Каким образом не сжигая древесину газ или уголь можно получить тепловую энергию: Ставить крест на ископаемом топливе пока рано

Ставить крест на ископаемом топливе пока рано


Потребности в энергии увеличиваются на порядок быстрее роста численности населения

Аристотель придумал понятие «энергия» для обозначения активной человеческой деятельности, преобразующей мир. В наши дни степень прогресса и уровень развития цивилизации принято измерять количеством энергии, потребляемой человечеством, а также объемом располагаемой информации.

С момента зарождения современной цивилизации до конца ХХ в. происходил гиперболический рост населения Земли, а с появлением паровых машин в начале XIX в. мировое энергопотребление увеличивается пропорционально квадрату этого населения. В ХХ в. люди использовали больше энергоресурсов, чем за всю предыдущую историю, хотя с момента появления вида homo sapiens на Земле родились свыше 107 млрд человек.

Сегодня десятую часть всей электроэнергии в мире использует цифровая экономика, и в дальнейшем ее доля в глобальном энергопотреблении только возрастет. Даже смартфон может потреблять больше энергии, чем домашний холодильник, если учесть звонки, сообщения, пересылку фото и видео, зарядку, многочисленные «облачные» серверы, дата-центры и комплексы базовых станций радиосвязи. При этом мир электронных технологий не такой уж и чистый с экологической точки зрения, как кажется.

Потребности в энергии будут только возрастать. Если, по данным Международного энергетического агентства, в 2015 г. мировое энергопотребление составило 20,76 трлн кВт ч, то через 15 лет прогнозируется 33,4 трлн кВт ч (прирост на 60%), а к 2050 г. потребление энергии может удвоиться – до 41,3 трлн кВт ч.

Потребности увеличиваются, поскольку растет и численность населения, и материальное благополучие. Логично ожидать качественных изменений, которые преобразят мир. Но в вопросе, каким он будет, мнения экспертов расходятся. Пока тревогу бьют лишь экологи, предупреждая о катастрофических последствиях бума энергопотребления для окружающей среды.

Инерционный сценарий развития становится базовым

За последние 150 лет мировая энергетика выросла в 35 раз, но ее структура в наступившем XXI в. остается достаточно архаичной: 68% электричества вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива – угля, торфа, газа и нефтепродуктов. При этом доля угольной энергетики в мире превышает 40%, в то время как на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) приходится пока лишь 5% генерации, а доля атомных электростанций снизилась за последние четверть века в два раза до 10%.

Основной прирост мирового энергопотребления в ближайшие годы будет происходить за счет развивающихся стран, где энергоэффективность низка, а относительная бедность ограничивает развитие «зеленой» энергетики и ВИЭ. По данным ООН на 2015 г., около 1,5 млрд жителей Земли не знают, что такое электричество, а 3 млрд человек приходится ежедневно использовать дрова и органические остатки для приготовления пищи и отопления домов.

50 лет назад удельное потребление энергии на душу населения в развитых странах было в 20 раз выше, чем в развивающихся, сейчас разница сократилась до 7 раз, но все еще огромна. Эти обстоятельства, к сожалению, определяют инерционный сценарий развития энергетики на долгие годы вперед. Относительно дешевые нефть, газ и уголь, а также прагматичное нежелание отвлекать финансовые ресурсы на капиталоемкие и долгосрочные атомные проекты перевешивают любые соображения и доводы технического прогресса. Поэтому увеличение выработки электроэнергии будет происходить во многом за счет ископаемых углеводородов, а не ВИЭ, что бы ни говорили футурологи и эксперты.

Нефть и газ еще понадобятся

Ставить крест на угольной и нефтегазовой отрасли пока рано, учитывая постоянный рост глобального энергопотребления, в том числе и из-за развития цифровых технологий, увеличения числа автомобилей (электромобили тоже потребляют много энергии), а также чрезвычайно высокой доли тепловых электростанций в общей генерации (порядка 68%). Потребность в нефти в 2030 г. может достичь 6200 млн т, что намного превышает 4790 млн т в 2015 г.

Текущий сценарий развития энергетики скорее предполагает ренессанс нефти и газа, а не избавление от нефтяной зависимости. В ближайшие 15-20 лет на долю нефтепродуктов будет приходиться 30% выработки энергии, включая тепловую, на газ – 26%, при постоянном росте объемов генерации электроэнергии и потребности в углеводородах. Учитывая, что КПД современных теплоэлектростанций составляет 40-60% в зависимости от размеров, особенностей конструкции и используемого топлива, половина сжигаемых углеводородов превращается просто в продукты горения, прежде всего в углекислый газ, и выбрасывается в атмосферу. Экологические проблемы будут только нарастать, при том что уже сейчас ископаемые виды топлива дают 75% техногенной эмиссии диоксида углерода.

Некоторые утверждают, что мир спасут электромобили и солнечная энергия. К сожалению, это не так.

Энергетическая мифология и сценарии катастрофы

Массовый переход человечества на электромобили, а также заполнение обширных пустынь солнечными панелями – это сценарий катастрофы, и отнюдь не для нефтяных компаний, как кажется на первый взгляд, a для экологии.

Начнем с электромобилей. Общее количество эксплуатируемого автотранспорта, включая грузовики и автобусы, уже превышает 1 млрд. Через 15 лет число машин возрастет до 1,5 млрд. Используемая автомобилями энергия движения, то есть та самая мощность, что создается в бензиновых и дизельных двигателях, уже сейчас в 2,5 раза превышает суммарную вырабатываемую мощность всех электростанций Земли. То есть каждый автомобиль – это своего рода самодвижущаяся энергетическая установка. Представим, что будет, если сотни миллионов машин, вместо того чтобы, сжигая топливо в своих моторах, преобразовывать тепловую энергию в механическую и кинетическую для своего движения, станут массово потреблять электричество, две трети которого также вырабатываются на тепловых электростанциях путем сжигания углеводородов. Сколько десятков тысяч новых электростанций нужно построить для сотен миллионов электромобилей?

Электромобилям требуется порядка 350-400 Вт на 1 км. В процессе выработки такого количества энергии в атмосферу попадает 200 г углекислого газа. И это без учета потерь электричества в высоковольтных и распределительных сетях, в трансформаторах, на станциях зарядки, а также в аккумуляторах, кондиционерах и электросетях самих электромобилей. При том что для бензиновых двигателей норма выброса углекислого газа сейчас составляет 130 г на 1 км пути, и она должна быть снижена к 2020 г. до 95 г/км.

