Источники электричества: от атомных батарей до солнечных панелей

alexxlabРазное
Какие бывают источники электричества. Как устроены гальванические элементы и атомные батареи. Чем отличаются вольт-амперные характеристики разных источников тока. Какие необычные источники электроэнергии существуют.

Содержание

Виды взаимодействий и источники электричества

В физике выделяют четыре фундаментальных вида взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые. При этом большинство явлений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, объясняются электромагнитным взаимодействием. Это касается и работы различных источников электричества.

Основные виды источников электрической энергии:

  • Гальванические элементы (батарейки и аккумуляторы)
  • Атомные батареи
  • Солнечные батареи
  • Электрогенераторы
  • Термоэлектрические генераторы
  • Пьезоэлектрические преобразователи

Каждый из этих источников имеет свои особенности работы и характеристики. Рассмотрим некоторые из них подробнее.

Принцип работы гальванических элементов

Гальванические элементы, к которым относятся обычные батарейки и аккумуляторы, являются одними из самых распространенных источников электричества. Как же они работают?


При погружении металлического электрода в раствор электролита происходит следующее:

  1. Ионы металла начинают переходить в раствор и обратно
  2. Устанавливается динамическое равновесие этих потоков
  3. Возникает разность потенциалов между электродом и раствором
  4. Образуется двойной электрический слой на границе металл-электролит

Если поместить в этот же электролит другой металл, то у него возникнет свой потенциал относительно раствора. В результате между двумя электродами появляется разность потенциалов — так и работает гальванический элемент.

Вольт-амперная характеристика гальванических элементов

Важной характеристикой любого источника тока является его вольт-амперная характеристика (ВАХ) — зависимость напряжения от силы тока. Для гальванических элементов она близка к линейной.

Основные параметры ВАХ гальванического элемента:

  • ЭДС — напряжение при отсутствии тока (режим холостого хода)
  • Ток короткого замыкания — максимальный ток при нулевом напряжении
  • Внутреннее сопротивление — определяет наклон характеристики

Внутреннее сопротивление зависит от свойств электролита, площади и расстояния между электродами. Оно определяет, насколько сильно будет падать напряжение при увеличении тока нагрузки.


Особенности атомных батарей

Атомные батареи, использующие энергию радиоактивного распада, имеют совершенно иную вольт-амперную характеристику по сравнению с гальваническими элементами. Чем это обусловлено?

Особенности работы простейшей атомной батареи:

  • Заряженные частицы (α или β) вылетают с одного электрода и попадают на другой
  • Напряжение растет, пока частицы способны преодолевать возникающее электрическое поле
  • Максимальное напряжение определяется энергией частиц
  • Ток ограничен интенсивностью радиоактивного распада

В результате ВАХ атомной батареи имеет почти горизонтальный участок до максимального тока, а затем резко спадает до нуля при достижении критического напряжения. Это принципиально отличает ее от линейной характеристики гальванических элементов.

Конструкции современных атомных батарей

Простейшая конструкция атомной батареи неудобна из-за высокого напряжения и малого тока. Поэтому были разработаны более сложные варианты:

  1. Использование полупроводникового p-n перехода для преобразования энергии частиц
  2. Прямой контакт радиоактивного материала с полупроводником
  3. Возбуждение люминесценции с последующим преобразованием света в электричество
  4. Применение гибкого электрода для получения переменного напряжения

Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор конкретной конструкции зависит от требуемых параметров — напряжения, тока, габаритов, срока службы и т.д.


Солнечные батареи как источник электроэнергии

Солнечные батареи являются перспективным источником электроэнергии, доля которого постоянно растет. Как они работают и чем отличаются от других источников?

Принцип работы солнечной батареи:

  • Основа — полупроводниковый p-n переход
  • Под действием света в p-n переходе генерируются электронно-дырочные пары
  • Электрическое поле p-n перехода разделяет заряды
  • На выводах возникает разность потенциалов

Вольт-амперная характеристика солнечной батареи похожа на характеристику атомной батареи — имеет почти горизонтальный участок, а затем резко спадает. При этом параметры сильно зависят от освещенности.

