План по возобновляемой энергии на 2030 год

Несмотря на все недавние негативные объявления, касающиеся ископаемого топлива, нефть и природный газ были полезны для развития нашего современного мира. Он помогал населению после наступления темноты, перевозил товары по всему миру и способствовал развитию технологий. Однако использование ископаемого топлива также имело много негативных последствий: оно вызвало серьезное загрязнение, политический конфликт, экономический контроль и полную зависимость стран, которые не имеют этого природного ресурса.

Запасы ископаемого топлива ограничены и расположены только в некоторых регионах мира. Спрос на ископаемое топливо вызывает конфликты, которые угрожают миру. Страны с достаточными запасами ископаемого топлива могут угрожать безопасности и экономике зависимых от них стран. Кроме того, было сделано много оценок количества ископаемого топлива, остающегося в мире. Эти оценки зависят от роста населения и в какой степени фактическое потребление ископаемого топлива увеличится в ближайшем будущем. Эти оценки показывают, что около 35 лет нефти, 37 лет природного газа и 107 лет угля достаточно (1). В дополнение к негативным последствиям использования этих видов топлива для окружающей среды, существует ограниченный запас ископаемого топлива, что приведет к использованию другой формы энергии. Это ограниченное предложение и высокий спрос неизбежно увеличат цены. Вот почему конец дешевой нефти быстро приближается.

Использование ископаемого топлива для удовлетворения глобальных энергетических потребностей вызывает вредные побочные эффекты для людей, растений и животных. Отходы этих видов топлива нагревают атмосферу Земли и загрязняют воздух, воду и землю. Это ухудшает условия жизни всех видов земли. Помимо того, что загрязнение опасно для нашей экосистемы и здоровья многих видов, загрязнение также меняет атмосферу мира. Эта тенденция называется глобальным потеплением и будет продолжать ухудшаться из-за увеличения сжигания ископаемого топлива для производства электроэнергии из-за растущего населения мира. При сгорании бензина в атмосферу выбрасываются оксид углерода, оксиды азота и несгоревшие углеводороды. Катализаторы уменьшают большую долю примесей, но они не идеальны. У многих городов теперь есть опасные уровни озона в воздухе. Мир нуждается в источнике энергии с низким уровнем выбросов, энергоэффективным и неограниченным запасом топлива для растущего населения мира.

Многие альтернативные энергетические технологии были исследованы и разработаны. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра, биоэнергетика, геотермальная энергия и многое другое. Солнечные элементы используют солнце для выработки электричества, энергия ветра получается из кинетической энергии ветра, биоэнергия получается из растений, а геотермальная энергия — это энергия из земли. Каждый из этих альтернативных источников энергии имеет свои преимущества и недостатки, и все они находятся на разных стадиях развития.

Для большинства стран мира, если бы поставки ископаемого топлива были прекращены, вся экономика остановилась бы. Люди не могли бы ходить на работу или использовать электричество в своих домах или на рабочих местах. Население планеты использует нефтепродукты в 100 000 раз быстрее, чем их образование. Соединенные Штаты в настоящее время импортируют 70% нефти и продолжают расти. Около 80% всей энергии в мире поступает из ископаемых источников энергии (2). По оценкам Международного энергетического агентства (3), к 2030 году глобальный спрос на энергию увеличится примерно на 45%. Стоимость удовлетворения этого спроса на энергию оценивается в 20 триллионов долларов США (2, 3). Следовательно, поскольку в ближайшие годы необходимо потратить так много денег на инвестиции в энергетическую инфраструктуру, это дает возможность заменить инфраструктуру ископаемого топлива инфраструктурой возобновляемых источников энергии. Американские электростанции, работающие на угле и ископаемом топливе, уже достаточно старые, потому что по крайней мере половина электростанций была построена до 1970 года. Если самые старые электростанции будут выведены из эксплуатации первыми, переход на альтернативное производство энергии может быть простым без снятия с эксплуатации электростанции и № 39; преждевременно.

Хотя спрос на нефть растет, мировая добыча нефти достигла пика в 2005 году (1). В 2006 году среди стран, которые имели значительный процент возобновляемых источников энергии, были Канада (16%), затем Франция (6%), Италия (6,5%), Германия (5,6%) и Соединенные Штаты (4, 8%) и Великобритания (1,7%) (8). Мировое сообщество достигло точки, когда будущие потребности в энергии должны быть сбалансированы с будущими экономическими и экологическими потребностями. Теперь у нас есть реальная возможность изменить то, как наша экономика использует энергию, предотвратить дальнейшее загрязнение, и мы можем помочь обеспечить более безопасное будущее.

О глобальном потеплении

Для всех вас, согретых глобальным потеплением — продолжайте читать!

Всем известно, что определение глобального потепления — это значительное повышение температуры Земли за короткий промежуток времени из-за действий человека. Повышение температуры на 0,4 ° C является значительным в течение столетия, а повышение на 1 ° C считается глобальным потеплением. Хотя 1 или 2 ° C могут показаться небольшими, небольшие изменения температуры могут оказать существенное влияние. Когда вы слышите термин «ледниковый период», вы, вероятно, думаете о мире, покрытом снегом и льдом. Ледниковые периоды происходят каждые 50 000–100 000 лет, а средняя глобальная температура была всего на 5 ° C ниже, чем сегодня (4, 5, 6).

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) — это группа из более чем 2500 ученых из разных стран мира, которые собрались в 2007 году для ускорения исследований климата. Одним из выводов этой встречи было то, что последние 15 лет были самыми теплыми с 1850 года. Некоторые из их наблюдений заключались в том, что ледники и снег выпали в северном и южном полушариях, а средняя температура в Арктике удвоилась за последние 100 лет. Дожди усилились в Северной и Южной Америке, Северной Европе и некоторых частях Азии, а также в Южной Африке и в Средиземном море, тенденция к высыханию. В целом жаркие дни стали более частыми во всем мире, а холодные дни стали менее частыми и более суровыми (4-7).

Естественные климатические изменения, такие как нагревание из-за вулканической активности, солнечной радиации и изменений в химии атмосферы, иногда требуют тысячелетий, чтобы изменить только 1 ° C. Текущая концентрация углекислого газа (CO2), определенная из кернов льда (180–300 ppm), составляет намного больше, чем естественный ареал за последние 650 000 лет. Если концентрация CO2 возрастет до 400-440 промилле и останется на этом уровне, возможное повышение температуры составит около 2,4-2,8 ° C (4-7).

Чтобы стабилизировать CO2, он должен достичь пика, а затем упасть. Чем раньше это произойдет, тем ниже будет максимальный уровень стабилизации. Согласно МГЭИК, для стабилизации эквивалентных концентраций CO2 около 445-490 промилле, выбросы CO2 должны достичь своих максимальных уровней к 2015 году (самое позднее), а затем упасть до 50-85% ниже уровня 2000 года. К 2050 году. Поздний пик и более высокие концентрации приведут к повышению температуры.

Видение будущего

Есть много способов создать «светлое будущее» с помощью возобновляемых источников энергии. Нет единого ответа для нашей будущей энергетической системы. Будущее управление энергией будет состоять из множества технологий использования возобновляемых источников энергии — ветряных, солнечных, геотермальных и топливных элементов. Технология для достижения этого либо доступна, либо уже находится в стадии разработки. Вот некоторые из задач, которые нам нужно выполнить:

Постройте индустрию, основанную на альтернативных энергетических технологиях
Уменьшите затраты энергии
Ограничить изменение климата
Повысить энергетическую безопасность
Помогите создать условия для долгосрочного процветания
Для выполнения этих задач нам потребуется:

Используйте комбинацию силы ветра (как на суше, так и на море)
Используйте как концентрические, так и стандартные фотоэлектрические системы
Используйте геотермальные системы
Используйте системы топливных элементов, которые производят водород электролизом
Использовать биомассу и коммунальные отходы
Чтобы успешно создать общество, основанное на возобновляемой энергии, должен быть способ хранения энергии, потому что возобновляемая энергия (солнечная и ветровая) прерывается. Солнечная и ветровая энергия являются отличными методами получения энергии из природных ресурсов, но уровни солнечного света и интенсивности ветра различны. Когда эти источники недоступны — электричество не может быть произведено. Когда производится большое количество энергии, водород может генерироваться из воды. Затем водород можно хранить для последующего использования.

Когда речь идет о топливе, водород является одним из самых мощных видов топлива. Водород — самый распространенный элемент во вселенной; однако, он не существует в чистом виде на земле. Следовательно, его необходимо извлекать из обычных видов топлива или воды. Наиболее распространенным способом получения водорода является паровой риформинг природного газа. Он также может быть извлечен из угля, ядерной энергии, биотоплива и даже отходов. Водород также может быть получен с использованием воды в процессе электролиза. Электролиз разделяет воду на водород и кислород с помощью электричества. Формы возобновляемой энергии, такие как фотоэлементы, энергия ветра, гидроэнергетика и геотермальная энергия, все чаще используются для выработки электроэнергии, а избыточное электричество может использоваться в электролизе. Водород можно использовать или хранить для выработки электроэнергии позже.

Электричество для частного и коммерческого использования

Электричество для жилых и коммерческих целей может быть произведено с использованием комбинации ветровых, солнечных и водородных топливных элементов. Косвенные решения и сотрудничество между корпорациями, коммунальными службами и частными лицами также будут необходимы для успешного перехода к возобновляемой, водородной и энергоэффективной экономике. Корпорации должны будут производить энергосберегающую электронику и устройства, которые минимизируют потребление энергии и автоматически отключаются, когда они не используются. Службы и правительства должны побуждать людей использовать меньше энергии, а люди должны лучше знать количество энергии, которую они используют. Существуют убедительные доказательства того, что увеличение спроса на электроэнергию может быть уменьшено путем использования более энергоэффективных устройств и оборудования, путем введения строительных норм, финансовых стимулов и помощи людям в добровольном сокращении потребления энергии.

Министерство энергетики США недавно провело исследование, которое изучало энергию ветра и обнаружило, что реализация 20 ГВт к 2030 году возможна. Если это произойдет, это составит около 50% от прогнозируемого потребления энергии в США в 2030 году. Одним из преимуществ энергии ветра является то, что она не занимает много места — башни могут быть размещены на пахотной земле (и только вокруг где-либо еще) без помех.

Солнечная фотогальваника (PV) — это технология, которая может быть немедленно использована, и продажи сильно выросли за последнее десятилетие. Тем не менее, он по-прежнему имеет небольшую долю рынка из-за высокой стоимости солнечных батарей. Концентрация солнечной энергии может быть принята быстрее, чем обычные солнечные технологии, потому что затраты начинают конкурировать с традиционными энергетическими технологиями. Концентрация систем солнечной энергии позволяет электростанциям генерировать электричество от Солнца в большем масштабе, что, в свою очередь, позволяет потребителям использовать солнечную энергию без инвестиций в личные системы солнечной технологии. Геотермальная энергия также может обеспечить значительное количество энергии, если она будет доказана в течение следующих нескольких лет.

Топливные элементы использовались в течение десятилетий для деловых и жилых целей. Стационарные топливные элементы могут производить достаточно электричества и тепла для питания всего дома или бизнеса, что может принести существенную экономию, а также они могут генерировать достаточно энергии для продажи части ее обратно в сеть. Топливные элементы также могут помочь в доставке электроэнергии, работая с большими электростанциями, чтобы стать более децентрализованными и повысить эффективность. Большая часть электроэнергии, вырабатываемой крупными электростанциями на ископаемом топливе, распределяется по высоковольтным кабелям. Эти растения кажутся очень эффективными из-за их большого размера; однако потери электроэнергии в Европе колеблются от 7 до 8 процентов, а потери энергии в США в 10 процентов происходят при передаче на большие расстояния. Одна из основных проблем с этими линиями передачи состоит в том, что они не работают должным образом все время. Для населения было бы безопаснее, если бы производство электроэнергии не происходило на нескольких крупных электростанциях, но оно производилось там, где необходима энергия. Топливные элементы могут использоваться везде, где требуется энергия, без использования больших линий электропередачи.

Топливные элементы могут питать жилые дома и предприятия, которые не имеют электричества. Иногда подключение вашего дома к сети может быть очень дорогим. Топливные элементы также более надежны, чем другие коммерческие генераторы, используемые для питания домов и предприятий. Это может принести пользу многим компаниям, учитывая, сколько денег они могут потерять, если отключится электричество даже на короткое время.

Отдельные домохозяйства смогут производить свою собственную энергию в будущем энергосбережении. Это поможет распределить власть среди мировых нефтяных компаний и правительств. Отдельные домохозяйства могут делиться своей энергией с энергосистемой, чтобы помочь распределять энергию в областях, которые могут иметь меньше из-за погодных условий.

Личные транспортные средства

Управление энергетической информации (2) заявляет, что транспортные средства потребляют 70% жидкого топлива, потребляемого США. Средняя топливная эффективность современных транспортных средств составляет около 22 миль на галлон. Тем не менее, не должно быть нереальным увеличение средней эффективности использования топлива до примерно 45 миль на галлон к 2030 году. Все автомобили с гибридными двигателями, электрическими и топливными элементами обеспечат либо меньший, либо нулевой расход масла, и каждый из них может быть полезен при переходе на водород и экономика возобновляемых источников энергии. Все крупные производители автомобилей уже вложили значительные средства в автомобили на водородных топливных элементах.

Многие факторы способствуют развитию топливных элементов на автомобильном рынке. Доступность ископаемого топлива ограничена, поэтому цены неизбежно возрастут. Кроме того, нормативные акты становятся все более строгими в контроле выбросов в окружающую среду. Одним из новых законов, которые помогут представить рынок топливных элементов в США, является мандат Калифорнийского транспортного средства с нулевым выбросом (ZEV), который требует продажи нескольких транспортных средств каждый год в Калифорнии. Автомобили на топливных элементах также имеют большую экономию топлива, чем автомобили, работающие на других видах топлива. Эта силовая технология обеспечивает новый диапазон потребления энергии в небольших двухколесных и четырехколесных транспортных средствах, лодках, скутерах, беспилотных транспортных средствах и других коммерческих транспортных средствах.

В будущем автомобили будут подключены к розеткам в домах и офисах, чтобы вырабатывать электроэнергию для автомобилей и домов. Дома требуют всего 10 кВт для питания всего. А поскольку автомобили могут генерировать мощность 40 кВт, автомобиль может стать электростанцией для вашего дома или офиса. Автомобили могут также быть связаны с полюсом, когда люди идут на работу, чтобы привести в действие здание. Переход к водородной экономике является важной задачей и прекрасной возможностью для 21-го века.

Портативная энергия

Портативные электронные устройства, такие как ноутбуки, фотоаппараты и мобильные телефоны, могут работать в 10-20 раз дольше при использовании водорода. В ближайшие годы мобильные устройства, такие как ноутбуки, мобильные телефоны, видеомагнитофоны и другие, будут нуждаться в большем количестве энергии в течение более длительного времени. Топливные элементы очень масштабируемы и имеют простую зарядку по сравнению с аккумуляторами. Технология мобильных телефонов быстро растет, но ограничивающим фактором для новых технологий является мощность. Требуется больше энергии, чтобы предоставить потребителям все функции устройств, в которых они нуждаются и хотят. Военным также нужна длительная портативная энергия для новой экипировки солдат. Кроме того, топливные элементы работают тихо и имеют низкие тепловые характеристики, что является явным преимуществом для военных.

Создание рабочих мест в новой отрасли возобновляемой энергии

Создание альтернативной энергетической отрасли легко создаст миллионы рабочих мест в течение следующих 10 лет. Эти рабочие места будут включать строительство и эксплуатацию новых электростанций, производство технологий использования возобновляемых источников энергии (таких как солнечная и ветровая энергия), исследования и разработки в области новых технологий использования возобновляемых источников энергии, а также рабочие места, созданные из-за денег, потраченных на эти технологии.

Чтобы изменить нашу нефтяную экономику, мы должны инвестировать в нее. Нам нужно убедиться, что мы планируем, как привести наш мир в действие в течение следующих 20 лет и позже.

(1) Shahriar S. и Topal E. (2009). Когда будут сокращены запасы ископаемого топлива? Энергетическая политика, 37: 181-189.
(2) Управление энергетической информацией. (2008). International Energy Outlook 2008, Вашингтон, ноябрь 2008 г. (DOE / EIA-0484 (2008)). Получено 25 января 2009 г. От http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html
(3) Международное энергетическое агентство, Организация экономического сотрудничества и развития. (2008). World Energy Outlook 2008. Источник: (http://www.sourceoecd.com/)
(4) Hegerl, GC, FW Zwiers, P. Braconnot, NP Gillett, Y. Luo, JA Marengo Orsini, N. Nicholls, JE Penner and PA Stott, 2007: понимание и объяснение изменения климата. В: Изменение климата 2007: Основы физики. Вклад Рабочей группы I в четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Соломон С., Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тиньор и Х. Л. Миллер (ред.). )). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
(5) Бейтс, BC, ZW Kundzewicz, S. Wu и JP Palutikof, ed., 2008: Изменение климата и вода. Технический документ Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Секретариат МГЭИК, Женева, 210 стр. Источник: 8 февраля 2009 г. От http://www.ipcc.ch/pdf/technical-papers/climate-change-water-en.pdf
(6) Le Treut, H., R. Somerville, U. Cubasch, Y. Ding, C. Mauritzen, A. Mokssit, T. Peterson and M. Prather, 2007: Исторический обзор изменения климата. В: Изменение климата 2007: Основы физики. Вклад Рабочей группы I в четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Соломон С., Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тиньор и Х. Л. Миллер (ред.). )). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
(7) МГЭИК, 2007: Резюме для политиков. В: Изменение климата 2007: Основы физики. Вклад Рабочей группы I в четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Соломон С., Цинь Д., Мэннинг М.,
(8) Садорский П. (2009). Потребление возобновляемой энергии, выбросы CO2 и цены на нефть в странах G7, Energy Economics, doi: 10.1016 / jeneco 2008.12.010.