Возобновляемые ресурсы являются естественными источниками энергии, которые пополняются естественным путем и могут использоваться устойчиво. Различные географические регионы имеют различный доступ к конкретным типам возобновляемых ресурсов на основе их климата, топографии и природных условий. Понимание этих горячих точек помогает эффективно планировать и развивать проекты в области возобновляемых источников энергии. По мере роста глобального спроса на энергию и настоятельной необходимости декарбонизации усиливается, выявление и капитализация наиболее богатых ресурсами районов становится стратегическим приоритетом для правительств, коммунальных предприятий и инвесторов. Эти горячие точки не являются статическими; они меняются по мере развития технологий, снижения затрат и расширения сетевой инфраструктуры. Эта статья обеспечивает углубленный взгляд на первичные возобновляемые источники энергии и их глобальные географические опорные пункты, предлагая действенные идеи для планировщиков энергии и лиц, принимающих решения.

Значение географических горячих точек в возобновляемой энергетике

Географические горячие точки — это регионы, где конкретный возобновляемый ресурс естественным образом обилен и технически эксплуатируется по конкурентным ценам. Разработка проектов в этих областях предлагает несколько преимуществ: более высокие коэффициенты мощности, более низкие требования к земле на единицу энергии и часто лучшие возможности подключения к сети. Для солнечной и ветровой энергии разница между отличным участком и средним может означать на 30-50% больше энергии на установленный мегаватт. Для гидроэнергетики и геотермальной энергии наличие подходящей топографии или подземного тепла не подлежит обсуждению. Четкое понимание этих горячих точек позволяет более эффективно распределять капитал, снижает риск проекта и ускоряет переход к низкоуглеродной энергетической системе.

Горячие точки солнечной энергии

Солнечная энергия является наиболее широко доступным возобновляемым ресурсом, но ее интенсивность и согласованность резко различаются по всему миру. Регионы вблизи экватора и регионы с высоким прямым нормальным излучением (DNI) являются основными кандидатами как для фотоэлектрических (PV), так и для концентрированных солнечных систем (CSP). Такие страны, как Испания, Индия, Австралия, Чили и юго-западные Соединенные Штаты могут похвастаться исключительными солнечными ресурсами. Например, пустыня Атакама в Чили получает одни из самых высоких солнечных излучений на Земле, с годовым DNI, превышающим 2500 кВтч / м2. Аналогично, пустыня Тар в Индии и австралийская глубинка предлагают обширные, плоские, залитые солнцем ландшафты, идеально подходящие для солнечных ферм коммунального масштаба.

Полезная фотоэлектрическая и концентрированная солнечная энергия

Фотоэлектрические (PV) системы в настоящее время являются доминирующей солнечной технологией, с затратами, снижающимися более чем на 80% за последнее десятилетие. Горячие точки для PV в масштабе коммунальных услуг включают регионы с низким облачным покровом, минимальным загрязнением воздуха и большими участками неразвитой земли. Пустыня Мохаве в Калифорнии, на Ближнем Востоке (особенно в Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратах) и пустыня Гоби в Китае - все это мега-масштабные солнечные объекты. Концентрированная солнечная энергия, которая использует зеркала для генерации тепла, которое приводит в действие турбину, лучше всего подходит для регионов с высоким DNI. Испания является лидером в области CSP, хотя новые проекты появляются в Марокко (Noor Complex), Южной Африке и Чили. Преимущество CSP - это его способность интегрировать хранение тепловой энергии, обеспечивая диспетчерскую возобновляемую энергию.

Солнечная крыша и распределенное поколение

В то время как проекты коммунального масштаба захватывают заголовки, солнечная энергия на крыше в жилых и коммерческих зданиях также географически зависит от уровней инсоляции и местной политики. Такие страны, как Германия (несмотря на умеренные солнечные ресурсы), Япония и Австралия имеют высокое проникновение солнечных панелей на крыше из-за поддерживающих тарифов на питание и чистого учета. Даже в менее солнечных регионах экономический случай может быть благоприятным, если цены на электроэнергию высоки. Глобальный солнечный потенциал огромен: по данным Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить более одной трети мировой электроэнергии к 2050 году, с горячими точками по всей Африке, Ближнему Востоку, Латинской Америке и части Азии.

