Возобновляемые источники энергии (ВИЭ): использование и перспективы

Возобновляемая энергетика основана на использовании неисчерпаемых ресурсов окружающей среды — солнечного света, потоков воды и воздуха, а также геотермального тепла. В отличие от угля, нефти, газа и даже ядерного топлива, подобная энергия не только неисчерпаема, но и экологична: она не загрязняет окружающую среду, что особенно важно в условиях изменения климата и сокращения невозобновляемых природных ресурсов.

В мире существует много видов возобновляемых источников энергии, но далеко не все из них сегодня используются, так как требуют дополнительных исследований, разработок и, конечно, вложений. Рассмотрим наиболее распространенные варианты получения энергии.

Солнечная энергия

Электроэнергия из солнечного света генерируется с помощью специальных панелей и зеркал, накапливающих и концентрирующих энергию солнца. Последнюю особенно выгодно и удобно использовать для нагрева воды и воздуха. Солнце — самый доступный и масштабный источник возобновляемой энергии. Объемы генерации электроэнергии из солнечного света постоянно растут, в разных странах мира вводятся новые мощности, вырабатывающие гигаватты энергии. Особенно много солнечных электростанций (СЭС) в Китае, США, Германии и Бразилии.

Энергия воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании энергии движения воды в электричество. Водная среда давно используется человечеством и считается одним из самых дешевых видов энергии. Для генерации электроэнергии применяются самые разные естественные или искусственные гидросистемы — дамбы, водопады, приливы и отливы, а также энергия морских волн. Наибольшими гидроэнергетическими ресурсами владеют Китай, Россия, США и Бразилия.

Энергия ветра

Ветроэнергетика предполагает использование кинетической энергии воздуха, возникающей при его перемещении с определенной скоростью. Генерация энергии из ветра происходит с помощью больших ветряных турбин, которые приводятся в движение воздушными потоками. Ветровые электростанции (ВЭС) устанавливают на суше — на холмах и других возвышениях, в прибрежной зоне, в море и на плавучих платформах.

Биоэнергетика

Биоэнергию можно получать из самого разного органического сырья — биомассы. Это может быть твердое биотопливо — торф, дрова, брикеты, древесные гранулы, щепа, солома, опилки, кора, косточки оливок, ореховая скорлупа, шелуха семян подсолнечника. Также различают жидкое и газообразное биотопливо, например биоэтанол или биогаз, получаемые из отходов животноводства. Биологическое сырье может быть использовано для производства электроэнергии, тепла, автомобильного топлива.

Геотермальная энергия

В геотермальных электростанциях (ГеоЭС) в качестве теплоносителя используют горячую подземную воду термальных источников. Поскольку нет необходимости нагревать воду, ГеоТЭС оказываются более экологичными, чем обычные ТЭС. Самый большой в мире комплекс геотермальных электростанций находится в Калифорнии (США). В составе американской ГеоЭС «Гейзерс» (The Geysers) — 350 работающих скважин совокупной мощностью 1517 МВт.

Энергия океана

Океанические источники энергии — это волны, приливы и течения по всей акватории мирового океана. Также для получения энергии может использоваться разность температур между по­верх­но­ст­ны­ми и глу­бин­ны­ми слоя­ми во­ды. Глобальный потенциал океанической энергии составляет от 20 000 до 80 000 тераватт-часов в год (ТВт·ч/год).

Каждый вид возобновляемой энергии имеют свои плюсы и минусы, при этом все они обладают общими достоинствами и недостатками.

Плюсы:

• доступность: все ВИЭ обходятся дешево или вообще бесплатно, например ветер, солнце, океанические волны. Многие из них доступны в любой точке мира, что особенно ценно для стран, не имеющих ископаемого топлива;
• экологичность: генерация электроэнергии или тепла не предполагает токсичных выбросов в окружающую среду;
• безопасность: получение энергии из возобновляемых источников минимизирует риски техногенных катастроф;
• положительный социальный фактор: строительство новых генерирующих мощностей стимулирует создание новых рабочих мест.

Минусы:

• большие затраты на оборудование и расходные материалы повышают стоимость электроэнергии для конечного потребителя;
• выработка энергии часто зависит от внешних факторов — погоды, времени суток, географического положения и т. п.;
• невысокий КПД и небольшая вырабатываемая мощность не всегда и не везде позволяют покрыть запросы потребления;
• некоторые виды возобновляемой энергии негативно влияют на окружающую среду и продовольственную безопасность. Так, из-за производства биотоплива сокращаются посевные площади зерновых и других сельскохозяйственных культур, а строительство плотины для ГЭС негативно отражается на природных биосистемах и рыбном хозяйстве.

По данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), на 1 января 2025 года совокупная установленная мощность объектов ВИЭ в России составляет 6,59 ГВт. Лидеры генерации — ВЭС и СЭС (2,57ГВт и 2,55 ГВт соответственно), а также малые ГЭС до 50 МВт (1,3 ГВт). В России также активно используются электростанции, работающие на биомассе, биогазе, твердых бытовых отходах и геотермальной энергии (совокупная мощность свыше 150 МВт).