Необычные источники электроэнергии

Помимо широко распространенных источников существуют и довольно необычные способы получения электричества. Некоторые из них:

  • Генератор Ван де Граафа — источник сверхвысоких напряжений
  • Пьезоэлектрические преобразователи — превращают механическую энергию в электрическую
  • Термоэлектрические генераторы — используют разность температур
  • Магнитогидродинамические генераторы — преобразуют энергию потока плазмы

Хотя эти источники не получили широкого распространения, они находят применение в специфических областях, где требуются их уникальные свойства.


Перспективы развития источников электроэнергии

Развитие технологий открывает новые возможности для создания эффективных и экологичных источников электричества. Каковы основные направления исследований в этой области?

Перспективные направления:

  • Повышение КПД солнечных батарей
  • Разработка новых типов аккумуляторов с высокой емкостью
  • Создание компактных и безопасных атомных батарей
  • Использование альтернативных источников энергии (ветер, приливы и т.д.)
  • Разработка эффективных способов хранения электроэнергии

Успехи в этих направлениях позволят сделать электроэнергию более доступной и экологичной, что крайне важно для устойчивого развития человечества.


Источники электричества

Леонид Ашкинази
«Квант» №4, 2020

Мы сделаем электричество таким дешевым, что жечь свечи будут только богачи.

Томас Эдисон

Сначала — кое-что о силах

Школьный учебник физики гласит, что существует четыре вида взаимодействий (т.е. сил) — гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые. И дает некоторое их сравнение — по радиусу действия, величине силы и области применения. Заметим сразу, что сравнивать силы по радиусу действия можно только, если этот радиус определен однозначно, а вообще-то лучше говорить «зависимость от расстояния». Далее, если уж сказали про зависимость от расстояния, то можно что-то изречь и про зависимость от времени, т.е. про скорость распространения. Про скорость распространения одного из этих четырех взаимодействий учебник весьма упрощенно, но хоть что-то говорит, про другую скорость если и говорит, то лишь предположительно, а еще про две вообще все молчат (хотя иногда авторы упоминают про время взаимодействия). То, что эти взаимодействия реально распространяются на столь малые расстояния, что время не имеет значения, не отговорка. Логика должна соблюдаться, упомянуть надо. Ну и наконец, сравнивать силы разной природы странно — они зависят от разных параметров (да еще и по-разному от расстояния).

Раз у нас четыре типа взаимодействий, то можно ожидать, что все, о чем рассказано в учебнике, привязано к этим взаимодействиям. Гравитационное взаимодействие проявляется в движении планет и спутников, более серьезные проблемы учебники не рассматривают, хотя рассказать кое-что о точках Лагранжа, кривой вращения галактик, проблеме трех тел, гравитационном маневре и устойчивости Солнечной системы вполне было бы можно1. И это — частью как решение, а частью как постановка задачи — вполне было бы полезно для уяснения картины мира и применения физики. Электромагнитное взаимодействие проявляется в учебнике в заряде и поле, потом — в токе и индукции, третий и последний раз — в электромагнитном поле, т. е. в свете и радио. Два других взаимодействия остаются на уровне слов. Возникает вопрос: а весь остальной учебный мир — трение, реакция опоры, упругость, свойства твердых тел, жидкостей и газов — это что?

Приходится признать, что это все — электромагнетизм, но об этом учебник иногда что-то говорит, иногда молчит. А когда становится совсем невтерпеж, т.е. когда заходит речь о батарейках, — вводятся понятия «сторонние силы» и «химическая энергия». Так вот — все это электромагнетизм, но построить на основе законов электромагнетизма полную и последовательную теорию трения, упругости, прочности и т.д. современная физика может лишь частично. А в тех сегментах, в которых это возможно, теория получается настолько сложной, что изложить ее и в университетском учебнике — а в школьном тем более — нельзя. Поэтому люди прибегают к промежуточным моделям, параметры которых (коэффициент трения, упругость, прочность и т.д.) определяют экспериментально, а потом пытаются связать эти параметры между собой, продвигаясь к чаемому пониманию устройства нашего мира. Иногда это можно, на качественном уровне, сделать и в школе.