Пример внешней ссылки: ИРЕНА — Солнечная энергия

Горячие точки ветровой энергии

Энергия ветра является зрелым, конкурентоспособным по стоимости возобновляемым источником, который полагается на согласованные скорости ветра на высотах хабов 80-120 метров. Лучшие береговые ветровые участки находятся в открытых равнинах, прибрежных зонах и горных хребтах, где ветер переносится и ускоряется. Великие равнины Соединенных Штатов, простирающиеся от Техаса до Северной Дакоты, могут похвастаться одними из самых сильных и самых последовательных ветров в мире, что делает их ветровой энергетической электростанцией с более чем 60 ГВт установленной мощности. Регион Северного моря Европы, особенно воды у Дании, Соединенного Королевства, Германии и Нидерландов, является глобальной горячей точкой для морского ветра, извлекая выгоду из мелководья и высоких средних скоростей ветра.

Наземный ветер: Великие равнины, Патагония и за ее пределами

Помимо США, прибрежные горячие точки ветра включают ветреные степи Центральной Азии (Казахстан, Монголия), обширные равнины Аргентины (Патагония) и высокогорные плато Китая (Внутренняя Монголия, Синьцзян). Южные и западные прибрежные государства Индии (Тамиль Наду, Гуджарат) также имеют отличные ветровые режимы. Ключевой показатель для хорошего ветропарка - коэффициент мощности выше 30% - многие объекты верхнего уровня теперь превышают 40% с современными турбинами. Проблемы включают визуальное воздействие, шум и смертность от птиц / летучих мышей, но надлежащее размещение и технологические улучшения смягчают их. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) предоставляет подробные карты ветровых ресурсов, которые направляют разработчиков.

Оффшорный ветер: следующий рубеж

Оффшорный ветер быстро расширяется из-за более высоких и более последовательных скоростей ветра, меньшего количества конфликтов землепользования и способности строить массивные турбины (сейчас 12-15 МВт каждая). Северное море остается основной горячей точкой, с Великобританией и Данией, ведущими в совокупной мощности. Однако появляются новые горячие точки: Восточное побережье Соединенных Штатов (от Массачусетса до Вирджинии), Балтийское море, Тайваньский пролив и прибрежные воды Японии. Плавающие морские ветровые технологии открывают более глубокие водные объекты, с Норвегией и Шотландией, пионерскими пилотными проектами. По данным Глобального совета по ветроэнергетике, ожидается, что оффшорные ветровые мощности вырастут в десять раз к 2030 году, открывая новые географические границы.

Пример внешней ссылки: NREL карты ресурсов ветра

Горячие точки гидроэнергетики

Гидроэнергетика является старейшим и крупнейшим источником возобновляемой электроэнергии, полагаясь на текущую воду для вращения турбин. Она обеспечивает примерно 60% возобновляемой энергии в мире. Лучшие гидроэнергетические объекты имеют высокий поток воды и значительное вертикальное падение (голова). Горные регионы с сильными осадками или снегопадом - такие как Гималаи, Анды, Скалистые горы и Альпы - являются естественными горячими точками. Бассейн Амазонки, хотя и тропический, предлагает огромный гидроэнергетический потенциал в своих притоках. Китай лидирует в мире по гидроэнергетическим мощностям, с плотиной Три ущелья (22,5 ГВт) и многими проектами в Тибете, провинциях Юньнань и Сычуань. Бразилия, США (Тихоокеанский Северо-Запад), Канада (Британская Колумбия, Квебек) и Норвегия также являются крупными гидроэнергетическими странами.

