуглеродную электроэнергию, в том числе цель - 60% возобновляемой электроэнергии к 2030 году. Законодательство Вашингтона от 2019 года также потребует 100% чистой электроэнергии к 2045 году, что приведет к отказу от угля к 2025 году. Другими штатами и территориями, которые потребуют 100% безуглеродного электричества, являются Гавайи, Мэн, Невада, Нью-Мексико, Нью-Йорк, Вирджиния, Пуэрто-Рико и Вашингтон, округ Колумбия.
По словам Марка З. Якобсона, наиболее существенные препятствия на пути широкомасштабного внедрения крупномасштабных стратегий использования возобновляемых источников энергии и низкоуглеродной энергетики темпами, необходимыми для предотвращения безудержного изменения климата, являются в первую очередь политическими, а не технологическими. Согласно отчету Post Carbon Pathways за 2013 год, в котором содержится обзор многих международных исследований, основными препятствиями являются:
Ученый-климатолог НАСА Джеймс Хансен обсуждает проблему быстрого поэтапного отказа от ископаемого топлива и сказал, что, хотя это возможно в таких местах, как Новая Зеландия и Норвегия, «предполагая, что возобновляемые источники энергии позволят нам быстро постепенно отказаться от ископаемого топлива в Соединенных Штатах, Китае., Индия или мир в целом - это почти то же самое, что верить в Пасхального кролика и Зубную фею ». В 2013 году Смил проанализировал предложения, связанные с использованием ветровой и солнечной электроэнергии, включая предложения Якобсона и его коллег, и в своем выпуске Spectrum, подготовленном Институтом инженеров по электротехнике и электронике, он выявил множество проблемных моментов, таких как стоимость, прерывистое электроснабжение, растущий NIMBYism и отсутствие инфраструктуры как негативные факторы и сказал, что «история и рассмотрение технических требований показывают, что проблема намного серьезнее, чем предполагали эти защитники». Смил и Хансен обеспокоены переменным выходом солнечной и ветровой энергии. Согласно Аморите Lovins электросеть только может компенсировать изменчивости, так же, как это обычно поддерживает неработающее угольные и атомные электростанции с рабочими из них.
В 1999 году американский академик доктор Грегори Унру опубликовал диссертацию, в которой выявляются системные препятствия на пути внедрения и распространения технологий возобновляемых источников энергии. Эта теоретическая основа была названа Carbon Lock-in и указывала на создание самоусиливающейся обратной связи, которая возникает в результате совместной эволюции крупных технологических систем, таких как электрические и транспортные сети, с социальными и политическими институтами, которые поддерживают рост системы и получают от него выгоду.. После создания эти техно-институциональные комплексы становятся «замкнутыми» и сопротивляются усилиям по преобразованию их в более экологически устойчивые системы, основанные на возобновляемых источниках.
Лестер Р. Браун, основатель и президент Института политики Земли, некоммерческой исследовательской организации, базирующейся в Вашингтоне, округ Колумбия, говорит, что быстрый переход на 100% возобновляемые источники энергии возможен и необходим. Браун сравнивает с вступлением США во Вторую мировую войну и последующей быстрой мобилизацией и преобразованием промышленности и экономики США. Браун предлагает быстрый переход на 100% возобновляемые источники энергии и экономию нашей цивилизации, чтобы следовать подходу с такой же безотлагательностью.