Эквивалентная схема — что это?

Сейчас прибегнем к промежуточной модели и введем понятие внутреннего сопротивления источника электроэнергии. Подключим наш источник к переменному сопротивлению, измерим зависимость выходного напряжения и тока в нагрузке от сопротивления и построим график зависимости напряжения от тока (рис. 1). Эта зависимость называется нагрузочной характеристикой или вольт-амперной характеристикой. Во многих случаях (например, для гальванических источников — батареек и аккумуляторов) она близка к прямой. А раз так, то возникает мысль — представить источник эквивалентной схемой из идеального источника ЭДС и сопротивления. Эквивалентная схема — это схема из идеальных в каком-то смысле элементов, которая ведет себя примерно так же, как реальное устройство.

Почему вообще эквивалентные схемы получили широкое распространение? Причина этого «случайна»: люди поздно создали компьютеры. Дело в том, что компьютеру можно сообщать информацию о компонентах схемы в любой форме и можно написать программу, которая — если эта информация полна и непротиворечива — сделает расчет схемы. Но если зависимости, которые характеризуют элементы, например вольт-амперные характеристики, нелинейные, то объем вычислений оказывается слишком велик для расчетов вручную. Поэтому и возникло когда-то понятие эквивалентных схем.

На заре физики электричества, когда люди о том, как течет вода, хоть что-то знали, а электричество было совсем внове, для рассмотрения электричества при преподавании применялась «гидродинамическая аналогия» — протекание тока рассматривали как течение воды. Со временем ситуация инвертировалась — для описания гидродинамики стали использовать электрические схемы, тоже в некотором смысле эквивалентные. Для расширения кругозора можно спросить в интернете эквивалентные схемы гидравлических систем или эквивалентные схемы электромоторов.

Теперь вернемся к нагрузочной характеристике, сделаем несколько замечаний и зададим вопросы. Замечание первое — крайние точки называются напряжением холостого хода и током короткого замыкания, их связь с параметрами эквивалентной схемы очевидна — ее можно увидеть на рисунке. Замечание второе — понятие внутреннего сопротивления создано для описания нагрузочной характеристики, и оно соответствует именно линейной модели. Если мы хотим использовать его расширительно и вычислять его для разных участков реальной характеристики, то оно окажется для них несколько различным.

Замечание третье — вы, наверное, заметили, что здесь используется термин «источник электроэнергии». Лишь один раз мелькнуло «источник ЭДС», и это было не случайно. В школе вы вперемежку используете выражения «источник ЭДС» и «источник тока». В физике, а точнее в ее инженерно-физической области, которая называется ТОЭ — Теоретические Основы Электротехники (некоторые студенты вздрогнули), эти два термина означают некоторые идеализированные источники электроэнергии. А именно, «источник ЭДС» — это такой, у которого на выходных клеммах всегда одно и то же напряжение (именно это имелось в виду выше, там, где он единственный раз был упомянут). 2 \)/r. Мощность в нагрузке проходит через максимум при сопротивлении нагрузки R = r, а мощность, выделяющаяся в источнике, растет как rI2, т.е. всю дорогу — не спалите источник! Ну, а КПД соответственно падает от 100% до 0. При согласованной нагрузке это 50%. Все эти ответы можно дать без вычислений, просто посмотрев на схему и немного подумав.