Крупные плотины против реки

Обычная крупная гидроэнергетика включает в себя затопление рек и создание водохранилищ, которые обеспечивают хранение и диспетчерскую мощность, но поднимают экологические и социальные проблемы (нарушение среды обитания, выбросы метана, переселение). Проекты по забегу рек имеют меньший охват и жизнеспособны во многих из тех же горных регионов. Накачиваемая гидроэнергетика, форма хранения энергии в масштабе сети, все более важна для интеграции переменных возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и ветер. Географически, накачиваемые горячие точки часто в сочетании с существующей гидроэнергетической инфраструктурой или на подходящих топографических объектах (например, горы с естественными различиями высоты). Международная ассоциация гидроэнергетики отслеживает глобальные события и горячие точки.

Новые рынки гидроэнергетики

Африка обладает огромным неиспользованным гидроэнергетическим потенциалом, особенно в бассейне реки Конго (проект Гранд-Инга может превысить 40 ГВт), Ниле и Замбези. Однако политические и финансовые барьеры задерживают проекты. Южная Азия, в частности Непал и Бутан, разрабатывают проекты по экспорту пробега рек для экспорта электроэнергии в Индию. Ключом к устойчивой гидроэнергетике является тщательное экологическое и социальное планирование, а также устойчивость к изменению климата (засухи угрожают существующим проектам).

Пример внешней ссылки: Международная ассоциация гидроэнергетики

Геотермальные энергетические горячие точки

Геотермальная энергия использует тепло из-под поверхности Земли, наиболее доступное на границах тектонических плит, где магма находится близко к поверхности - Тихоокеанское Кольцо Огня является преобладающей горячей точкой. Такие страны, как Исландия (более 25% электроэнергии от геотермальной), Филиппины (более 15%), Индонезия (наибольший потенциал, но слаборазвитый), Кения (быстро расширяющаяся в Рифтовой долине) и Соединенные Штаты (особенно калифорнийское поле Гейзеров) являются мировыми лидерами. Эти места имеют высокотемпературные геотермальные резервуары (150-300°C), подходящие для паровых турбин. Прямые применения (районное отопление, теплицы) также распространены в более холодных регионах, таких как Исландия и части США (Бойс, Айдахо).

Усовершенствованные геотермальные системы

Помимо обычных гидротермальных ресурсов, усовершенствованные геотермальные системы (EGS) являются новой технологией, которая может расширить геотермальные в невулканические регионы. Разрывая горячие сухие породы на глубинах 4-6 км, EGS может получить доступ к теплу практически в любом месте. Ранние демонстрационные проекты во Франции (Soultz-sous-Forêts), Австралии (Cooper Basin) и США (Forge) доказывают техническую осуществимость. По оценкам Министерства энергетики США, EGS может обеспечить 100 ГВт только в США к 2050 году. Пока еще не коммерческий, потенциальный географический охват намного шире, чем традиционные геотермальные горячие точки.

Проблемы и возможности

Геотермальная система имеет очень высокие первоначальные затраты на бурение и риск ресурсов (не все обещанные участки обеспечивают коммерческий поток). Однако после ее строительства она обеспечивает базовую нагрузку, безуглеродную энергию с очень низкими затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание. Восточноафриканская рифтовая система (Кения, Эфиопия, Танзания) является основной зоной развития, при этом Программа ООН по окружающей среде поддерживает разведку. Массивный потенциал Индонезии, по оценкам, 29 ГВт, медленно используется при содействии Всемирного банка. Поскольку интеграция сетей требует твердых возобновляемых источников энергии, роль геотермальной энергии как стабильного, диспетчерского источника все более ценится.

Горячие точки энергии биомассы

Энергия биомассы — органическое вещество, сжигаемое или преобразуемое в биотопливо — географически связана с сельскохозяйственными и лесными ресурсами. Горячие точки включают регионы с крупномасштабными плантациями сахарного тростника, кукурузы, сои и древесины. Бразилия является мировым лидером в биоэтаноле из сахарного тростника, с высокой производительностью и низкой интенсивностью углерода. Соединенные Штаты производят огромное количество кукурузного этанола и расширяются в целлюлозную биомассу из сельскохозяйственных остатков и специализированных энергетических культур, таких как челночная трава. Северная Европа (Швеция, Финляндия, Дания) имеет сильное нагревание биомассы и комбинированную тепло- и энергетическую энергию (CHP) из лесных остатков. Юго-Восточная Азия (Индонезия, Малайзия) использует пальмовое масло для биодизеля, хотя возникают проблемы устойчивости.

Электростанции на биомассе и биогаз

Выделенные электростанции на биомассе распространены в Великобритании (сжигание древесных гранул из США и Канады), западных США и некоторых частях Японии. Биогаз со свалок, навоза и пищевых отходов является растущим сегментом, с горячими точками в Германии (обширное анаэробное пищеварение), США и Индии (через программу устойчивой альтернативы доступной транспортировке). Ключом к устойчивой биомассе является использование отходов и остатков, а не целевых культур, которые конкурируют с продовольственными землями. Оценки жизненного цикла углерода имеют решающее значение.

Будущие направления

Передовые виды биотоплива (например, из водорослей) и биоэнергия с улавливанием и хранением углерода (BECCS) могут создавать отрицательные выбросы, но остаются дорогостоящими. Географические горячие точки для BECCS - это регионы с крупными заводами биомассы точечного источника и подходящим геологическим хранением (например, Северное море). Платформа биоэнергетики МЭА отслеживает текущие и возникающие горячие точки.

Пример внешней ссылки: МЭА — Биоэнергетика

Новые технологии и новые горячие точки

Технологии возобновляемой энергии постоянно развиваются, создавая новые географические возможности. Плавающие солнечные панели на водохранилищах и плотинах открывают пространство, где земли мало; Китай, Япония и Бразилия лидируют. Приливная и волновая энергия находятся на ранних стадиях, но многообещающая для береговых линий с сильными приливами (Великобритания, Канада, Южная Корея, Индия). Производство зеленого водорода - использование возобновляемой электроэнергии для разделения воды - создает спрос на интегрированные возобновляемые центры в солнечных и ветреных районах, таких как Австралия, Чили, Саудовская Аравия и Марокко. Концепция «кластеров возобновляемой энергии» - совместное размещение солнечных, ветровых и аккумуляторных батарей - возникает в австралийской глубинке, на юго-западе США и на Ближнем Востоке.

Проблемы и соображения в развитии возобновляемых горячих точек

Даже лучшая географическая точка доступа не может обеспечить чистую энергию без устранения барьеров для передачи, хранения и регулирования. Многие основные возобновляемые объекты удалены от населенных пунктов, что требует наличия высоковольтных линий на большие расстояния. Например, лучший ветер в Великих равнинах США находится далеко от центров прибрежной нагрузки; предлагаемые линии электропередач TransWest Express и SunZia направлены на их соединение. Сетевое хранилище (литий-ионные, проточные батареи, сжатый воздух) все чаще используется для плавного переменного выхода. Насосные гидро- и зеленый водород являются вариантами хранения на более длительный срок. Оценки экологического и социального воздействия должны быть строгими, чтобы избежать повреждения экосистем и вытеснения сообществ. Наконец, стабильность политики и долгосрочные соглашения о покупке электроэнергии (PPA) необходимы для привлечения огромного капитала, необходимого для создания этих горячих точек.

Понимая географические сильные стороны солнечной, ветровой, гидроэнергетики, геотермальной и биомассы, энергетические заинтересованные стороны могут принимать обоснованные решения, которые максимизируют выход энергии, минимизируют затраты и ускоряют переход к устойчивому энергетическому будущему. Продолжение инноваций в области технологий, хранения и передачи энергии только расширит географический охват возобновляемых источников энергии, принося чистую энергию большему количеству людей и мест, чем когда-либо прежде.