Каждый год на Земле мы потребляем более 24 ПВтч электроэнергии: 24 000 000 000 000 000 Втч/год, то есть энергии, которую потребили бы триллионы энергосберегающих ламп мощностью 24 Вт, оставленных включенными на один час. Чтобы понять это, это как если бы каждый из семи с половиной миллиардов людей, живущих на планете, держал в течение года, днем и ночью, 15 лампочек мощностью 24 Вт, две трети из ископаемого топлива, 10.7% из атомной энергии и 23.9% из возобновляемых источников. Даже если средние мировые показатели мало что говорят, они варьируются от Франции, которая получает 75% своей энергии от атомных электростанций, до Китая, который использует уголь на 78%, до Норвегии, которая получает 98% своей электроэнергии.
Однако давайте подробно рассмотрим три источника, используемых для производства электроэнергии:
– Среди возобновляемых источников сегодня львиную долю составляют гидротурбины (16,6%). Далее следуют ветер (3,7%) и биотопливо (2,0%, особенно первого поколения). В хвосте идет солнечная фотоэлектрическая 1,2%, в то время как концентрированная солнечная тепловая (CSP), геотермальная энергия, энергия приливов и волн находятся в пределах оставшихся 0,4% от общих 23,9% возобновляемых источников энергии. Нам по-прежнему необходимо инвестировать в исследования, чтобы наиболее технологически продвинутые источники (фотоэлектрические, биотопливо из отходов, приливы, ветер…) вытеснили менее эффективные, которые мы уже эксплуатируем сотни лет.
– Сокращение атомной энергетики ожидается в основном по политическим причинам, а не из-за серьезных технических проблем, связанных с безопасностью станции или охраной окружающей среды (во всех смыслах это ископаемый источник, но он относится к тем, которые имеют наименьшее воздействие на окружающую среду среди других источников). доступный).
– Поэтому для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию сегодня и в ближайшем будущем мы можем полагаться в основном только на ископаемое топливо. В настоящее время 40,8%, 21,6% и 4,3% производства электроэнергии приходится на долю угля, газа и нефти соответственно. Возвращаясь к предыдущему примеру, четыре из десяти электрических лампочек работают на угле, две на газе, половина загорается от сжигания нефти, одна использует расщепление атомов, две работают на воде, а последняя половина лампочки питается от смеси всех оставшихся лампочек. возобновляемые источники.
В основном 66,7% электроэнергии, производимой в мире (равно 15,9 ПВтч), получают из ископаемого топлива (уголь, газ, нефть). Эти источники энергии в твердой, жидкой или газообразной форме сжигаются и преобразуются в тепло. Это испаряет воду, создавая пар высокого давления, который приводит в движение турбину, которая, в свою очередь, связана с генератором, вырабатывающим электричество. На самых современных установках это преобразование энергии химической связи, хранящейся в топливе, в тепловую энергию, затем в механическую энергию и, наконец, в электрическую энергию имеет общий КПД около 40%. Это означает, что 60% (или более) содержащейся энергии теряется в окружающую среду, в основном в виде тепла. Наиболее совершенные системы пытаются повторно использовать часть этого тепла для предварительного нагрева входящих потоков или для обогрева окружающих систем или домов. В то время как угольные и мазутные установки имеют выход около 40%, технологическое развитие позволило газовым установкам с комбинированным циклом достичь выхода до 55%.
Еще одна важная вещь, которую следует знать, это то, что ископаемое топливо не является чистым веществом, а содержит различные количества других элементов и соединений, которые при сжигании превращаются в пыль, пары или газы. Сам процесс горения может привести к образованию токсичных соединений. Уголь является особенно грязным топливом по сравнению с другими, уже добываемыми. Загрязнение от разведки, бурения и добычи нефти и газа оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем открытая или подземная добыча, необходимая для добычи угля. Кроме того, здоровье добывающих рабочих как в глубине шахты, так и рядом с ней подвергается гораздо большему риску, чем здоровье техников нефтяных и газовых скважин.
Кроме того, все ископаемые виды топлива сгорают за счет окисления углерода и образования углекислого газа. В то время как различные формы угля производят от 350 до более 400 граммов CO2 на кВтч, мазут производит выбросы от 240 до 260 г/кВтч, а природный газ останавливается всего на 200 г/кВтч. Последнее в основном ответственно за парниковый эффект и глобальное потепление. Основное преимущество использования газа вместо угля для производства электроэнергии заключается именно в этом: в то время как химическая энергия, содержащаяся в угле, находится в химической связи углерод-углерод, в газе она запасается в связи углерод-водород. Чтобы высвободить энергию, заключенную в этом топливе миллионы лет назад, как углерод, производящий CO2, так и водород, производящий водяной пар H2O, должны быть полностью окислены. По этой причине при том же количестве вырабатываемой энергии при полном сгорании природного газа образуется примерно половина CO2 по сравнению с выбросом при сжигании угля. Таким образом, замена угольных теплоэлектростанций на газовые может сэкономить около половины углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу, с явными преимуществами для глобального потепления.
Нелегко также сравнивать среднюю стоимость электроэнергии из разных источников. В дополнение к переменным затратам на сырье необходимо учитывать затраты на строительство и управление более или менее современными, более или менее эффективными и более или менее загрязняющими окружающую среду заводами. Исследование Fraunhofer ISE показывает, что в Германии стоимость одного МВтч электроэнергии колеблется от 63-80 евро для угля до 75-98 евро для газовых установок комбинированного цикла. В Соединенных Штатах EIA рассчитывает 95 долларов за МВтч для угля и 75 долларов за МВтч для газа. Но если заводы оснащены системами улавливания и хранения углекислого газа, затраты вырастают до 144 и 100 долларов за МВтч соответственно. Очевидно, что чем меньше мы думаем об очистке топлива и сокращении выбросов — и, следовательно, чем больше загрязняют окружающую среду заводы — тем меньше они стоят. По этой причине менее развитые страны и менее осведомленные о рисках глобального потепления, как правило, предпочитают угольные электростанции, построенные без особых угрызений совести. Последствия были очевидны, например, для китайского правительства, когда уже энную зиму подряд Пекин был окутан пеленой смога, из-за которого невозможно было видеть в пределах нескольких метров, а аэропорты стали непригодными для использования. Китайский центр по профилактике и контролю PM10 опубликовал в British Medical Journal оценку 1,2 миллиона смертей, вызванных мелкими частицами всего за один год.
В общем, уголь — грязное топливо. Грязный, когда вы его извлекаете, грязный, когда вы его сжигаете, и грязный, когда вам приходится иметь дело с пылью, которую он производит. Единственный его плюс в том, что он стоит дешевле. Так что делать? Поскольку заменить его напрямую зелеными источниками энергии невозможно, с одной стороны, необходимо еще больше инвестировать в исследования и разработку возобновляемых источников, а с другой - использовать газ в качестве «мостового» источника к низкому углеродное будущее. Как? Например, начало постепенной замены угольных электростанций на газовые станет решающим преимуществом в процессе декарбонизации и защиты окружающей среды, предусмотренных Парижским соглашением по климату, которое уже ратифицировали 195 стран. Не только. Даже в будущем современные газовые электростанции смогут использоваться в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, чтобы компенсировать сезонные и суточные колебания спроса на энергию с прерывистостью производства энергии, характерной для возобновляемых источников.
С сайта Энидай.