А теперь — «поверх барьеров»! Что будет с нагрузочной характеристикой, если ток будет больше тока короткого замыкания или будет течь в обратную сторону? Вы все (ну, почти все) делаете это, а некоторые — ежедневно. Разумеется, для того чтобы пропустить через нагрузку ток в обратную сторону, нужен еще один источник напряжения, причем не какой попало. Какой же? И как его включить? А чтобы пропустить через нагрузку ток, больший тока короткого замыкания, тоже нужен дополнительный источник, причем тут его и включать надо иначе, и требований к нему будет не одно, а два. Ток в обратную сторону — это просто режим заряда. А почему аккумуляторы заряжаются, а батарейки или совсем нет или очень плохо, читайте в интернете, ключевое слово — деполяризатор. Так вот, чтобы ток через нагрузку тек в обратную сторону, в нагрузку включаем источник с большей ЭДС, чем у основного источника, причем навстречу. А чтобы тек ток, больший тока короткого замыкания, в нагрузку включаем источник с большей ЭДС, чем у основного, причем такой, чтобы \( (\mathscr{E}_1 + \mathscr{E}_2)/(r_1 + r_2) > \mathscr{E}_1/r_1 \).

Об устройстве батарейки

Пришла пора спросить, от чего зависят параметры \( \mathscr{E} \) и r. Когда мы опускаем проводник (в частности, металл) в электролит, ионы из металла начинают переходить в раствор и обратно. Эти потоки зависят, в частности, от прочности решетки проводника, концентрации ионов в растворе и температуры. При переходе ионов электрод заряжается и возникает разность потенциалов между электродом и раствором, образуется двойной электрический слой. В итоге устанавливается такая разность потенциалов, чтобы потоки сравнялись и возникло динамическое равновесие. Если опустить в этот же электролит другой проводник, то у него появляется свой потенциал относительно электролита, отличающийся от того, который появился на первом электроде. Таким образом возникла разность потенциалов между электродами, мы изобрели гальванический элемент.

Чтобы расширить образование и поразиться человеческой изобретательности, можно набрать в интернете резервные гальванические элементы. Кстати, вы даже из школьного учебника знаете, что бывают элементы с двумя разными электролитами, разделенными полупроницаемой мембраной; так что здесь дана сильно упрощенная картина.

Что касается внутреннего сопротивления, то оно связано, как обычно, с сопротивлением среды, по которой вынужден течь ток. Это — электролит, т.е. то, что находится между электродами (и выводы, но их сопротивление обычно пренебрежимо мало). Впрочем, раз нагрузочная характеристика не линейна, то сопротивление не постоянно, а само сложно зависит от тока. Причем если мы произнесли слова «двойной электрический слой», значит, мы признали, что среда неоднородна. Внутреннее сопротивление, как ему и положено (помните R = ρL/S?) действительно уменьшается при уменьшении толщины и увеличении площади слоя. Но оно уменьшается и при увеличении шероховатости электродов, а это говорит о большом вкладе в сопротивление именно прикатодного слоя, того самого двойного слоя. В общем, поле для исследований у вас будет — причем эта область физики очень и очень востребована техникой.

Химические источники электрической энергии создают на своих клеммах разность потенциалов, а вокруг них, соответственно, появляется электрическое поле. В электростатике эти вещи неразделимы — у заряда есть поле, силовые линии (при всей условности этого понятия) кончаются и начинаются на зарядах. Вне электростатики может быть и не так — если контур пронизывает переменный магнитный поток, то в контуре возникает электрическое поле, его силовые линии замкнуты, они не начинаются и не кончаются на зарядах. Разумеется, такое поле не потенциально — запустив в этот контур заряд или просто поместив в него замкнутый проводник, мы извлечем из него энергию.