Получается парадокс: при существующей структуре мировой энергетики электромобили будут в два раза грязнее и опаснее для экологии Земли, чем обычные автомобили с бензиновыми двигателями. Просто проблема загрязнения воздуха городов будет перенесена за их пределы, но при этом многократно увеличится. А есть еще и проблема аккумуляторов, и не только с их утилизаций. Их производство наносит непоправимый ущерб окружающей среде – это тысячи тонн отработанной породы и кубометры жидких кислотных отходов. Цена такому электромобильному будущему – здоровье и жизнь сотен миллионов людей и настоящая климатическая катастрофа.

Но, может быть, решение проблемы, связанной с дополнительными гигаваттами электричества для электромобилей (и смартфонов), находится в сфере использования неисчерпаемого источника бесплатной энергии – солнечной? (Тут вспоминается строка Стругацких: «Счастье для всех. Даром. И пусть никто не уйдет обиженным».) Ведь поверхность Земли получает в ясную погоду эквивалент 0,7-1,3 кВт тепловой энергии на 1 кв. м. И есть гигантские малонаселенные пространства субтропических пустынь, которые можно застелить солнечными панелями и теоретически решить все проблемы.

К сожалению, даром ничего не бывает. Издержки солнечной энергетики (прямые и косвенные) невероятно высоки. Дело даже не в технологиях изготовления панелей фотоэлементов (об этом чуть дальше), а в том, что плотность потока солнечной энергии очень низка, при этом затраты на преобразователи, накопители, регуляторы, охладители и системы трансформации и передачи электричества огромны. А еще есть постоянная смена дня и ночи, сезонность и климатические факторы, делающие работу солнечных установок нестабильной. Эффективность солнечных элементов резко снижается при их нагреве. Как ни парадоксально, но в Якутии они будут работать гораздо эффективнее, чем, например, в Калифорнии, ведь 80% солнечной радиации уходит просто на нагрев панелей, а повышение температуры поверхности фотоэлемента всего на 10 градусов в два раза снижает его эффективность. Ежедневная эксплуатация обычного газотурбинного или мазутного электрогенератора на порядок дешевле и проще, чем сопоставимой по мощности солнечной электростанции.

Все это можно было бы пережить, если изготовить миллионы квадратных метров солнечных батарей для замены тепловых электростанций. Только экология этого не переживет. Ведь нужно будет дополнительно израсходовать миллионы тонн коксующего угля (нужный для солнечных элементов промышленный кремний получают путем восстановления из кремнезема или кристаллического диоксида кремния с помощью кокса в электродуговых печах при температуре 2000 градусов), различных горных пород, содержащих мышьяк, свинец и кадмий, моторного топлива, стали и пластика, тераватт электричества (вырабатываемого в основном на тепловых станциях). Сколько миллионов тонн углекислого газа и вредных примесей при этом попадет в атмосферу и что будет с почвами и водными источниками?

Эра газа и атома

Возобновляемые источники энергии – это локальные решения для мест, где строить большие электростанции экономически неэффективно. Лишь повсеместное развитие и массовое использование ядерной энергетики на новом качественном уровне безопасности и утилизации отходов (а в будущем и термоядерной энергетики) поможет человечеству обеспечить себя необходимым количеством энергии без превращения планеты в жаркую, отравленную газами, кислотами и солями тяжелых металлов пустыню.

Энергия универсальна, и переход человечества к электрическому миру когда-нибудь состоится, может, в следующем веке, но не в обозримой перспективе. Следующие 20-30 лет будут «эрой газа», гораздо более чистого, чем нефть и уголь, топлива. А если еще и появятся технологии добычи металлогидридов из земной коры, то бензин и дизель в автомобилях, мазут и уголь на электростанциях заменит собой водород – настоящее экологически безупречное топливо будущего.

Мнения экспертов банков, инвестиционных и финансовых компаний, представленные в этой рубрике, могут не совпадать с мнением редакции и не являются офертой или рекомендацией к покупке или продаже каких-либо активов

Новости СМИ2

Хотите скрыть рекламу?  Оформите подписку 
и читайте, не отвлекаясь

Параграф 9.

2 Методы и средства получения тепловой энергии

Главная сайта | В меню | Методы и средства получения тепловой энергии

Каким образом, не сжигая древесину, газ или уголь, можно получить тепловую энергию?

Тепловая энергия является одним из главных видов энергии, необходимых для жизни и деятельности людей. Эта энергия требуется для обогрева жилищ в холодное время года. Тепловая энергия нужна для приготовления пищи. С помощью этой энергии производится многое из того, в чём нуждаются люди: выплавляют из руды металлы, обжигают посуду из глины, режут и сваривают металлы и пластмассы.

Люди научились использовать тепловую энергию недр Земли, в частности энергию горячих подземных вод (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Получение и использование тепловой энергии недр Земли — и подземными водами

Тепловую энергию даёт излучение Солнца. Концентрируя линзами или зеркалами солнечные лучи, можно получить значительное количество тепловой энергии (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Солнечная печь во Франции, работающая на сфокусированных солнечных лучах

Источниками тепловой энергии являются горючие материалы и вещества, добываемые из недр Земли: горючие газы, нефть, каменный уголь, горючие сланцы (рис. 9.7, а, 6), а также торф и древесина (рис. 9.7, в). Тепловая энергия, получаемая от сжигания всех этих энергетических ресурсов, является основной в энергетике всех стран мира.

Рис. 9.7. Ископаемое и природное топливо: а — каменный уголь; б — горючий сланец; в — древесина

Начиная с 50-х годов 20 века в качестве источника тепловой энергии используют ядерную энергию. Ядра атомов металла урана при определённых условиях могут распадаться, образуя более лёгкие химические элементы. При этом выделяется очень большое количество тепловой энергии.

Например, при сгорании 1 г древесины удаётся получить столько энергии, сколько необходимо для горения лампочки мощностью 100 Ватт в течение 1 мин. Количества энергии, получаемой при сгорании 1 г каменного угля, достаточно для горения лампочки мощностью 100 Ватт в течение 2 мин, т. е. энергии получается в 2 раза больше. При «сгорании» (распаде ядер) 1 г уранового топлива выделяется такое количество энергии, которого хватило бы для освещения в течение 1 ч домов и улиц города с 60000 жителей.