Международное энергетическое агентство говорит, что было слишком много внимания проблемы изменчивости производства электроэнергии из возобновляемых источников. Проблема прерывистого энергоснабжения относится к популярным возобновляемым технологиям, в основном ветроэнергетике и солнечной фотоэлектрической энергии, и ее значимость зависит от ряда факторов, которые включают проникновение на рынок соответствующих возобновляемых источников энергии, баланс завода и более широкие возможности подключения системы, так как а также гибкость со стороны спроса. Изменчивость редко будет препятствием для расширения использования возобновляемых источников энергии, когда также доступна управляемая генерация, такая как гидроэлектроэнергия или солнечные аккумуляторы. Но при высоком уровне проникновения на рынок это требует тщательного анализа и управления, а также могут потребоваться дополнительные расходы на резервное копирование или модификацию системы. Поставка возобновляемой электроэнергии в диапазоне проникновения 20-50 +% уже реализована в нескольких европейских системах, хотя и в контексте интегрированной европейской сетевой системы:
В 2011 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата, ведущие мировые исследователи климата, отобранные Организацией Объединенных Наций, заявила, что «по мере развития инфраструктуры и энергетических систем, несмотря на сложности, существует несколько фундаментальных технологических ограничений для интеграции портфеля, если таковые имеются. технологий возобновляемых источников энергии для удовлетворения большей части общего спроса на энергию в местах, где имеются или могут быть поставлены подходящие возобновляемые ресурсы ». Сценарии МГЭИК «обычно указывают на то, что рост возобновляемой энергии будет широко распространен во всем мире». IPCC заявила, что если правительства окажут поддержку и будет развернут полный набор технологий возобновляемой энергии, то на поставку возобновляемой энергии может приходиться почти 80% мирового потребления энергии в течение сорока лет. Председатель IPCC Раджендра Пачаури сказал, что необходимые инвестиции в возобновляемые источники энергии будут стоить всего около 1% мирового ВВП в год. Такой подход может снизить уровни парниковых газов до менее 450 частей на миллион - безопасного уровня, при превышении которого изменение климата становится катастрофическим и необратимым.
В ноябре 2014 года Межправительственная группа экспертов по изменению климата опубликовала свой пятый отчет, в котором говорится, что в отсутствие какой-либо одной технологии (например, биоэнергетики, улавливания и хранения углекислого газа, ядерной, ветровой и солнечной энергии) затраты на смягчение последствий изменения климата могут существенно возрасти. в зависимости от того, какая технология отсутствует. Например, сокращение выбросов углерода без улавливания углекислого газа может стоить на 40% дороже. (Таблица 3.2) Согласно исследованию 2018 года, «в отсутствие надежных низкоуглеродных [диспетчерских] ресурсов стоимость декарбонизации выработки электроэнергии возрастает очень быстро, поскольку предел выбросов приближается к нулю» и производство только возобновляемой энергии (с батареями) приводит к повышению цен на энергию на 42–163% в регионах с более низкой доступностью VRE и на 11–105% выше в регионах с более высокой доступностью VRE. В исследовании был введен термин «устойчивый низкоуглеродный источник энергии» (например, ядерный, геотермальный ), который предназначен для работы с источниками «быстрого разряда» (например, батареи) и «экономией топлива» (VRE).
Физические законы, такие как предел Шокли – Кайссера и закон Бетца, предполагают, что простые улучшения эффективности использования возобновляемых источников энергии уже сделаны. Дальнейшие улучшения будут становиться все более дорогими и трудными.
По данным Всемирного банка, для климатического сценария «ниже 2 ° C» требуется 3 миллиарда тонн металлов и минералов к 2050 году. Предложение добытых ресурсов, таких как цинк, молибден, серебро, никель, медь, должно возрасти до 500%. По оценкам анализа 2018 года, требуется увеличение запасов металлов, необходимых в различных секторах, с 1000% (ветроэнергетика) до 87'000% (аккумуляторные батареи для личных автомобилей).
Google потратил 30 миллионов долларов на свой проект RE lt;C по развитию возобновляемых источников энергии и предотвращению катастрофических изменений климата. Проект был отменен после того, как пришел к выводу, что лучший сценарий быстрого развития возобновляемых источников энергии может привести к выбросам только на 55 процентов ниже прогнозов по ископаемому топливу на 2050 год.
Гидроэнергетика в настоящее время является единственным крупномасштабным сезонным низкоуглеродным хранилищем энергии. В странах с большим разбросом спроса на энергию по сезонам (например, Великобритания использует гораздо больше газа для отопления зимой, чем использует электричество), но отсутствие гидроэнергетических соединительных линий для стран с большим количеством гидроэнергетики (например, Великобритания - Норвегия), вероятно, будет недостаточным и, вероятно, потребуется развитие водородной экономики : это опробуется в Великобритании, и было предложено 8 ТВт-ч межсезонного хранения водородной энергии.
В Австралии, помимо хранения возобновляемой энергии в виде водорода, ее также предлагается экспортировать в форме аммиака.