Пусть источник электроэнергии имеет разность потенциалов между клеммами \( \mathscr{E} \) при I = 0, т.е. при отсутствии потребления, в режиме холостого хода. Будет ли на клеммах заряд? Иногда уточняют — избыточный заряд, чтобы не услышать, что «какие-то заряды есть всегда — протоны и электроны в атомах». Естественно, клеммы будут заряжены зарядом Q = \( \mathscr{E} \)C, где C — емкость между клеммами, пропорциональная размеру клемм D. Когда мы соединим клеммы сопротивлением R, по нему и по ним потечет ток. Если ток будет не бесконечно мал, то напряжение между клеммами уменьшится: U < \( \mathscr{E} \), уменьшится и заряд. Разность зарядов сбросится через это самое сопротивление в виде импульсного тока, длительность этого импульса будет порядка τ = max(RC, D/c), где c — скорость света, R — сопротивление клемм и нагрузки, оно не включает сопротивление источника r. Иными словами, обмен зарядами между клеммами произойдет, даже если мы разорвем цепь источника, т. е. сделаем r неограниченно большим.

Казалось бы, экзотическая ситуация? Да, но абсолютно реальная, например — оксфордский электрический звонок. Если сильно упрощать ситуацию, то это — маятник, шарик на конце нити колеблется, поочередно касаясь контактов высоковольтной батареи и в момент касания заряжающийся от них. При этом внутреннее сопротивление батареи огромно, средний ток потребления ничтожно мал (устройство работает от одной батареи больше века), но время заряда весьма мало, поэтому в импульсе ток значителен. При большом сопротивлении батареи заряд касающегося клемм шарика происходит не током «батареи», а током накопленного на клеммах заряда. Вот оценка параметров: \( \mathscr{E} \) = 103 B, C = 10−12 Ф, Q = 10−9 Кл, τ = 3 · 10−11 c, Imax = Q/τ = 30 A, однако средний ток равен отношению Q к периоду колебания T = 1 c, т.е. 10−9 A.

Необычные источники

Однако не все источники электрической энергии имеют нагрузочную характеристику, похожую на прямую, есть и совершенно другие ситуации. В частности, иначе ведут себя источники электрической энергии, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде. Распадающийся атом — сам по себе преобразователь видов энергии, т.е. внутриядерную энергию он преобразует в механическую энергию, точнее в кинетическую энергию, продуктов распада плюс потенциальную, если они заряжены, плюс электромагнитную, если это кванты. Далее есть несколько вариантов преобразования, один из них — через тепло. Частицы тормозятся в среде, энергия преобразуется в тепло (часть — в разрушение межатомных связей), а дальше есть много разных способов, самый распространенный — через термоэлектричество (

РИТЭГ), возможны и другие. Общие обзоры этих методов есть в интернете.

Рассмотрим не тепловые пути превращения энергии радиоактивного распада в электричество. Возьмем две пластины из проводника, нанесем на одну из них радиоактивный изотоп, поместим эти пластины в вакуум, сделав от них выводы. В некоторой ситуации между выводами начнет расти напряжение. Быстро ли оно будет расти и какой величины достигнет? Расти оно будет, только если при распаде вылетают заряженные частицы (α или β) и попадают на вторую пластину. Скорость роста пропорциональна количеству распадов за единицу времени, заряду частиц и обратно пропорциональна емкости:

U = Q/C, а ΔU/Δt = ΔQ/(CΔt) = I/C, где I — ток этих частиц. Расти U будет до тех пор, пока что-то не прекратит этот ток или не возникнет ток утечки по оболочке, или не произойдет вакуумный пробой либо пробой по воздуху. Но если все сконструировано правильно, то утечек и пробоев не будет, а напряжение между электродами постепенно увеличится до такого, что заряженные частицы просто перестанут долетать до второго электрода. Это произойдет именно тогда, когда напряжение, умноженное на их заряд, сравняется с их исходной энергией (рис. 2; здесь сплошная линия — идеализация, штриховая линия — ближе к реальности, e — заряд, \( \mathscr{E} \) — энергия, Imax — ток заряженных частиц). Теперь мы можем сообразить, какой будет нагрузочная кривая для атомной батареи именно такой конструкции — мы оговариваем это потому, что реальные атомные батареи устроены иначе, и далее расскажем, как именно. Но пока — вот эта принципиальная конструкция, предложенная Генри Мозли более 100 лет назад. (Для расширения кругозора можно попробовать найти в интернете статью
«Пять фотографий Генри Мозли» и прочитать ее.) А нагрузочная кривая будет совершенно фантастической — просто горизонтальная прямая от нуля тока до максимального, когда все заряженные частицы имеют строго одну энергию и долетают куда надо, и спад до нуля при достижении критического значения тормозящего напряжения. Потому что ток, больший тока заряженных продуктов распада, получить из атомной батареи простейшей конструкции нельзя.

Реально энергии частиц немного различаются хотя бы потому, что не все распадающиеся атомы лежат на поверхности, некоторым заряженным частицам приходится пробираться к поверхности и часть энергии при этом остается на пластине — источнике частиц.

Кроме того, не все заряженные частицы летят перпендикулярно поверхностям электродов, а для того чтобы не допустить до пересечения зазора частицу, вылетевшую под углом, нужно меньшее тормозящее поле. Поэтому реальная зависимость станет менее категоричной.

Однако это только начало биографии атомных батарей или, как их еще называют, изотопных батарей. Вся применяемая людьми электротехника использует вполне определенный диапазон напряжений и токов. Вы редко встретите напряжения больше 20–30 кВ, потому что при этих напряжениях возникают серьезные проблемы с изоляцией, а если это вакуумные приборы и электроны имеют в них высокую энергию, еще и возникает рентгеновское излучение. Другими словами, если надо все это использовать, есть электронные приборы с напряжением 300 кВ и более и есть линии электропередач 500 кВ и более — но это промышленность, а не быт, хотя и очень важные для цивилизации, но узкие области. Что касается тока, то тоже особо большие токи не слишком удобны — растет сечение проводов.

Так что если для какого-то применения нужна определенная мощность, то сочетания напряжения и тока могут быть разные, определяется это экономикой, схемными возможностями, традицией и т.д. Но в общем и целом, то сочетание напряжения и тока, которые могли бы давать атомные батареи тривиальной конструкции, категорически неудобны. Хорошо бы иметь напряжение порядка на три-четыре меньше, а ток, соответственно, больше.

Путей решения этой проблемы предложено несколько, причем важно понимать две принципиальные вещи. Чем лучше мы используем ту большую энергию, с которой вылетают частицы, тем выше будет КПД. Другое ограничение — малогабаритное устройство не может иметь на выходных клеммах высокое напряжение, иначе произойдет пробой. Малогабаритное устройство с высоким КПД должно как-то использовать высокую энергию частиц внутри себя, во что-то ее преобразовывая. Посмотрим, какие варианты предложены.

Первый — заряженные частицы попадают в пленку полупроводника, где они тормозятся и отдают свою энергию электронам. Само по себе это просто увеличивало бы проводимость, поэтому пленка не однородна, это p–n-переход с двумя, как ему и положено, выводами. Тормозящиеся в p–n-переходе быстрые первичные электроны порождают электронно-дырочные пары, поле перехода растаскивает электроны и дырки в разные стороны, на выводах накапливаются заряды, и, подсоединив к выводам нагрузку, мы получим ток. Один электрон с энергией в килоэлектронвольты порождает тысячи пар, каждая имеет в тысячи раз меньшую энергию, но зато их в тысячу раз больше — это и обеспечит увеличение тока. Правда, при отборе тока электронам приходится пробираться сквозь слой полупроводника, и вольт-амперная характеристика приобретает черты того варианта, что был у батареек — при отборе тока напряжение заметно падает.

Проблем у такой конструкции несколько, и одна — общая со всеми атомными батареями. А именно, выбор изотопа и его количества. Период полураспада — это темп падения мощности со временем и срок службы батареи; количество изотопа и энергия продуктов распада — это мощность батареи, ее опасность для окружающих, а если она будет летать в космосе — то это последствия прибытия на Землю с разрушением в атмосфере и заражением (уже были прецеденты) и ее опасность для окружающих устройств. Например, полупроводниковые приборы не любят, когда их облучают. Естественно, есть еще общетехнические проблемы — вес, габариты, стоимость, срок службы, надежность, иногда ремонтопригодность, патентная чистота. Патентная чистота важна, если собираются производить и легально продавать приборы. Вес и габариты — если это носимая, возимая, бортовая аппаратура летательного средства. Самое интересное — срок службы и надежность, потому что иногда лучше срок службы 10000 часов с надежностью 0,9, а иногда лучше 5000 и 0,95 или 1000 и 0,99… (подумайте, когда и почему).