Реакцией деления ядер урана люди научились управлять. В нашей стране и многих других странах построены тепловые атомные электростанции (рис. 9.8, а).

Рис. 9.8. Атомная электростанция (а) и атомная подлодка (б)

Ядерные реакторы успешно используются в авиации и судостроении, например в атомных подводных лодках (рис. 9.8, б).

Проверьте себя:

1. Как люди используют тепловую энергию недр Земли?

2. Назовите виды природного топлива для сжигания, с помощью которых люди получают тепловую энергию.

3. Какое вещество может дать наибольшее количество тепловой энергии?

Возьмите увеличительное стекло и сфокусируйте на ладони свет от лампы накаливания. Объясните, почему кожа чувствует тепло.

Можем ли мы отапливать здания без сжигания ископаемого топлива?

Загрузка

Планета Будущего | Изменение климата

(Изображение предоставлено Bere Architects)

Лаура Коул, 5 февраля 2020 г.

Мир в среднем становится теплее, но нам по-прежнему необходимо поддерживать в зданиях температуру, пригодную для жизни круглый год. Можно ли сократить выбросы, сохранив тепло зимой?

T

На первый взгляд, темные, капающие стоки Брюсселя кажутся маловероятным местом, где можно спрятать что-то особенно ценное. Но дождливый день раскрывает все.

Во время зимнего ливня кирпичные туннели превращаются в подземные водные горки. Свежий дождь льется из канализации на улице выше, присоединяясь к уже находящимся в канализации стокам из раковин, ванн, душевых и туалетов на их долгом пути вниз по течению. Объем этих жидкостей и, что особенно важно, их температура являются причиной того, что умы городских энергетиков находятся в канаве.

«Меня всегда поражала жара туннелей, — говорит Оливье Броерс, руководитель отдела инвестиций городской компании водоснабжения Vivaqua. Он впервые заметил дремлющий источник тепла в бельгийском городе 20 лет назад, когда работал над восстановлением туннеля. Он вспоминает дни, когда в городе был лед и снег, но, спустившись в люк, он обнаруживал, что в канализации температура воздуха 12-15 градусов. «Достаточно, чтобы запотеть мои очки», — вспоминает он.

В Брюсселе действует комбинированная канализационная система, в которой дождевая вода и сточные воды сбрасываются вместе (Фото: Лаура Коул)

Есть надежда, что это отработанное тепло, циркулирующее под улицами, может быть повторно поглощено из туннелей и использовано для обогрева домов. в городе выше.

Вам также могут понравиться:

  • Остров, которому предсказано исчезновение навсегда
  • Десять простых способов борьбы с изменением климата
  • Почему и как Future Planet считает углерод?

Использование тепла канализационной системы — это лишь один из способов уменьшить углеродный след отопления. Электрические обогреватели настолько же экологичны, насколько и их источник энергии, в то время как наиболее распространенные системы отопления, такие как газовые котлы и дровяные печи, по-прежнему полагаются на сжигание, при котором в атмосферу выделяется углекислый газ, который способствует глобальному нагреву. Ирония в том, что традиционные способы сделать наши дома безопасными и пригодными для жизни делают планету менее безопасной.

Но вполне возможно отапливать здания с очень небольшим количеством ископаемого топлива или вообще без него. От возврата к древним строительным материалам к альтернативным источникам тепла, таким как канализация и солнечный свет, становится все более возможным обогревать дома без выбросов CO2.

Туннельное зрение

В Бельгии на отопление жилых помещений приходится около 14% всех выбросов парниковых газов. Из этого тепла самый большой источник потерь — это то, что уходит в канализацию и канализацию. Чтобы попытаться компенсировать эту потерю, Броерс разработал прототип теплового преобразователя, который можно установить непосредственно в канализационных коллекторах.

Канализации кажутся маловероятным источником ценного тепла для домов, но их потенциал значителен и в значительной степени не содержит углерода (Фото: Getty Image)

Преобразователь представляет собой тонкую пластиковую трубку, наполненную водой, которая замыкается плотным зигзагом и соединяется с тепловым насосом над землей. Затем зигзаг закрепляется на дне канализационного туннеля. Когда туннель заполняется сточными водами, они проходят через преобразователь, нагревая запертую внутри него воду примерно до 11-13°С. Эта нагретая вода проходит через преобразователь вверх и выходит из канализации.

Над землей преобразователь подключается к тепловому насосу во второй части процесса. Тепловой насос, или «реверсивный холодильник», содержит контур жидкого хладагента с низкой температурой кипения. Тепла из канализации достаточно, чтобы испарить хладагент в газ. Затем тепловой насос сжимает этот газ и позволяет ему сконденсироваться, отдавая тепло воде, нагретой до 50-70°С — достаточно горячей, чтобы отапливать дома.

Тепловой насос по-прежнему оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Во-первых, хладагенты, используемые в механике, как и в кондиционировании воздуха, могут быть сильными парниковыми газами, если они протекают. «Тепловым насосам всегда нужен хладагент», — говорит Ханна Джонс, инженер-механик и директор британской энергетической консалтинговой компании Greengauge. «Поэтому продолжается поиск хладагентов с меньшей активностью парниковых газов». Тепловой насос также требует небольшого количества электроэнергии. Таким образом, если энергия не поступает из возобновляемого источника, система не является нулевым выбросом углерода.

Тем не менее, по словам Броерса, система производит в пять-шесть раз больше энергии, чем потребляет, и восстанавливает тепло, которое иначе было бы потрачено впустую. В целом, по его оценкам, 20 км канализационных труб, оснащенных преобразователями, могут сэкономить 26 000 тонн CO2 в год. Это примерно эквивалентно 4300 домохозяйствам, работающим на традиционных газовых котлах. «Кроме того, [канализация — это] инфраструктура, которая естественным образом ведет к большим частям города и ждет, чтобы ее использовали», — говорит Броерс.

В общей сложности канализационная система Брюсселя имеет около 1,900 км туннелей. Карты показывают, что туннели различаются по размеру, с небольшими притоками и более крупными автомагистралями, которые отражают сложность улиц выше. Не все туннели достаточно производительны, чтобы их можно было использовать для отопления, но анализ, проведенный Свободным университетом Брюсселя, показывает, что система может обеспечить до 35% города полностью возобновляемым теплом.

