Скачок потребления из возобновляемых источников энергии с 2007 года.

Если в 2006 году из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) было удовлетворено около 18% мирового потребления энергии, то в 2015 году этот показатель составил 19,3%, а в 2018 году-21%. Доля традиционной биомассы (сжигание древесины) постепенно стала сокращаться, в то время как доля современной возобновляемой энергии стала расти. С 2004 по 2013 годы доля электроэнергии, производимой в Евросоюзе из возобновляемых источников, выросла с 14% до 25% (в Германии до 38%).

1. Геотермической энергии и энергии приливов и отливов. Электростанциями этого типа являются особого вида гидроэлектростанции, использующие энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующими электростанциями. Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

2. Волновые электростанции используют потенциальную энергию волн переносимую на поверхности океана. Мощность волнения оценивается в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает большей удельной мощностью. Несмотря на схожую природу с энергией приливов, отливов и океанских течений волновая энергия представляет собой отличный от них источник возобновляемой энергии.

3. Энергия ветра

Ветроэнергетика больше всего распространена в 2018-2019г. в Китае, США и на севере Европы. В мире действует около 600 ГВт подобных электростанций, за 2018 год мощности выросли на 54 ГВт. В октябре 2018 года в Англии запустили крупнейший прибрежный ветропарк мира в Ирландском море, расставив на 144 км2 ветряки высотой почти 200 м, которые будут производить 659 МВт электроэнергии. То есть это «поле» способно заместить мощности среднестатистической угольной электростанции. Использование энергии ветра, особенно в ЕС, Китае, Японии и США растет примерно на 30% в год. Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра являются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Производство и использование ветрогенераторов распространено больше всего в Китае, где на 2014 год суммарная установленная мощность ветрогенераторов составила 114763 МВт (по данным Европейской ассоциации ветроэнергетики и GWEC). В США 65879 МВт. Согласно государственному плану Китая, к 2020 г. в 7 районах страны будут построены огромные ветряные ЭС с общей выработкой в 120 Гвт. Ветроэнергетика Германии – это 3 место в мире, до 2008 г. Германия занимала 1-ое место по суммарной мощности ветряных электростанций. 2014-й для Германии закончился показателем суммарной мощности ветрогенераторов 39165 МВт, где 8,6% произведенной в Германии электроэнергии пришлись на долю ветряных электростанций. Ветряные генераторы Дании в 2014 г. произвели 4845 МВт энергии, доля электроэнергии выработанной ветрогенераторами составила 39% ! от общего производства. В ОАЭ, в технологическом экогороде Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции работающей на пьезоэффекте. Она будет представлять собой лес из полимерных стволов покрытых пьезоэлетрическими пластинами. Эти 55-метровые стволы будут изгибаться под действием ветра и генерировать ток.

4. Гидроэнергия. На 2010 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 76% возобновимой и до 16% всей электроэнергии в мире, а также гидроэлектроэнергия обеспечила 3,3 % мирового потребления энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии. Установленная гидроэнергетическая мощность достигает 1015 ГВт. Лидерами по выработке гидроэнергии на душу населения являются Норвегия, Исландия, Китай (50% малых ГЭС мира), Канада. На этих электростанциях, в качестве возобновляемого источника энергии используется потенциальная энергия водного потока. Себестоимость вырабатываемой электроэнергии существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно оперативное использование кинетической энергии водного потока на так называемых свободно поточных ГЭС. Строительство ГЭС обычно более капиталоемкое, а эффективные ГЭС часто удалены от потребителей.

5. Энергия солнечного света. Данный вид энергетики основывается на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию. Производство фотоэлектрических панелей в 2008 году по сравнению с уровнем 2004 года выросло в 6 раз (6,9 Гвт). Солнечные электростанции с 2010 года получили огромное практически во всех странах ЕС. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Солнечные электростанции используют энергию Солнца как напрямую, так и косвенно — используя кинетическую энергию пара. Крупнейшая фотоэлектрическая СЭС Topaz Solar Farm имеет мощность 550 МВт. Находится в штате Калифорния, США. А вот IKEA собирается к 2020 году полностью обеспечивать свои офисы и супермаркеты за счет возобновляемой энергии. Компания Apple — крупнейший владелец солнечных электростанций, и за счет возобновляемых источников энергии работают все ее дата-центры. Доля возобновляемых источников в энергии, потребляемой Google в 2015 году, составляет 35%. Инвестиции компании в этот период в возобновляемую энергетику превысили $2 млрд. Солнечный пруд- небольшой бассейн глубиной в несколько метров имеющий многослойную структуру. Верхний — конвективный слой — пресная вода; ниже расположен градиентный слой с увеличивающейся книзу концентрацией рассола; в самом низу слой крутого рассола. Дно и стенки покрыты чёрным материалом для поглощения тепла. Нагрев происходит в нижнем слое, т.к. рассол имеет более высокую по сравнению с водой плотность увеличивающуюся при нагреве из-за лучшей растворимости соли в горячей воде, конвективного перемешивания слоёв не происходит и рассол может нагреваться до 100 °C и более. В рассольную среду помещён трубчатый теплообменник, по которому циркулирует легкокипящая жидкость (аммиак, фреон и др.) и испаряется при нагреве передавая кинетическую энергию паровой турбин. Крупнейшая такая станция находится в Израиле.

