Возобновляемая энергия

Возобновляемая энергия — это энергия, которая собирается из возобновляемых ресурсов, которые, естественно, пополняются в человеческие временные рамки, такие как солнечный свет, ветер, дождь, приливы, волны и геотермальное тепло. Возобновляемая энергия часто обеспечивает энергию в четырех важных областях: производство электроэнергии, воздушное и водное отопление / охлаждение, транспортировка и сельское (внесетевое) энергетическое обслуживание.

Возобновляемые источники энергии обеспечили 19,3% мирового потребления энергии людьми и 24,5% к их производству электроэнергии в 2015 и 2016 годах, соответственно. Это потребление энергии делится на 8,9% от традиционной биомассы, 4,2% в качестве тепловой энергии (современная биомасса, геотермальное и солнечное тепло), 3,9% гидроэлектроэнергии и 2,2% — электричество от ветра, солнечной, геотермальной и биомассы. Мировые инвестиции в области возобновляемых технологий в 2015 году составили более 286 млрд. Долл. США, причем такие страны, как Китай и Соединенные Штаты, активно инвестируют в ветроэнергетику, солнечную энергию и биотопливо. В глобальном масштабе насчитывается, по оценкам, 7,7 млн. Рабочих мест, связанных с отраслями возобновляемой энергетики, причем солнечная фотоэлектричество является крупнейшим возобновляемым работодателем. По состоянию на 2015 год во всем мире более половины всей установленной новой электрической мощности было возобновляемым.

Хотя многие проекты в области возобновляемых источников энергии широкомасштабны, технологии, основанные на возобновляемых источниках, также подходят для сельских и отдаленных районов и развивающихся стран, где энергия часто имеет решающее значение для развития человека. Бывший Генеральный секретарь Организации Объединенных Наций Пан Ги Мун заявил, что возобновляемые источники энергии могут поднять беднейшие страны на новый уровень процветания. Поскольку большая часть возобновляемых источников энергии обеспечивает электроэнергию, развертывание возобновляемых источников энергии часто применяется в сочетании с дальнейшим электрификацией, что имеет несколько преимуществ: электричество может быть преобразовано в тепло (при необходимости, создавая более высокие температуры, чем ископаемое топливо), может быть преобразовано в механическую энергию с высокой эффективностью и чист в точке потребления. В дополнение к этому электрификация с использованием возобновляемых источников энергии намного эффективнее и, следовательно, ведет к значительному сокращению потребностей в первичной энергии, поскольку большинство возобновляемых источников энергии не имеют парового цикла с высокими потерями (на ископаемых электростанциях обычно имеются потери от 40 до 65%), ,
Системы возобновляемых источников энергии быстро становятся более эффективными и дешевыми. Их доля в общем потреблении энергии растет. Рост потребления угля и нефти может завершиться к 2020 году в связи с увеличением потребления возобновляемых источников энергии и природного газа.

Выработка энергии
К 2040 году, по прогнозам, возобновляемая энергия будет равна выработке электроэнергии на основе угля и природного газа. Несколько юрисдикций, включая Данию, Германию, штат Южную Австралию и некоторые штаты США, достигли высокой интеграции переменных возобновляемых источников энергии. Например, в 2015 году ветроэнергетика достигла 42% спроса на электроэнергию в Дании, 23,2% в Португалии и 15,5% в Уругвае. Межсоединения позволяют странам балансировать системы электроснабжения, позволяя импортировать и экспортировать возобновляемые источники энергии. Между странами и регионами появились инновационные гибридные системы.

Обогрев
Солнечное водонагревание вносит важный вклад в возобновляемую теплоту во многих странах, особенно в Китае, где в настоящее время 70% общего объема (180 ГВт). Большинство этих систем установлены на многоквартирных многоквартирных домах и удовлетворяют часть потребностей в горячей воде примерно 50-60 миллионов домашних хозяйств в Китае. Во всем мире общие установленные солнечные водонагревательные системы отвечают потребностям в водонагреве более 70 миллионов домашних хозяйств. Использование биомассы для отопления продолжает расти. В Швеции национальное использование энергии биомассы превзошло потребление нефти. Прямое геотермальное отопление также быстро растет. Новейшее дополнение к отоплению — от геотермальных тепловых насосов, которые обеспечивают как нагрев, так и охлаждение, а также выравнивают кривую спроса на электроэнергию и, таким образом, становятся все более приоритетными на национальном уровне (см. Также «Возобновляемая тепловая энергия»).

Транспорт
Биоэтанол представляет собой спирт, полученный ферментацией, главным образом из углеводов, полученных в сахаре или крахмальных культурах, таких как кукуруза, сахарный тростник или сладкий сорго. Целлюлозная биомасса, полученная из непродовольственных источников, таких как деревья и травы, также разрабатывается как сырье для производства этанола. Этанол можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но он обычно используется в качестве бензиновой добавки для увеличения октана и улучшения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в США и Бразилии. Биодизель может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но он обычно используется в качестве дизельной добавки для снижения уровня твердых частиц, монооксида углерода и углеводородов с дизельных транспортных средств. Биодизель производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и является самым распространенным биотопливом в Европе.

Солнечный автомобиль — это электромобиль, полностью или полностью работающий от прямой солнечной энергии. Обычно фотоэлектрические (PV) ячейки, содержащиеся в солнечных батареях, преобразуют солнечную энергию непосредственно в электрическую энергию. Термин «солнечный автомобиль» обычно подразумевает, что солнечная энергия используется для питания всего или части движущей силы транспортного средства. Солнечная энергия также может использоваться для обеспечения питания для связи или управления или других вспомогательных функций. Солнечные транспортные средства в настоящее время не продаются в качестве практичных повседневных транспортных устройств, но в основном это демонстрационные автомобили и инженерные упражнения, которые часто финансируются государственными учреждениями. Однако косвенно солнечно заряженные транспортные средства широко распространены, а солнечные лодки доступны в коммерческих целях.

Основные технологии

Ветровая энергия
Воздушные потоки могут использоваться для работы ветровых турбин. Современные ветровые турбины масштаба предприятия составляют от 600 кВт до 5 МВт номинальной мощности, хотя турбины с номинальной мощностью 1,5-3 МВт стали наиболее распространенными для коммерческого использования. Наибольшая мощность генератора одиночной установленной береговой ветряной турбины достигла 7,5 МВт в 2015 году. Мощность, доступная от ветра, зависит от куба скорости ветра, так как скорость ветра увеличивается, выходная мощность увеличивается до максимальной мощности для определенной турбины. Области, где ветры более сильные и более постоянные, такие как морские и высотные участки, являются предпочтительными местами для ветропарков. Как правило, часы полной нагрузки ветровых турбин колеблются от 16 до 57 процентов в год, но могут быть выше в особенно благоприятных морских условиях.

В 2015 году электроэнергия, потребляемая ветром, обеспечила почти 4% мирового спроса на электроэнергию, при этом была установлена ​​около 63 ГВт новой мощности ветроэнергетики. Энергия ветра была ведущим источником новых мощностей в Европе, США и Канаде, а вторая по величине в Китае. В Дании ветроэнергетика удовлетворяла более 40% спроса на электроэнергию, а Ирландия, Португалия и Испания — почти 20%.

Предполагается, что в долгосрочной перспективе долгосрочный технический потенциал ветровой энергии будет в пять раз превышать общую текущую глобальную добычу энергии или в 40 раз больше потребности в электроэнергии, при условии, что все необходимые практические барьеры будут преодолены. Это потребует установки ветровых турбин на больших площадях, особенно в районах с более высокими ветровыми ресурсами, например, на шельфе. Поскольку скорость ветра на суше составляет ~ 90% больше, чем на суше, поэтому морские ресурсы могут вносить значительно больший объем энергии, чем наземные турбины. В 2014 году мировое производство ветра составляло 706 тераватт-часов или 3% от общей электроэнергии в мире.

гидроэлектроэнергия
В 2015 году гидроэнергетика произвела 16,6% мировой электроэнергии и 70% всей возобновляемой электроэнергии. Так как вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, даже медленный поток воды или умеренная морская набухание может давать значительное количество энергии. Существует много форм водной энергии:

Исторически гидроэнергетика приходилась на строительство крупных гидроэлектростанций и водохранилищ, которые по-прежнему пользуются популярностью в странах третьего мира. Самая большая из них — плотина Три ущелья (2003) в Китае и плотина Итайпу (1984), построенная Бразилией и Парагваем.
Малые гидросистемы представляют собой гидроэлектростанции, которые обычно производят до 50 МВт мощности. Они часто используются на небольших реках или как малоэффективное развитие на больших реках. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектричества в мире и имеет более 45 000 малых гидроустановок.

Заводы гидроэлектростанции, работающие по реке, получают энергию из рек без создания большого резервуара. Вода, как правило, транспортируется вдоль долины реки (с использованием каналов, труб и / или туннелей), пока она не окажется выше уровня долины, после чего она может позволить провалиться через затвор, чтобы управлять турбиной. Этот стиль генерации может по-прежнему производить большое количество электроэнергии, например, д-р Джозеф Дэм на реке Колумбия в Соединенных Штатах.

Гидроэнергетика производится в 150 странах мира, а в 2010 году Азиатско-Тихоокеанский регион будет генерировать 32 процента глобальной гидроэнергетики. Для стран, имеющих наибольший процент электроэнергии из возобновляемых источников энергии, 50 из них в основном являются гидроэлектростанциями. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии с 721 тераватт-часов производства в 2010 году, что составляет около 17 процентов потребления электроэнергии внутри страны. В настоящее время действуют три гидроэлектростанции более 10 ГВт: плотина Три ущелья в Китае, плотина Итайпу через границу Бразилии / Парагвая и плотина Гури в Венесуэле.

Волновая энергия, поглощающая энергию поверхностных волн океана, и приливная энергия, преобразующая энергию приливов, представляют собой две формы гидроэнергетики с будущим потенциалом; однако они еще не широко используются на коммерческой основе. Демонстрационный проект, осуществляемый Океанской возобновляемой энергетической компанией на побережье штата Мэн и связанный с сеткой, использует приливную энергию из залива Фанди, место наибольшего приливного потока в мире. Конверсия тепловой энергии океана, использующая разность температур между более глубокими и более теплыми поверхностными водами, в настоящее время не имеет экономической целесообразности.

Солнечная энергия
Солнечная энергия, лучистый свет и тепло от солнца используются с использованием ряда постоянно развивающихся технологий, таких как солнечное отопление, фотогальваника, концентрированная солнечная энергия (CSP), фотогальваника концентратора (CPV), солнечная архитектура и искусственный фотосинтез. Солнечные технологии широко охарактеризованы как пассивная солнечная или активная солнечная энергия в зависимости от того, как они захватывают, преобразуют и распределяют солнечную энергию. Пассивные солнечные технологии включают ориентацию здания на Солнце, выбор материалов с благоприятной тепловой массой или светодисперсионных свойств и проектирование пространств, которые, естественно, циркулируют в воздухе. Активные солнечные технологии охватывают солнечную тепловую энергию, используя солнечные коллекторы для отопления и солнечной энергии, преобразуя солнечный свет в электричество либо непосредственно с использованием фотоэлектричества (PV), либо косвенно используя концентрированную солнечную энергию (CSP).

Фотоэлектрическая система преобразует свет в электрический постоянный ток (DC), пользуясь фотоэлектрическим эффектом. Solar PV превратилась в многомиллиардную, быстрорастущую отрасль, продолжает улучшать свою экономическую эффективность и обладает наибольшим потенциалом любых возобновляемых технологий вместе с CSP. Системы с концентрированной солнечной энергией (CSP) используют линзы или зеркала и системы слежения, чтобы фокусировать большую область солнечного света на небольшой луч. Коммерческие концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. CSP-Стирлинг на сегодняшний день является самой высокой эффективностью среди всех технологий солнечной энергии.

В 2011 году Международное энергетическое агентство заявило, что «разработка доступных, неисчерпаемых и экологически чистых технологий солнечной энергии будет иметь огромные долгосрочные выгоды, что увеличит энергетическую безопасность стран за счет использования ресурса, неисчерпаемого и главным образом независимого от импорта ресурса, повысить устойчивость, уменьшить загрязнение, снизить затраты на смягчение последствий изменения климата и снизить цены на ископаемое топливо, чем в противном случае. Эти преимущества являются глобальными. Следовательно, дополнительные затраты на стимулы для раннего развертывания следует рассматривать как инвестиции в обучение, их необходимо разумно потратить и должны быть широко распространены ». В Италии наибольшая доля солнечной энергии в мире, в 2015 году солнечная энергия обеспечила 7,8% спроса на электроэнергию в Италии. В 2016 году, после еще одного года быстрого роста, солнечная энергия произвела 1,3% мировой мощности.

Геотермальная энергия
Высокотемпературная геотермальная энергия — это тепловая энергия, генерируемая и хранящаяся на Земле. Тепловая энергия — это энергия, определяющая температуру вещества. Геотермальная энергия Земли происходит от первоначального образования планеты и от радиоактивного распада минералов (в настоящее время неопределенные, но, возможно, примерно равные пропорции). Геотермический градиент, являющийся разницей в температуре между сердечником планеты и ее поверхностью, ведет непрерывную теплопроводность в виде тепла от ядра к поверхности. Прилагательное геотермальное происходит от греческих корней geo, что означает земля и термос, что означает тепло.

Тепло, которое используется для геотермальной энергии, может находиться глубоко в пределах Земли, вплоть до ядра Земли — 4000 миль (6400 км). В основе температура может достигать более 9000 ° F (5000 ° C). Тепло проходит от ядра к окружающей породе. Чрезвычайно высокая температура и давление вызывают скалу расплава, которая обычно известна как магма. Магма развивается вверх, поскольку она светлее твердой породы. Затем эта магма нагревает камень и воду в коре, иногда до 700 ° F (371 ° C).

Из горячих источников геотермальная энергия использовалась для купания со времен палеолита и для обогрева помещений с древних римских времен, но теперь она более известна для выработки электроэнергии.

Низкотемпературная геотермия относится к использованию внешней коры Земли в качестве тепловой батареи для облегчения возобновляемой тепловой энергии для отопления и охлаждения зданий, а также для других холодильных и промышленных целей. В этой форме геотермальной геотермальной системы тепловой насос и заземленный теплообменник используются вместе для перемещения тепловой энергии в землю (для охлаждения) и из земли (для обогрева) на различной сезонной основе. Низкотемпературная геотермальная (обычно называемая «GHP») является все более важной возобновляемой технологией, поскольку она одновременно уменьшает общие годовые энергетические нагрузки, связанные с нагревом и охлаждением, а также выравнивает кривую спроса на электроэнергию, устраняя экстремальные требования к электропитанию летнего и зимнего пиков , Таким образом, низкотемпературная геотермальная / газовая партия становится все более приоритетной страной с множественной поддержкой налоговых кредитов и фокусируется в рамках продолжающегося движения к Net Zero Energy. Нью-Йорк даже принял закон, требующий, чтобы GHP в любое время показывалось экономичным с 20-летним финансированием, включая Социализированную стоимость углерода.

Биоэнергетика
Биомасса — это биологический материал, полученный из живых или недавно живых организмов. Это чаще всего относится к растениям или растительным материалам, которые конкретно называют лигноцеллюлозной биомассой. В качестве источника энергии биомасса может быть использована непосредственно путем сжигания для получения тепла или косвенно после преобразования ее в различные формы биотоплива. Преобразование биомассы в биотопливо может быть достигнуто различными методами, которые в широком смысле классифицируются на: термические, химические и биохимические методы. Сегодня дерево остается крупнейшим источником энергии биомассы; примеры включают лесные остатки, такие как мертвые деревья, ветки и пни деревьев, вырезки ящиков, древесная щепа и даже муниципальные твердые отходы. Во втором смысле, биомасса включает растительное или животное вещество, которое может быть превращено в волокна или другие промышленные химикаты, включая биотопливо. Промышленную биомассу можно выращивать из многочисленных видов растений, в том числе мисантуса, куска, конопли, кукурузы, тополя, ивы, сорго, сахарного тростника, бамбука и различных видов деревьев, от эвкалипта до масляной пальмы (пальмовое масло).

Энергия завода вырабатывается культурами, специально выращенными для использования в качестве топлива, которые обеспечивают высокую производительность биомассы на гектар при низкой входной энергии. Некоторыми примерами этих растений являются пшеница, которая обычно дает 7,5-8 тонн зерна на гектар и солому, которая обычно дает 3,5-5 тонн на гектар в Великобритании. Зерно может использоваться для жидких транспортных топлив, в то время как солома может быть сожжена для производства тепла или электричества. Растительная биомасса также может быть деградирована от целлюлозы до глюкозы с помощью серии химических обработок, и полученный сахар затем может быть использован в качестве биотоплива первого поколения.

Биомасса может быть преобразована в другие используемые формы энергии, такие как метановый газ или транспортные топлива, такие как этанол и биодизель. Гниение мусора, а также сельскохозяйственных и человеческих отходов, все выпускают метановый газ — также называемый свалочным газом или биогазом. Сельскохозяйственные культуры, такие как кукуруза и сахарный тростник, могут быть подвергнуты ферментации для производства транспортного топлива, этанола. Биодизель, еще одно транспортное топливо, может быть произведено из передовых пищевых продуктов, таких как растительные масла и животные жиры. Кроме того, биомасса для жидкостей (BTL) и целлюлозного этанола все еще находится в стадии исследования. Существует большое количество исследований с использованием водорослей или биомассы, полученной из водорослей, из-за того, что это непродовольственный ресурс и может производиться по ставкам в 5-10 раз больше, чем в других типах земледельческого сельского хозяйства, таких как кукуруза и соя. После сбора урожая его можно подвергнуть ферментации для производства биотоплива, такого как этанол, бутанол и метан, а также биодизель и водород. Биомасса, используемая для производства электроэнергии, зависит от региона. Лесные побочные продукты, такие как древесные остатки, распространены в Соединенных Штатах. Сельскохозяйственные отходы распространены на Маврикии (остатки сахарного тростника) и Юго-Восточной Азии (рисовая шелуха). В Соединенном Королевстве распространены остатки животноводства, такие как птичий подстилка.

Биотопливо включает в себя широкий спектр видов топлива, которые получены из биомассы. Термин охватывает твердые, жидкие и газообразные топлива. Жидкие биотоплива включают биоспирты, такие как биоэтанол и масла, такие как биодизель. Газообразное биотопливо включает биогаз, свалочный газ и синтетический газ. Биоэтанол — это спирт, полученный путем ферментации сахарных компонентов растительных материалов, и он производится в основном из сахара и крахмальных культур. К ним относятся кукуруза, сахарный тростник и, в последнее время, сладкий сорго. Последняя культура особенно подходит для выращивания в засушливых условиях и исследуется Международным научно-исследовательским институтом сельскохозяйственных культур для полузасушливых тропиков в целях обеспечения его топливом наряду с кормами для животных и животных в засушливых районах Азии и Африки.

При разработке передовых технологий целлюлозная биомасса, такая как деревья и травы, также используется в качестве сырья для производства этанола. Этанол можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но он обычно используется в качестве бензиновой добавки для увеличения октана и улучшения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в Соединенных Штатах и ​​Бразилии. Энергетические затраты на производство биоэтанола почти равны, энергия получается из биоэтанола. Однако, по данным Европейского агентства по окружающей среде, биотопливо не затрагивает проблемы глобального потепления. Биодизель изготавливается из растительных масел, животных жиров или переработанных смазок. Он может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде или, чаще всего, в качестве дизельной добавки для снижения уровня твердых частиц, монооксида углерода и углеводородов с дизельных транспортных средств. Биодизель производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и является самым распространенным биотопливом в Европе. Биотопливо обеспечило 2,7% мирового транспортного топлива в 2010 году.

Биомасса, биогаз и биотопливо сжигаются для производства тепла / мощности и тем самым наносят ущерб окружающей среде. Загрязнители, такие как сернистые оксиды (SOx), оксиды азота (NOx) и твердые частицы (ТЧ), образуются при сжигании биомассы; по оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно из-за загрязнения воздуха каждый год вызывается 7 миллионов преждевременных смертей. Сжигание биомассы является основным фактором.

Хранилище энергии
Энергохранилище представляет собой набор методов, используемых для хранения электрической энергии на электрической сети или от нее. Электрическая энергия хранится в периоды, когда производство (особенно от прерывистых электростанций, таких как возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, приливная энергия, солнечная энергия) превышает потребление и возвращается в сетку, когда производство падает ниже потребления. Гидроэнергетика с накачным хранением используется для более чем 90% всех хранилищ электросети. Затраты литиево-ионных батарей быстро снижаются и все чаще используются в качестве быстродействующих источников энергии сетки (т. Е. Операционного резерва) и для внутреннего хранения.

Новые технологии
Другие технологии использования возобновляемых источников энергии все еще находятся в стадии разработки и включают в себя целлюлозный этанол, геотермальную энергию горячего сухого утеса и морскую энергию. Эти технологии еще не получили широкого распространения или ограничены в коммерциализации. Многие из них находятся на горизонте и могут иметь потенциал, сопоставимый с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии, но все же зависят от привлечения достаточного внимания и исследований, разработки и демонстрации (RD & D) финансирования.

В академическом, федеральном и коммерческом секторах существует множество организаций, проводящих широкомасштабные передовые исследования в области возобновляемых источников энергии. Это исследование охватывает несколько областей фокусировки по всему спектру возобновляемых источников энергии. Основная часть исследований направлена ​​на повышение эффективности и повышение общей энергетической эффективности. В последние годы несколько исследовательских организаций, поддерживающих федерацию, сосредоточились на возобновляемых источниках энергии. Две из наиболее известных из этих лабораторий — Сандийские национальные лаборатории и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), оба из которых финансируются Департаментом энергетики Соединенных Штатов и поддерживаются различными корпоративными партнерами. Общий бюджет Сандии составляет 2,4 миллиарда долларов, а бюджет NREL — 375 миллионов долларов.

Усовершенствованная геотермальная система
Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) — это новый тип геотермальных энергетических технологий, которые не требуют естественных конвективных гидротермальных ресурсов. Подавляющее большинство геотермальной энергии в пределах досягаемости бурового раствора находится в сухих и непористых породах. Технологии EGS «улучшают» и / или создают геотермальные ресурсы в этой «горячей сухой породе (HDR)» посредством гидравлической стимуляции. Предполагается, что технологии EGS и HDR, такие как гидротермальная геотермальная энергия, будут базовыми ресурсами, которые производят мощность 24 часа в сутки, как ископаемое растение. В отличие от гидротермальных, HDR и EGS могут быть осуществлены в любой точке мира, в зависимости от экономических пределов глубины сверления. Хорошие места находятся над глубоким гранитом, покрытым толстым (3-5 км) слоем изоляционных осадков, которые замедляют потерю тепла. В настоящее время разрабатываются и тестируются системы HDR и EGS во Франции, Австралии, Японии, Германии, США и Швейцарии. Крупнейшим проектом EGS в мире является демонстрационный завод мощностью 25 мегаватт, который в настоящее время разрабатывается в бассейне Купера, Австралия. Куперский бассейн имеет потенциал для производства 5000-10 000 МВт.

Целлюлозный этанол
Несколько нефтеперерабатывающих заводов, которые могут перерабатывать биомассу и превращать ее в этанол, строятся такими компаниями, как Iogen, POET и Abengoa, в то время как другие компании, такие как Verenium Corporation, Novozymes и Dyadic International, производят ферменты, которые могут позволить будущую коммерциализацию. Переход от кормопроизводства к отработанным остаткам и родным травам открывает широкие возможности для целого ряда игроков: от фермеров до биотехнологических фирм и от разработчиков проектов до инвесторов.

Морская энергия
Морская энергия (также иногда называемая океанической энергией) относится к энергии, переносимой океанскими волнами, приливами, соленостью и разностями температуры океана. Движение воды в Мировом океане создает огромный запас кинетической энергии или энергии в движении. Эта энергия может быть использована для выработки электроэнергии в домах, транспорте и промышленности. Термин «морская энергия» включает в себя как мощность волны от поверхностных волн, так и приливные силы, полученные от кинетической энергии больших тел движущейся воды. Обратный электродиализ (КРАСНЫЙ) — это технология производства электроэнергии путем смешивания свежей речной воды и соленой морской воды в крупных силовых ячейках, предназначенных для этой цели; с 2016 года он тестируется в небольших масштабах (50 кВт). Оффшорная энергия ветра не является формой морской энергии, поскольку энергия ветра происходит от ветра, даже если ветровые турбины расположены над водой. Мировой океан обладает огромной энергией и близок ко многим, если не самым концентрированным популяциям. Энергия океана имеет потенциал для обеспечения значительного количества новых возобновляемых источников энергии во всем мире.

Экспериментальная солнечная энергия
Системы концентрированной фотоэлектрической системы (CPV) используют солнечный свет, сконцентрированный на фотогальванических поверхностях с целью выработки электроэнергии. Термоэлектрические или «термоэлектрические» устройства преобразуют разность температур между разнородными материалами в электрический ток.

Плавающие солнечные батареи
Плавающие солнечные батареи — это фотоэлектрические системы, которые плавают на поверхности резервуаров для питьевой воды, карьерных озер, оросительных каналов или рекультивационных и хвостохранилищ. Небольшое число таких систем существует во Франции, Индии, Японии, Южной Корее, Соединенном Королевстве, Сингапуре и Соединенных Штатах. Считается, что системы имеют преимущества перед фотоэлектриками на суше. Стоимость земли дороже, и существует меньше правил и правил для сооружений, построенных на водоемах, не используемых для отдыха. В отличие от большинства наземных солнечных установок плавающие массивы могут быть ненавязчивыми, поскольку они скрыты от общественного мнения. Они достигают более высокой эффективности, чем панели PV на суше, поскольку вода охлаждает панели. Панели имеют специальное покрытие для предотвращения ржавчины или коррозии. В мае 2008 года Винный завод Far Niente в Оквилле, штат Калифорния, стал первой в мире плаватоэлектрической системой, установив 994 солнечных фотоэлектрических модуля общей мощностью 477 кВт на 130 понтонов и плавающих на оросительном водоеме винодельни. Планируемые PV-фермы, основанные на полезности, начинают строиться. Kyocera разработает крупнейшую в мире ферму мощностью 13,4 МВт на водохранилище над плотиной Ямакура в префектуре Тиба с использованием 50 000 солнечных панелей. Соляно-водостойкие плавучие фермы также строятся для использования в океане. Крупнейший до сих пор анонсированный плаватоэлектрический проект — это электростанция мощностью 350 МВт в регионе Амазонки в Бразилии.

Солнечный насос с солнечной батареей
Тепловой насос — это устройство, которое обеспечивает тепловую энергию от источника тепла до места назначения, называемого «теплоотвод». Тепловые насосы предназначены для перемещения тепловой энергии, противоположной направлению спонтанного теплового потока, поглощая тепло от холодного пространства и высвобождая его на более теплый. Тепловой насос с солнечной батареей представляет собой интеграцию теплового насоса и тепловых солнечных панелей в единую интегрированную систему. Как правило, эти две технологии используются отдельно (или только параллельно) для производства горячей воды. В этой системе солнечная тепловая панель выполняет функцию низкотемпературного источника тепла, а выделяемое тепло используется для подачи испарителя теплового насоса. Целью этой системы является получение высокой концентрации КС, а затем производство энергии более эффективным и менее дорогостоящим способом.

В сочетании с тепловым насосом можно использовать любые типы солнечных тепловых панелей (листовые и трубные, рулонные, тепловые трубы, термопластиковые пластины) или гибридные (моно / поликристаллические, тонкие пленки). Использование гибридной панели предпочтительнее, поскольку она позволяет покрыть часть потребности в электроэнергии теплового насоса и снизить потребление энергии и, следовательно, переменные издержки системы.

Искусственный фотосинтез
Искусственный фотосинтез использует методы, в том числе нанотехнологии, для хранения солнечной электромагнитной энергии в химических связях путем разделения воды на производство водорода и последующего использования двуокиси углерода для получения метанола. Исследователи в этой области стремятся разработать молекулярные подходы к фотосинтезу, которые используют более широкую область солнечного спектра, используют каталитические системы из изобильных, недорогих материалов, которые являются надежными, легко ремонтируемыми, нетоксичными, стабильными в различных условиях окружающей среды и более эффективно, позволяя большему количеству энергии фотонов заканчиваться в накопительных соединениях, то есть углеводах (а не в строительстве и поддержании живых клеток). Однако заметные исследования сталкиваются с препятствиями, Sun Catalytix — побочный эффект MIT прекратил наращивать свою прототипную топливную ячейку в 2012 году, поскольку он предлагает небольшую экономию по сравнению с другими способами получения водорода от солнечного света.

Водоросли
Производство жидкого топлива из богатых маслом сортов водорослей является постоянной темой исследований. Разрабатываются различные микроводоросли, выращенные в открытых или закрытых системах, включая некоторую систему, которая может быть создана в заброшенных и пустынных землях.

Солнечные самолеты
Электрический самолет — это самолет, который работает на электродвигателях, а не на двигателях внутреннего сгорания, причем электричество поступает из топливных элементов, солнечных батарей, ультраконденсаторов, силового излучения или батарей.

В настоящее время летающие пилотируемые электрические самолеты являются в основном экспериментальными демонстраторами, хотя многие небольшие беспилотные летательные аппараты питаются от батарей. С 1970-х годов были выпущены модели с электрическим приводом с одним докладом в 1957 году. Первые пассажирские полеты с электрическим приводом были сделаны в 1973 году. В период с 2015 по 2016 год пилотируемый солнечный двигатель Solar Impulse 2 завершил кругосветное плавание земли.

Солнечная башня восходящего потока
Солнечная башня восходящего потока является электростанцией с возобновляемой энергией для выработки электроэнергии из низкотемпературного солнечного тепла. Sunshine нагревает воздух под очень широкой тепличной структурой крытого коллектора, окружающей центральную базу очень высокой башни дымохода. Полученная конвекция вызывает воспламенение горячего воздуха в башне благодаря эффекту дымохода. Этот воздушный поток управляет ветряными турбинами, установленными в восходящем потоке дымовой трубы или вокруг основания дымохода для производства электроэнергии. Планы расширенных версий демонстрационных моделей позволят обеспечить значительную выработку электроэнергии и могут способствовать разработке других приложений, таких как извлечение воды или дистилляция, а также сельское хозяйство или садоводство. Более продвинутая версия аналогичной технологии — это двигатель Vortex, который призван заменить большие физические дымовые трубы вихрем воздуха, создаваемого более короткой, менее дорогой конструкцией.

Космическая солнечная энергия
Для фотогальванических или тепловых систем одним из вариантов является их размещение в пространстве, в частности, на геосинхронной орбите. Чтобы быть конкурентоспособными с солнечными энергетическими системами на Земле, удельная масса (кг / кВт) в разы превышает стоимость чердачной массы плюс стоимость деталей должна составлять 2400 долл. США или менее. То есть, для частичной стоимости плюс rectenna в размере 1100 долл. США / кВт, продукт в $ / кг и кг / кВт должен составлять 1300 долл. США / кВт или менее. Таким образом, для 6,5 кг / кВт стоимость транспортировки не может превышать 200 долл. США / кг. Хотя для этого потребуется от 100 до одного, SpaceX нацеливается на сокращение от десяти до одного, реакционные двигатели могут сделать возможным 100-кратное снижение.

Воздействие на окружающую среду
Способность биомассы и биотоплива способствовать сокращению выбросов CO2 ограничена, поскольку как биомасса, так и биотопливо выделяют большое количество загрязнения воздуха при сжигании и в некоторых случаях конкурируют с продовольствием. Кроме того, биомасса и биотопливо потребляют большое количество воды. Преимущество других возобновляемых источников, таких как энергия ветра, фотоэлектричество и гидроэлектроэнергия, заключается в том, что они могут сохранять воду, уменьшать загрязнение и сокращать выбросы CO2.