Электричество необходимо для современной жизни, но почти миллиард человек живет без доступа к нему. Такие проблемы, как изменение климата, загрязнение и разрушение окружающей среды, требуют, чтобы мы изменили способ производства электроэнергии. Сегодня это очевидно уже всем, кроме разве что совсем уж скептиков, которые вообще ни во что не верят.
В прошлом веке основными источниками энергии, используемыми для производства электроэнергии, были ископаемое топливо, гидроэлектроэнергия, а с 1950-х годов - ядерная энергия. Несмотря на значительный рост возобновляемых источников энергии за последние несколько десятилетий, ископаемые виды топлива остаются доминирующими во всем мире. Их использование для производства электроэнергии продолжает расти как в абсолютном, так и в относительном выражении: в 2017 году ископаемое топливо произвело 64,5% мировой электроэнергии по сравнению с 61,9% в 1990 году.
Это, вероятно, потребует значительного увеличения всех низкоуглеродных источников энергии, важной частью которых является ядерная энергия. Для достижения устойчивого мира необходимо декарбонизация всех секторов экономики, включая транспорт, тепло и промышленность. Электричество предоставляет средства для использования низкоуглеродных источников энергии, поэтому повсеместная электрификация рассматривается как ключевой инструмент декарбонизации секторов, традиционно работающих на ископаемом топливе. Проще говоря, это поможет сократить выбросы CO2.
По мере того, как конечное использование электроэнергии растет, а выгоды от электричества распространяются на всех людей, спрос будет значительно расти.
Уголь, газ и нефть: ископаемое топливо
Электростанции, работающие на ископаемом топливе, сжигают уголь или нефть для получения тепла, которое, в свою очередь, используется для выработки пара для привода турбин, вырабатывающих электричество. На газовых установках горячие газы приводят в действие турбину для выработки электроэнергии, в то время как газотурбинная установка с комбинированным циклом (ПГУ) также использует парогенератор для увеличения количества производимой электроэнергии.
Сейчас на долю ископаемого топлива приходится около 64,5% производства электроэнергии во всем мире. Эти электростанции надежно вырабатывают электроэнергию в течение длительных периодов времени и, как правило, дешевы в строительстве. Однако при сжигании топлива на основе углерода образуется большое количество углекислого газа, что приводит к изменению климата.
Сжигание ископаемого топлива для получения энергии вызывает значительное число смертей из-за загрязнения воздуха. Например, по оценкам, только в одном Китае 670 000 человек умирают преждевременно каждый год из-за использования угля. Установки, работающие на ископаемом топливе, требуют очень большого количества угля, нефти или газа. Во многих случаях это топливо необходимо транспортировать на большие расстояния, что может привести к потенциальным проблемам с поставками. Цена на топливо исторически была нестабильной и может резко возрасти в периоды дефицита или геополитической нестабильности, что может привести к нестабильным затратам на генерацию и повышению потребительских цен.
Гидроэнергетика
Большинство крупных гидроэлектростанций вырабатывают электроэнергию, накапливая воду в огромных резервуарах за плотинами. Вода из резервуаров проходит через турбины для выработки электроэнергии. Плотины гидроэлектростанций могут генерировать большое количество электроэнергии с низким содержанием углерода, но количество площадок, подходящих для новых крупномасштабных плотин, ограничено.
Гидроэлектроэнергия также может производиться русловыми электростанциями, но большинство рек, которые подходят для этого, уже освоены. Плотина «Три ущелья» в Китае - крупнейшая в мире плотина гидроэлектростанции и крупнейшая в мире электростанция. Сейчас на гидроэнергетику приходится около 16% мирового производства электроэнергии. Затопление водохранилищ за плотинами и замедление течения речной системы ниже плотины также может иметь серьезные последствия для окружающей среды и местного населения. Например, во время строительства крупнейшей в мире плотины гидроэлектростанции - плотины «Три ущелья» в Китае - около 1,3 миллиона человек были перемещены.
По количеству погибших в результате аварий гидроэнергетика - самый смертоносный источник энергии. Несчастным случаем с наибольшим числом погибших стало обрушение в 1975 году плотины Баньцяо в китайской провинции Хэнань, в результате которого, по официальным оценкам, погибло 171 000 человек, прямо или косвенно.
Атомная энергия
Ядерные энергетические реакторы используют тепло, выделяемое при расщеплении атомов, для генерации пара, который приводит в движение турбины. В процессе деления не образуются парниковые газы. Ядерная энергия - это экологически безопасная форма производства электроэнергии, которая не способствует загрязнению воздуха.
В 2018 году яденая энергия произвела 10,5% мировой электроэнергии. Атомные электростанции очень надежны и могут работать в течение многих месяцев и лет без перебоев, обеспечивая большое количество чистой электроэнергии, независимо от времени суток, погоды или сезона. Ядерное топливо можно использовать в реакторе в течение нескольких лет благодаря огромному количеству энергии, содержащейся в уране.
Количество энергии в одном килограмме урана примерно равно 1 тонне угля. В результате образуется небольшое количество отходов. В среднем реактор, обеспечивающий потребности человека в электроэнергии в течение года, создает около 500 граммов отходов - их можно было бы поместить в банку из-под газировки. Существует несколько стратегий управления использованным топливом, таких как прямая утилизация или переработка в реакторах для выработки более низкоуглеродной электроэнергии.
Ветер и солнце
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечная энергия и приливная гидроэнергетика, производят электроэнергию с низким уровнем выбросов парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла. Сейчас ветряная и солнечная энергия производят около 4,4% и 1,3%, соответственно, мировой электроэнергии. Они не производят электричество предсказуемо и постоянно из-за своей естественной зависимости от погоды и это их главный недостаток.
Производство электроэнергии от ветряных турбин зависит от скорости ветра, и если ветер слишком слабый или слишком сильный, электричество вообще не производится. Мощность солнечных панелей зависит от силы солнечного света, которая зависит от ряда различных факторов, таких как время суток и количество облачного покрова (а также от количества пыли на панелях).
Другая проблема заключается в том, что может не хватить места или желания общественности разместить огромное количество турбин или панелей, необходимых для производства достаточного количества электроэнергии. Это связано с тем, что энергия ветра или солнца рассеивается, а это означает, что для выработки значительного количества электроэнергии требуется очень значительное количество земли.