Другие города также изучают возможность извлечения тепла из канализации. Амштеттен в Австрии, Глазго в Великобритании и Роттердам в Нидерландах имеют свои собственные экспериментальные схемы.

Limehouse Cut в районе Доклендс на востоке Лондона имеет много новых энергоэффективных домов, но старые дома, как правило, очень неэффективны. (Фото: Getty Images)

другие основаны на принципах, имеющих очень долгую историю. Считается, что первыми сложными системами отопления были «ондоль», самой старой из которых 5000 лет на территории современной Северной Кореи. Дома ондоль были построены над полостью с огнем на одном конце и дымоходом на другом.

Горячий дым струился под половицами, согревая комнату наверху. Римляне придумали аналогичную идею 2000 лет назад, названную гипокаустом. Они строили большие виллы и бани на приподнятых ложах из небольших столбов, создавая пространства под комнатами. Система дымоходов перемещала горячий воздух из печи внизу в зазоры для обогрева полов снизу.

Поднимающееся тепло

Как ондолы, так и гипокаусты распределяют тепло от одного источника по нескольким комнатам по принципу подъема теплого, менее плотного воздуха. Сегодня в восточной части Лондона архитекторы пытаются построить то, что можно назвать обратным ондолом — забирая тепло сверху и направляя его обратно вниз.

На берегу Лаймхаус-Кат, одного из старейших каналов в городе, рядом со складами расположены новые жилые дома. Канал когда-то использовался для транспортировки мусора, большую часть которого составляло огромное количество угольной золы от отопления домов. В то время как уголь, его выбросы и отходы в значительной степени исчезли из этой области, большинство этих домов по-прежнему полагаются на методы отопления, которые выделяют углекислый газ — газовые котлы, которые несут ответственность за наибольшую часть выбросов CO2 от отопления жилых помещений в Великобритании.

Чтобы согреться зимой, не обязательно нужно способствовать климатическому кризису. (Фото: Getty Images) «Мы были подопытными кроликами в эксперименте по отоплению дома, — говорит Саиф Мухаммад. Дом его семьи был выбран в 2009 году компанией Southern Housing Group и компанией Bere:Architects, специализирующейся на устойчивой архитектуре, для пробного переоснащения старого дома футуристическими энергетическими возможностями. Преображение дома означает, что это один из самых «пассивных» ремонтов в Лондоне.

Ввиду отсутствия каминов и радиаторов единственным признаком высокотехнологичной системы отопления является вентиляционное отверстие размером с ладонь в верхней части стены в каждой комнате. Сердце деятельности, тепловой вентилятор, находится на чердаке.

Вровень с А-образной рамой вентилятор занимает примерно столько же места, сколько и посудомоечная машина. Трубки выступают из коробки, как осьминоги, и изгибаются вниз через полы и стены внизу, за исключением двух, которые соединены с крышей. Вентилятор работает, вытягивая теплый восходящий воздух через воздуховоды в ванных комнатах и ​​на кухне и превращая его тепло в теплый свежий воздух, который втягивается снаружи. Затем этот нагретый свежий воздух циркулирует в гостиных и спальнях внизу.

Саиф Мухаммед принимает участие в испытании системы отопления, предназначенной для рециркуляции теплого поднимающегося воздуха из домов обратно туда, где это полезно (Фото: Лора Коул)

Нагнувшись под балками, Мухаммед выдвигает ящик с фильтрами , которые используются для очистки воздуха, поступающего извне. Загрязненный городской воздух Лондона означает, что фильтры нужно менять каждые три месяца. Однако, по словам Мухаммеда, у фильтров есть дополнительный бонус: они уменьшают симптомы астмы у его отца.

Однако вентилятор был бы бесполезен, если бы не усилия по усиленной изоляции дома. До утепления дом был холодным и плохо отапливался. «Раньше у нас скапливался конденсат на всех окнах, потому что они были с одинарным остеклением», — говорит Мухаммед, вспоминая, как нужно было регулярно протирать стекло, чтобы вода не скапливалась на подоконниках. «Самая непосредственная разница была, когда вошли окна с тройным остеклением».

Ключевым элементом снижения углеродного следа дома является сохранение тепла, а не просто его увеличение.

«На изоляцию нужно затратить не меньше усилий, чем на источник тепла», — говорит Джастин Бере, архитектор, руководивший реконструкцией. «Нет смысла устанавливать более экологичный источник тепла, если тепло теряется через стены и окна». Тепловое изображение дома Мухаммеда ясно демонстрирует, как он удерживает энергию там, где другие, соседние с ним, пропускают тепло. Их дом представляет собой прохладный темный прямоугольник среди горячих желто-оранжевых соседей.

Правильная теплоизоляция дома очень заметно влияет на его способность удерживать вырабатываемое тепло, уменьшая углеродный след (Фото: Bere Architects)

Солнечная ловушка

В условиях северной европейской зимы вы можете не подумать, что солнечный свет способствует обогреву. Но при некоторой тщательной адаптации зданий может. Очевидный выбор солнечных тепловых панелей, однако обычные солнечные нагревательные панели еще недостаточно мощны для больших зданий. Они могут хорошо работать для производства тепла для отдельной ванной комнаты, но для крупномасштабного теплоснабжения требуется больше места, чем обычно доступно. Даже домам с самыми пассивными и энергоэффективными стандартами потребуется целая крыша из них.

Проблема пространства усугубляется, когда высота зданий превышает шесть этажей. У них более высокий спрос на энергию по сравнению с меньшей площадью для солнечных панелей. «Нам пришлось бы использовать и крышу соседа», — говорит бельгийский архитектор Себастьян Морено-Вакка.

Чтобы обойти это, архитекторы и эксперты по энергетике экспериментировали с идеей использования солнечной энергии. Семиэтажный многоквартирный дом в зеленом районе Валоуве в Брюсселе — один из новых примеров. Когда он был модернизирован в 2018 году, он получил накладку из впечатляющих деревянных балконов, которые соединяются со стенами под любопытными острыми углами.

Здание с балконами, расположенными под необычным углом, может повысить внутреннюю температуру на несколько критических градусов (Фото: A2M architects) но они также дают тень летом. Это спроектированная солнечная ловушка, которая может означать разницу в несколько желательных градусов в самые холодные месяцы и нежелательные градусы в самые теплые месяцы.

Но солнечные установки могут стать проблемой для старых зданий с защищенными фасадами. Так было с узнаваемой старой пивоварней на Брюссельском канале. Поскольку это здание внесено в список объектов культурного значения, архитекторам пришлось установить внутри стен солнечную оболочку. Эта структура толщиной 30 см управляет солнечным светом внутри здания с помощью жалюзи, которые поднимаются зимой, чтобы пропустить как можно больше солнечного тепла. «Будь то старое здание или новое — нет никаких оправданий несоблюдению этих энергетических стандартов», — говорит Морено-Вакка.

Конечно, высота солнца в небе неодинакова по всему миру. Углы тени для дома в высоких широтах Швеции, например, будут отличаться от дома в стране ближе к экватору. Каждому зданию нужны углы, соответствующие его положению на планете. К счастью, программное обеспечение упростило расчет солнечного излучения, оптимизировав формы солнечного излучения в соответствии с сезонным углом света в конкретных координатах здания.

В зависимости от того, где они находятся в мире, здания могут быть приспособлены для использования точного угла наклона солнца в зимнем небе (Фото: A2M Architects)

В Брюсселе повсеместными становятся здания, обращенные к солнцу. Пять лет назад город принял первый в мире закон о пассивном доме, согласно которому все новые здания и реконструируемые дома должны строиться в соответствии с высокими стандартами энергоэффективности. Эвелин Хьютебрук, бывший министр окружающей среды Брюссельского столичного региона, возглавила законопроект. «Это было моим главным приоритетом, потому что энергоэффективность была тем, где мы могли сократить выбросы двуокиси углерода больше всего», — говорит она.

С тех пор Брюссель стал столицей архитектуры пассивных домов. «Самое лучшее в этом то, что это стало нормальным, а не сложным», — говорит Морено-Вакка. «Строители и архитекторы приняли вызов».

Следуя примеру Брюсселя, Люксембург принял аналогичный закон в 2017 году. Другие города, такие как Ванкувер в Канаде, также стремятся к пассивной архитектуре для снижения выбросов. В прошлом году ряд пассивных муниципальных домов в Норидже, Великобритания, получил премию Стерлинга Королевского института британских архитекторов, своего рода «Оскар для архитектуры». Джонс, разработавший тепловую механику домов, говорит, что победа «показывает, что теплоэффективность теперь является главным приоритетом».

Когда дело доходит до перехода к нулевому выбросу углерода, многообещающей целью является отопление. Передовые технологии могут сделать поступающую энергию более возобновляемой и менее расточительной. И в более широком смысле, эти проекты касаются адаптации систем отопления к окружающей среде вокруг них, от извлечения окружающего тепла из канализации внизу до учета точного угла наклона солнца в зимнем небе.

Вместо того, чтобы противопоставлять наши системы отопления окружающей среде, их можно перепроектировать, чтобы максимально использовать ее.

—

Выбросы во время путешествия, которое потребовалось, чтобы сообщить об этой истории, составили 3,5 кг CO2, путешествуя на автобусе, метро, ​​трамвае и велосипеде. Цифровые выбросы от этой истории оцениваются в 1,2-3,6 г CO2 на просмотр страницы. Узнайте больше о том, как мы рассчитали эту цифру, здесь.

—

Присоединяйтесь к миллиону поклонников Future, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter или Instagram.

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельный информационный бюллетень bbc. com под названием «Основной список». Подборка историй из BBC Future, Culture, Worklife и Travel, доставляемых на ваш почтовый ящик каждую пятницу.

;

Альтернативы угольным электростанциям — Global Energy Monitor

По оценкам 2009 г., уголь используется для производства примерно 41% электроэнергии в мире, еще 13% (717 млн ​​тонн) используется для производства железа и стали, и меньший процент для производства цемента. [1] В этой статье обсуждаются некоторые из предлагаемых альтернатив угольным электростанциям, включая различные формы возобновляемой энергии, энергосбережение и эффективность, природный газ, биомассу и ядерную энергию.

Содержание

  • 1 Возобновляемая энергия
  • 2 Программы сохранения и повышения эффективности как альтернатива углю
  • 3 Природный газ как альтернатива углю
  • 4 Биомасса как альтернатива углю
    • 4.1 Воздействие на окружающую среду
    • 4.2 Воздействие на здоровье
  • 5 Атомная энергетика как альтернатива углю
  • 6 статей и ресурсов
    • 6. 1 Связанные статьи GEM.wiki
    • 6.2 Ссылки
    • 6.3 Внешние предметы
      • 6.3.1 Общие
      • 6.3.2 Веб-сайты
      • 6.3.3 Организации

Возобновляемая энергия

Возобновляемая энергия определяется Министерством энергетики США как энергия, полученная «из ресурсов, которые являются регенеративными или для всех практических целей не могут быть истощены. Типы возобновляемых источников энергии включают движущуюся воду (гидроэнергетика, приливы и волны энергия), температурные градиенты в океанской воде, биомасса, геотермальная энергия, солнечная энергия и энергия ветра. Твердые бытовые отходы (ТБО) также считаются возобновляемым источником энергии». [2]

Микрогенерация — это производство возобновляемой, нулевой или низкоуглеродной тепловой и электрической энергии отдельными лицами, малыми предприятиями и сообществами для удовлетворения собственных потребностей в энергии, что может сгладить спрос на электрические сети. [3]

Вот несколько статей, в которых возобновляемые источники энергии рассматриваются как альтернатива углю:

  • Геотермальная энергия как альтернатива углю — Геотермальная энергия (от греческих корней geo, что означает земля, и thermos, что означает тепло) представляет собой энергию, извлекаемую из тепла, накопленного в земле. Геотермальная энергия вырабатывается в ядре Земли, где температура выше, чем на поверхности Солнца, постоянно создается медленным распадом радиоактивных частиц. [4] Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) используют технологию добычи тепла для извлечения и использования запасенной тепловой энергии Земли. В отчете Массачусетского технологического института за 2006 год, финансируемом Министерством энергетики США, говорится, что ресурсы EGS в США намного превышают потребление энергии в стране в 2005 году, и что при инвестициях в исследования и разработки в размере 1 миллиарда долларов в течение 15 лет EGS может производить электроэнергию для всего 3,9 цента/кВтч. [5]
  • Фотогальваническая энергия как альтернатива углю — Фотогальваника (PV) представляет собой массив элементов, содержащих солнечный фотоэлектрический материал, который преобразует солнечное излучение в электричество постоянного тока. Материалы, используемые в настоящее время для фотогальваники, включают монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, микрокристаллический кремний, теллурид кадмия и селенид/сульфид меди-индия. [6]
  • Тепловая солнечная энергия как альтернатива углю — Солнечная тепловая энергия (СТЭ) представляет собой технологию использования солнечной энергии для получения тепловой энергии (тепла). [7]
  • Энергия ветра как альтернатива углю. Энергия ветра представляет собой преобразование энергии ветра в полезную форму энергии, например, использование ветряных турбин для производства электроэнергии, ветряных мельниц для получения механической энергии, ветряных насосов для откачка воды или дренажа, или паруса для движения кораблей. В конце 2009 г., мировая паспортная мощность ветряных генераторов составляла 159,2 гигаватт (ГВт), а производство энергии составляло 340 тераватт-час (ТВтч), или около 2% мирового потребления электроэнергии. [8]

В отчете 2010 г. «За пределами обычного бизнеса: исследование будущего без угля и ядерной энергии в США » Synapse Energy Economics было обнаружено, что «агрессивные инвестиции» в более эффективные технологии во всех секторах экономики США может снизить потребление электроэнергии в стране на 15% по сравнению с требованиями 2010 года или более чем на 40% по сравнению со сценарием «обычного ведения бизнеса», изложенным Управлением энергетической информации США, которое прогнозирует рост потребления энергии до 2035 года. В отчете Synapse отмечается, что коммунальные предприятия в нескольких штатах уже достигают экономии на этом уровне.

Согласно работе, проведенной для Калифорнийской комиссии по коммунальным предприятиям (CPUC) о том, как соблюдать закон AB32 (Калифорнийский закон о решениях глобального потепления), энергоэффективность является самой дешевой альтернативой сжиганию угля. Калифорния сократила ежегодный пиковый спрос на 12 ГВт — и общий спрос примерно на 40 000 ГВтч — благодаря различным программам повышения энергоэффективности за последние три десятилетия. За время их существования стоимость программ повышения эффективности составляла в среднем 2-3 цента за кВт. Согласно этому исследованию, если бы в каждом штате было электричество на душу населения, как в Калифорнии, потребление электроэнергии снизилось бы примерно на 40%. [9]

В 2004 г. Американский совет по энергоэффективной экономике (ACEEE) опубликовал исследование, в котором обобщаются результаты одиннадцати исследований потенциала энергоэффективности по всей стране. Исследование показало результаты «технической» (т.е. не ограниченной экономикой или практической реальностью реализации) экономии в диапазоне от 18% до 36%, «экономического» (т.е. ограниченного по стоимости) потенциала в диапазоне от 13% до 27% и «достижимого». (т.е. ограниченный скоростью фактического принятия) потенциал в диапазоне от 10% до 33%. Сроки реализации потенциальной экономии варьировались от 5 до 20 лет. [10] В целом обзор исследований показал, что достижимый потенциал экономии электроэнергии составляет около 1,2% за год реализации программы. [10]

Природный газ, часто называемый просто газом, состоит в основном из метана. Он связан с ископаемым топливом, в угольных пластах, в виде клатратов метана и создается метаногенными организмами на болотах, трясинах и свалках. Он обычно используется в проектах по конверсии угольных электростанций, поскольку считается более чистым топливом. Однако природный газ, производя меньше углекислого газа, чем уголь или нефть, выбрасывает углерод в атмосферу. Прежде чем природный газ можно будет использовать в качестве топлива, он должен пройти обширную переработку природного газа для удаления почти всех материалов, кроме метана. Побочные продукты этой переработки включают этан, пропан, бутаны, пентаны и углеводороды с более высокой молекулярной массой, элементарную серу, двуокись углерода, водяной пар, а иногда и гелий и азот.

Природный газ является основным источником производства электроэнергии за счет использования газовых и паровых турбин. Природный газ сгорает более чисто, чем другие ископаемые виды топлива, такие как нефть и уголь, и производит меньше углекислого газа на единицу высвобождаемой энергии. Для эквивалентного количества тепла при сжигании природного газа образуется примерно на 30% меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти, и примерно на 45% меньше, чем при сжигании угля. [11] Однако радиационное воздействие метана — мощного парникового газа — в 72 раза больше, чем у двуокиси углерода, усредненное за 20 лет (или в 25 раз больше, чем у двуокиси углерода, усредненное за 100 лет), и считается, что использование природных газа в больших масштабах будет означать, что повышенное количество метана будет просачиваться в атмосферу. [12]

Основная трудность при использовании природного газа связана с его транспортировкой и хранением из-за его низкой плотности. Трубопроводы природного газа экономичны, но непрактичны через океаны. Многие существующие трубопроводы в Северной Америке близки к исчерпанию своей пропускной способности, что побудило некоторых политиков, представляющих более холодные регионы, публично заявить о потенциальной нехватке. В Европе сеть газопроводов уже плотная на Западе. [13]

Большая часть оставшихся внутренних запасов газа представляет собой так называемые «нетрадиционные» залежи, заключенные в формациях сланца, угля и песчаника. Чтобы высвободить газ, компании закачивают в землю химикаты, песок и воду под высоким давлением, чтобы раздробить горные породы. Этот процесс называется гидроразрывом. Жидкости для гидроразрыва пласта содержат ядовитую смесь нефтяных дистиллятов — бензола, толуола и других канцерогенов (точный рецепт — коммерческая тайна). Затем трещиноватые пласты обезвоживаются для выпуска газа. [14]

В 2005 году Конгресс освободил газовых бурильщиков от положений Закона о безопасной питьевой воде, приняв «лазейку Halliburton», вставленную в закон по просьбе бывшего руководителя Halliburton, а затем вице-президента Дика Чейни. Законопроект об энергетике 2005 года также освободил бурильщиков от положений Закона о чистой воде, касающихся ливневых стоков. Кроме того, Конгресс предоставил исключения из определенных положений Закона о чистом воздухе, Закона о национальной экологической политике и Закона о планировании действий в чрезвычайных ситуациях и о праве общества на информацию, что позволяет газовым компаниям не сообщать о своих токсичных выбросах в Агентство по охране окружающей среды (EPA) по выбросам токсичных веществ. Инвентаризация». [14]