• ГК «Хевел» — 1223,13 Мвт (СЭС);
• АО «Росатом Возобновляемая энергия» — 1035 МВт (ВЭС);
• ООО «Ветропарки ФРВ» — 928, 4 (ВЭС);
• ПАО «РусГидро» — 451,56 МВт (мГЭС) и 74 МВт (ГеоЭС);
• ПАО «ТГК-1» — 404,9 МВт (мГЭС);
• ООО «Солар Системс» — 374,98 МВт (СЭС);
• ПАО «Форвард Энерго» — 150,6 МВт (СЭС) и 184,2 МВт (ВЭС);
• ГК «Юнигрин Энерджи» — 293,6 (СЭС);
• ПАО «ЭЛ5-Энерго» — 292,44 (ВЭС);
• ООО «Вершина Девелопмент» — 135 МВт (СЭС);
• Группа «Лукойл» — 32,35 МВт (СЭС) и 83,8 МВт (мГЭС);
• АО «Норд Гидро» — 59,25 МВт (мГЭС);
• ПАО «Т Плюс» — 30,8 МВт (мГЭС);
• ПАЛ «Газпромнефть» — 20 МВт (СЭС);
• ООО «ЭнергоМИН» — 16 МВТ (мГЭС);
• ООО «Активити» — 15 МВт (ВЭС);
• ПАО «Россети» — 5,55 МВт (ВЭС) и 7,4 МВт (ГеоЭС);
• ПАО «СИБУР Холдинг» — 5,37 МВт (СЭС);
• АО «Эн+Генерация» — 5,2 МВт (СЭС).

В настоящее время ВИЭ, учитывая технологическое развитие и установившиеся производственно-экономические связи, однозначно не считаются панацеей. Пока они не могут полностью заменить традиционные источники энергии, так как наряду с преимуществами имеют ряд недостатков. Таких, например, как сложность накапливания энергии, поэтому развитие солнечных, ветровых и других установок не сразу вытеснит «грязную» энергетику. Кроме того, для каждой страны аспект использования ВИЭ индивидуален и зависит от особенностей ее экономики и географии.

Технологические решения многих проблемных моментов, в том числе с накапливанием энергии, уже есть, но их реализация очень затратна. Еще один негативный момент для развития ВИЭ — высокая стоимость получаемой энергии, а, значит, ученым есть над чем работать, и технологии еще будут совершенствоваться. В любом случае в перспективе альтернативы у ВИЭ нет, ведь они неисчерпаемы, и это их главное преимущество перед традиционными ресурсами.

Масштаб и спектр используемых ВИЭ зависит от географического положения стран, их природных ресурсов, развития технологий и многих других факторов. Есть государства, в которых ВИЭ занимают более 50% всей выработки энергии, в других их доля незначительна или они вовсе не используются.

Перечислим страны с высокой долей ВИЭ в структуре выработки энергии:

• Китай (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика);
• США (СЭС, ГЭС, ВЭС, ГеоЭС и биоэнергетика);
• Бразилия (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика);
• Индия (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика);
• Германия (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика);
• Япония (СЭС, ГЭС, ВЭС, ГеоЭС и биоэнергетика);
• Канада (СЭС, ГЭС, ВЭС, ГеоЭС и биоэнергетика, энергия приливов и волновая энергия);
• Испания (СЭС, ГЭС, ВЭС);
• Франция (СЭС, ГЭС, ВЭС);
• Италия (СЭС, ГЭС, ВЭС, ГеоЭС и биоэнергетика);
• Исландия (ГЭС, ВЭС, ГеоЭС);
• Швеция (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика);
• Норвегия (СЭС, ГЭС, ВЭС и биоэнергетика).

У ВИЭ однозначно большое будущее, так как они представляют собой серьезную альтернативу традиционным топливным технологиям. Их развитие улучшает состояние окружающей среды и способствует экономическому росту.

1. Большинство ВИЭ относят к «зеленой», экологически чистой энергетике, позволяющей сокращать вредные выбросы, сохранять окружающую среду и уменьшать число экстремальных погодных явлений.

2. Использование ВИЭ позволяет странам и регионам не зависеть от импорта энергоресурсов и минимизировать риски, связанные с техногенными катастрофами.

3. В чистую энергию во всем мире вкладываются большие средства и выделяются государственные субсидии, а в некоторых странах энергетическая сфера практически полностью построена на ВИЭ и позволяет им не зависеть от импорта дорогостоящих ресурсов. В числе таких стран Албания, Парагвай, Непал, Исландия, Норвегия, Эфиопия, Конго и другие.

1. Раздел «Возобновляемые источники энергии» на официальном сайте Большой российской энциклопедии.

2. И. Дорош. Статья «Десятка самых крупных объектов возобновляемой энергетики». Журнал «Энергосовет» № 5 (18), 2011 год.

3. Раздел «Статистика ВИЭ» на официальном сайте Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ).