Возобновляемая энергия объяснена: как работают солнечная, ветровая, гидро-, геотермальная энергия и биомасса

Пять основных источников возобновляемой энергии

Управление энергетической информации США (EIA) выделяет пять основных источников возобновляемой энергии, используемых для производства электричества и тепла: биомасса, геотермальная энергия, гидроэнергия, солнечная и ветровая энергия. Каждый преобразует различный природный ресурс — солнечный свет, движущийся воздух, текущую воду, подземное тепло или органические вещества — в полезную энергию.

Солнечная энергия

EIA описывает три солнечные технологии: фотоэлектрические (PV) ячейки, которые преобразуют солнечный свет прямо в электричество, солнечные тепловые системы, которые нагревают воду или воздух для зданий, и сосредоточенные солнечные коллекторы, которые нагревают жидкость, используемую для производства электричества.

Ветровая энергия

Ветровые турбины преобразуют движущийся воздух в электричество и обычно объединяются в ветровые парки. Согласно EIA, большинство ветровых парков США в настоящее время работают в центральном регионе страны, с запланированным расширением морской ветровой энергии.

Гидроэнергия

Гидроэнергия производит электричество из текущей воды. EIA различает традиционную гидроэнергию, которая использует плотины или течение реки для вращения турбин, от гидроэнергии с накачиваемым хранилищем, которая перемещает воду между двумя резервуарами на разных высотах для хранения и высвобождения энергии.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — это тепло из глубин Земли. В обзоре EIA по геотермальной энергии перечислены три применения: купание в горячих источниках, отопление зданий и производство электричества.

Энергия биомассы

Энергия биомассы получается из растительного материала, не содержащего ископаемых. EIA группирует ее на три категории: биотопливо, такое как этанол и биодизель для транспорта, муниципальные твердые отходы и биогаз, сжигаемые для производства электричества, и древесина — остатки лесного хозяйства и древесные гранулы, используемые для отопления и приготовления пищи. EIA отмечает, что древесина является вторым по величине источником возобновляемой энергии в Соединенных Штатах.

Глобальная мощность в сравнении с электроэнергетическим миксом США

Два показателя ниже не совсем сравнимы: глобальные показатели измеряют установленную мощность (максимальный выход, который могла бы произвести технология), тогда как показатели США измеряют фактическую долю производимой электроэнергии в 2023 году. Данные о глобальной мощности на конец 2024 года получены от Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), как сообщается Balkan Green Energy News; данные о долях производства в США получены от EIA.

Глобально, общая мощность возобновляемых источников достигла 4,49 ТВт к концу 2024 года, выросла на 585 ГВт (+15,1%) по сравнению с 2023 годом — крупнейший годовой прирост в истории, согласно данным IRENA, цитируемым Balkan Green Energy News. Солнечная и ветровая энергия вместе составили основную часть этого роста, тогда как гидроэнергия, биоэнергия и геотермальная энергия расширялись медленнее. В Соединенных Штатах возобновляемые источники в целом обеспечили 21,4% производства электроэнергии в масштабе коммунальных предприятий в 2023 году, уступая ископаемому топливу (60,0%) и опережая ядерную энергию (18,6%), согласно EIA; ветровая энергия была единственным крупнейшим источником возобновляемой энергии.

То же самое сообщение отметило, что Китай составил 63,8% всей добавленной мощности возобновляемых источников во всем мире в 2024 году, включая 70,5% новой ветровой энергии и 61,5% новой солнечной фотоэлектрической мощности, и что страна сейчас владеет более чем половиной глобальной солнечной мощности в 888 ГВт.

Как проверить, какой источник возобновляемой энергии подходит для локации

На основе того, как каждая технология работает согласно EIA, вот основные проверки, используемые для определения того, подходит ли источник возобновляемой энергии для данного сайта:

1. Проверить экспозицию солнца: солнечные PV и солнечные тепловые системы полагаются на прямое преобразование солнечного света в электричество или тепло, поэтому стабильное солнечное воздействие является ключевым требованием.
2. Оценить местные ветровые условия: ветровые турбины требуют достаточного, стабильного ветра; в США большинство существующих ветровых парков сосредоточены в центральном регионе, причем офшорные площадки разрабатываются отдельно.
3. Поискать текущую воду: традиционная гидроэнергия требует плотины или потока реки, достаточно сильного для вращения турбины, тогда как гидроэнергия с накачиваемым хранилищем требует двух резервуаров на разных высотах.
4. Определить геотермальное тепло: EIA перечисляет горячие источники, отопление зданий и производство электричества как основное использование геотермального тепла, поэтому местные горячие источники или подземные тепловые ресурсы указывают на потенциал для этих применений.
5. Обеспечить источник биомассы: доступность древесных остатков, муниципальных твердых отходов, источников биогаза или культур для биотоплива определяет, практично ли производство биомассовой энергии, поскольку каждый требует стабильного поступления органического материала.

Почему смесь имеет значение

Ни один единственный источник возобновляемой энергии не доминирует в обоих показателях. Солнечная энергия лидирует в глобальной установленной мощности, гидроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой энергии по мощности после солнечной, а ветровая энергия поставляет самую большую долю фактического производства возобновляемой электроэнергии в США. Различия отражают то, как мощность (то, что завод теоретически мог бы произвести) отличается от производства (то, что фактически производится).