Природоохранная группа American Rivers сообщила в июне 2010 года, что река Верхний Делавэр в настоящее время является «рекой, находящейся под угрозой исчезновения» в Соединенных Штатах из-за бурения скважин на природный газ в Нью-Йорке и Пенсильвании. Группа утверждала, что бурение выше Marcellus Shale с использованием гидравлического разрыва пласта для извлечения 3 и 9 миллионов галлонов воды на буровую скважину подвергнет реку дополнительной опасности. В отчете American Rivers отмечается, что «только две компании — Chesapeake Appalachia и Statoil — объявили о своем намерении разработать до 17 000 газовых скважин в регионе в ближайшие 20 лет». [15] В документальном фильме «Газленд» показано, как домовладельцы рассказывают о том, как их вода обесцвечивалась или начинала пузыриться, так как рядом с их водоснабжением начались операции по добыче газа. В некоторых общинах люди смогли поджечь воду, вытекающую из их кранов, потому что химические вещества, полученные в процессе бурения природного газа, просочились в воду, событие, задокументированное в фильме. [16]

Термин биомасса обычно включает любой органический материал, который не является ископаемым топливом. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) определяет биомассу как «любое органическое вещество растительного происхождения. Биомасса, доступная для производства энергии, включает травянистые и древесные энергетические культуры, сельскохозяйственные пищевые и кормовые культуры, отходы и остатки сельскохозяйственных культур, древесные отходы и остатки, водные растения, и другие отходы, включая некоторые бытовые отходы». [17]

Воздействие на окружающую среду

Большинство проектов конверсии угольных электростанций на сегодняшний день сосредоточено на переходе на источники топлива из биомассы. Биомасса обычно включает любой органический материал, который не является ископаемым топливом. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) определяет биомассу как «любое органическое вещество растительного происхождения. Биомасса, доступная для получения энергии на устойчивой основе, включает травянистые и древесные энергетические культуры, сельскохозяйственные продовольственные и кормовые культуры, отходы и остатки сельскохозяйственных культур, древесные отходы и отходы. , водные растения и другие отходы, включая некоторые бытовые отходы». [18]

Поддержка биомассы экологическим сообществом неоднозначна. Сторонники определяют биомассу как улучшение по сравнению с углем, рекламируя преимущества, которые включают значительное сокращение выбросов диоксида серы, оксидов азота и ртути. [19]

Однако критики отмечают, что никакие технологии сжигания на самом деле не снижают выбросы парниковых газов и что основное внимание в новой энергетической политике должно быть сосредоточено на энергосбережении и технологиях с нулевым уровнем выбросов, таких как геотермальная, ветровая и солнечная энергия. [20] Кроме того, хотя технологии биомассы могут рекламироваться как углеродно-нейтральные из-за улавливания CO2 биомассой перед сжиганием, на практике это может быть не так. Исследования показывают, что в действительности для удаления из атмосферы углерода, выделяемого при сжигании, потребуются десятилетия из-за продолжительности времени, необходимого для пополнения заготовленного древесного и растительного материала и повторного связывания эквивалентного количества CO 2 . [21]

Биомасса также связана с другими проблемами. Что касается выбросов, он выделяет примерно такое же количество твердых частиц, что и уголь, и на пятьдесят процентов больше окиси углерода и двуокиси углерода. Проведенное в Массачусетсе в 2010 году исследование «Устойчивость использования биомассы и углеродная политика» показало, что при выработке 135 МВт энергии из биомассы образуется 482 тонны оксидов азота, 617 тонн монооксида углерода, 165 тонн твердых частиц и 2,2 миллиона тонн CO 9 .0293 2 . [21] Исследование, проведенное в 2010 году по заказу природоохранных органов штата Массачусетс, также показало, что электричество, работающее на биомассе, приведет к 3-процентному увеличению выбросов углерода по сравнению с электричеством, работающим на угле, к 2050 году, если эти деревья будут вырублены в Нью-Йорке. Леса Англии. [22] [23]

Крупномасштабное культивирование и сплошная рубка биомассы также влечет за собой серьезные последствия для среды обитания диких животных, биоразнообразия, водоснабжения, а также потенциальное истощение наземных поглотителей углерода. [24] [25] .

Воздействие на здоровье

По данным Biofuels Watch и Американской ассоциации легких Новой Англии, большинство электростанций, работающих на биомассе, выделяют токсичные вещества, загрязняющие воздух, в зависимости от контроля загрязнения воздуха на объекте, которые вызывают астму, болезни сердца, дыхательную недостаточность и создать другие медицинские осложнения. Что касается выбросов дымовых труб, которые больше всего влияют на изменение климата и здоровье населения, — двуокиси углерода, NOx и твердых частиц на единицу произведенной энергии, — считается, что сжигание биомассы хуже, чем сжигание угля. Кроме того, эти растения выделяют самые вредные токсины: и диоксин, и ртуть. Выбросы твердых частиц вызывают серьезную озабоченность, поскольку они хуже, чем выбросы угольных электростанций на мегаватт произведенной электроэнергии. Американская ассоциация легких Новой Англии заявила, что «сжигание биомассы может привести к значительному увеличению выбросов оксидов азота, твердых частиц и диоксида серы и оказать серьезное воздействие на здоровье детей, пожилых людей и людей с заболеваниями легких». В 2009Ассоциация призвала Конгресс исключить сжигание биомассы из федерального законодательства о климате. [26]

Медицинское общество Массачусетса (представляющее 22 000 врачей и издателя Медицинского журнала Новой Англии) в феврале 2010 г. заявило законодательному собранию штата Массачусетс, что сжигание биомассы представляет «неприемлемый риск для здоровья населения, увеличивая загрязнение воздуха.» [27]

Атомная энергия – это энергия (обычно электрическая), полученная в результате управляемых ядерных реакций. Коммерческие установки, используемые до сих пор, используют реакции ядерного деления. Реакторы электроэнергетики нагревают воду для производства пара, который затем используется для выработки электроэнергии. Около 15% электроэнергии в мире приходится на атомную энергетику, несмотря на опасения по поводу безопасности и обращения с радиоактивными отходами. [28]

Негативные эффекты ядерной энергетики включают радиоактивные отходы, такие как обедненный уран, высокие первоначальные инвестиции в строительство завода (и, следовательно, большие государственные субсидии), медленное внедрение, большое использование воды и риск ядерного распространения, а также ядерные аварии, такие как Чернобыль. Преимущества включают более низкие выбросы углекислого газа и высокое потребление электроэнергии. Есть также надежда, что будущие ядерные технологии будут производить больше энергии и меньше отходов. Чтобы узнать больше, перейдите в раздел Атомная энергетика как альтернатива углю.