6. Геотермальная энергия экологически чистые теплоэлектростанции использующие в качестве теплоносителя воду из горячих геотермальных источников. Доступ к подземным источникам осуществляется бурением скважин. Строятся ГеоТЭС в вулканических районах, где на относительно небольших глубинах вода перегревается выше температуры кипения и просачивается к поверхности, иногда проявляясь в виде гейзеров. США является мировым лидером по развитию геотермальной энергетики – направлению, использующему для получения энергии разницу температур между ядром Земли и ее корой. Один из методов использования горячих геотермальных ресурсов – УГС (усовершенствованные геотермальные системы), в которые вкладывает средства Министерство энергетики США. Их поддерживают также научные центры и венчурные компании (в частности, Google), но пока УГС остаются коммерчески неконкурентоспособными. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии с номинальной мощностью 750 МВт.

Энергия температурного градиента морской воды. Один из видов возобновляемой энергии, позволяющий получать электроэнергию, используя разницу температур на поверхности и глубине мирового океана.

7. Биоэнергетика. Применяется в производстве, как электрической энергии, так и тепловой из биотоплива. Биотопливо первого поколения — твердое топливо из леса, дров, брикетов, топливных гранул, щеп, сломы, лузги и торфа. Жидкое биотопливо для двигателей внутр. сгорания-биоэтанол, биометанол, диметиловый эфир, биодизель. Газообразное биотопливо это биогаз, биоводород, метан.

Биотопливо второго поколения. Быстрый пиролиз биомассы позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций. Источниками сырья для биотоплива второго поколения являются лигноцеллюлозные соединения, остающиеся после того, как пригодные для использования в пищевой промышленности части биологического сырья удаляются. Использование биомассы для производства биотоплива второго поколения направлено на сокращение количества использованной земли, пригодной для ведения сельского хозяйства. К растениям — источникам сырья второго поколения относятся: морские водоросли, содержащие много масла и рыжики, растущие в ротации с пшеницей и др. зерновыми, а также Ятрофа с содержанием масла 27-40%. Из биотоплива второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании Choren Industries Gmbh. По оценкам Германского Энергетического Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) при ныне существующих технологиях производство топлива пиролизом биомассы может покрыть 20% потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35% германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива. Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network (PyNe) — исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы, США и Канады. Производство топливного этанола из сахарного тростника в 2014 году покрывало 18% потребности Бразилии в автомобильном топливе. Топливный этанол также распространен в США.Очень перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70% живичного скипидара, 25% метанола, и 5% ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины, сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причём для перегонки применяются такие отходы дереводобычи как пни, кора и сучья. Выход топливных фракций достигает 100 килограммов с тонны отходов.

Биотопливо третьего поколения из водорослей. Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорнии, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1.000 м2. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 граммов водорослей с 1м2 в день. 200 тысяч гектаров прудов (это менее 0,1% земель США, пригодных для выращивания водорослей) могут производить топливо , достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру (для их производства хорошо подходит пустынный климат), однако требуется дополнительная температурная регуляция, защищающая выращиваемую культуру от ночных понижений температуры («похолоданий»). В конце 1990=х годов технология не была запущена в промышленное производство в связи с относительно низкой стоимостью нефти на рынке, менее 25 долл.за баррель. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, необходимого для выращивания водорослей. Данная технология выращивания культуры водорослей защищена от суточных колебаний температуры, не требует жаркого пустынного климата — то есть может быть применена практически на любой действующей ТЭЦ. Однако растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы, барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса, жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.