Статьи и ресурсы

Связанные статьи GEM.wiki

  • альтернативные виды топлива
  • Закон о чистой энергии от 2007 г.
  • изменение климата / глобальное потепление
  • Концентрация солнечной энергии в землепользовании
  • Программы сохранения и повышения эффективности как альтернатива углю
  • Энергетический бюллетень
  • Геотермальная энергия как альтернатива углю
  • Национальная комиссия по энергетической политике
  • Национальная энергетическая политика
  • Атомная энергетика как альтернатива углю
  • Ядерный PR
  • истощение масла
  • пиковое масло / пиковое масло: у нас есть масло
  • Кокус пика нефти
  • Фотоэлектрическая энергия как альтернатива углю
  • Возобновляемая и устойчивая энергия APG
  • Ричард Х. Трули
  • Тепловая солнечная энергия как альтернатива углю
  • Налоговые льготы США для возобновляемых источников энергии
  • Энергия ветра как альтернатива углю

Ссылки

  1. ↑ Всемирный институт угля, «Статистика угля», веб-сайт Всемирного института угля, сентябрь 2009 г.
  2. ↑ Министерство энергетики США, «Глоссарий терминов, связанных с энергетикой», Глоссарий терминов, связанных с энергетикой , по состоянию на ноябрь 2008 г.
  3. ↑ «Что такое микрогенерация?» Джеймс Кирстед, 13 сентября 2005 г.
  4. ↑ Веб-сайт ОВОС «Геотермальная энергия», по состоянию на декабрь 2009 г.
  5. ↑ Джефферсон В. Тестер и др., «Будущее геотермальной энергии — влияние усовершенствованных геотермальных систем (EGS) на Соединенные Штаты в 21 веке», Айдахо-Фолс: Национальная лаборатория Айдахо, Массачусетский технологический институт, 2006.
  6. ↑ Марк З. Джейкобсон, «Обзор решений проблем глобального потепления, загрязнения воздуха и энергетической безопасности», отчет 2009 г.
  7. ↑ Джон Маркман, «Пришло время светить солнечной энергии» MSN Money, 5 июня 2008 г.
  8. ↑ «Отчет о мировой ветроэнергетике за 2009 г.» (PDF), Всемирная ассоциация ветроэнергетики, февраль 2010 г.
  9. ↑ «Возможно ли 450 частей на миллион?» КлиматПрогресс, 8 мая 2008 г.
  10. ↑ 10.0 10.1 Стивен Надель, Анна Шипли и Р. Нил Эллиотт, «Технический, экономический и достижимый потенциал энергоэффективности в США — метаанализ последних исследований», Американский совет по энергетике. Летнее исследование по энергоэффективности зданий, проведенное в рамках эффективной экономики, 2004 г. (файл в формате PDF)
  11. ↑ Природный газ и окружающая среда
  12. ↑ Четвертый оценочный доклад МГЭИК
  13. ↑ Gas Infrasturcture Europe, получено 18 июня 2009 г.
  14. ↑ 14.0 14.1 «Грязная правда о чистом природном газе» Пол Толме, National Wildlife , 15 мая 2010 г.
  15. ↑ «Познакомьтесь с рекой, находящейся под угрозой исчезновения, благодаря индустрии бурения природного газа» Нора Айзенберг, Alternet. org, 4 июня 2010 г.
  16. ↑ «Джош Фокс: Жизнь посреди Газленда» NPR, 25 июня 2010 г.
  17. ↑ «Глоссарий терминов по биомассе», NREL, по состоянию на июль 2009 г.
  18. ↑ «Глоссарий терминов по биомассе», NREL, по состоянию на июль 2009 г.
  19. ↑ Определение биомассы: часто задаваемые вопросы, Государственный центр экологических ресурсов, по состоянию на июль 2009 г.
  20. ↑ Майк Юолл, «Острые проблемы с биомассой», Energy Justice, по состоянию на июль 2009 г.
  21. ↑ 21.0 21.1 «Вредное воздействие производства энергии из биомассы: подрыв борьбы с глобальным потеплением», Массачусетский экологический энергетический альянс, по состоянию на июль 2009 г..
  22. ↑ «Массовое исследование: древесина хуже загрязняет окружающую среду, чем уголь» Стив Лаблан, Associated Press, 10 июня 2010 г.
  23. ↑ Эрта Джейн Мельцер, «Исследование показало, что при сжигании древесины выделяется больше парниковых газов, чем при сжигании угля» Michigan Messenger, 11 июня 2010 г.
  24. ↑ Брифинг по биомассе, июль 2009 г., Massachusetts Envrionmental Energy Alliance, июль 2009 г.
  25. ↑ «Исправление критической ошибки учета климата» Т. Поискгер и др., Science , октябрь 2009 г.
  26. ↑ «Biofuels Watch Biomass Page» Biofuels Watch, по состоянию на 13 мая 2010 г.
  27. ↑ [ttp://www.lungusa.org/get-involved/advocate/advocacy-documents/Letter-to-Reps-Henry-Waxman-and-Edward-Markey-re-American-Clean-Energy-and-Security -Act.pdf «Заявление о позиции биомассы»] Американская ассоциация легких, декабрь 2009 г.
  28. ↑ Союз обеспокоенных ученых «Ядерная энергетика 101», по состоянию на декабрь 2009 г.

Внешние предметы

Общие
  • Возможно ли 450 ppm: часть 5 Climate Progress
  • возобновляемых источников энергии в Википедии .
  • «База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности» (включает интерактивную карту).

    • Руководство

  • : «Некоммерческие организации мира, занимающиеся возобновляемыми источниками энергии».