Еще одна проблема, которую тоже можно назвать общетехнической, — это принципиальная конструкция, оптимизация параметров, выбор материалов и размеров. Например, в данном случае нужно выбрать оптимальную толщину слоя, содержащего изотоп, — чтобы частицы не затормозились в нем самом. И выбрать оптимальный полупроводник, чтобы он, например, не разрушался излучением. Эти вопросы исследуются, обсуждения вы легко найдете в литературе. По ситуации на сегодня, в качестве изотопа используют тритий Т (он же 3H) и никель-63 (он же 63Ni), в качестве полупроводника — кремний Si, карбид кремния SiC, нитрид и арсенид галлия GaN и GaAs или алмаз С. На рисунке 3 представлена вольт-амперная характеристика оптимизированного источника на никеле и алмазе.

Подобное устройство может и не иметь двух электродов — с изотопом и без оного, изотоп может просто контактировать с полупроводником. В этом случае высокоэнергетичным частицам не нужно пересекать вакуумный зазор — родившись, они сразу начинают распространяться сквозь полупроводник, тормозясь и порождая многочисленные электронно-дырочные пары. Такие батареи (рис. 4) уже выпускаются серийно, их напряжение 0,75–2,4 В, ток 0,05–0,3 мкА, срок службы 20 лет. Распадающийся изотоп — тритий Т, поэтому через 12 лет ток падает вдвое, полупроводник — кремний Si.

Более того, можно, по крайней мере теоретически, поискать вариант, когда изотоп является одним из элементов, входящих в полупроводник. Например, если использовать изотоп углерод-14 (он же 14C), то можно попробовать в качестве полупроводника алмаз C или карбид кремния SiC. Такие идеи предлагались, и поскольку период полураспада здесь 5 700 лет, то батарейка получается вечной. Но этот параметр почти для всех применений (кроме полета к экстрасолнечным планетам) будет избыточен, а мощность относительно мала. Кстати, при некоторых условиях и графен становится полупроводником — так что есть, о чем пофантазировать.

Предлагался и такой вариант — высокоэнергетичные частицы возбуждают люминесценцию, этот эффект известен и используется. Вот, например, имеются брелоки с тритием и люминофором (рис. 5). Далее свет преобразуется в электричество фотоэлементом. Но каждое преобразование вообще уменьшает КПД, а у фотоэлементов он не слишком велик.

Известны варианты конструкций (некоторые реально использующиеся, некоторые на уровне первых лабораторных образцов) с полетом заряженных частиц через вакуум, причем «плоскость прилета» сделана гибкой. В этом случае при попадании на нее заряженных частиц она изгибается, и если в итоге касается «плоскости вылета», то заряд сбрасывается обратно. В итоге мы получаем генератор не постоянного, а переменного напряжения — что тоже для чего-то может пригодиться. Периодически изгибающаяся консоль может быть использована как механический двигатель, а если сама консоль сделана из пьезоэлектрика — то как еще один источник напряжения, такая идея предлагалась. Во всех случаях остаются в силе соображения, изложенные выше, — или высокое напряжение, но тогда значительные габариты, или малые габариты, но тогда низкий КПД. В последнем случае он становится еще меньше из-за наличия второго преобразования.

Пьезокристалл — это еще один источник электроэнергии. Точнее — преобразователь работы в электрическую энергию и обратно, т.е. электроэнергии в перемещение. Сопротивление пьезокристалла весьма велико, поэтому мощность его, как преобразователя механической работы в электрическую мощность, мала. Обычно он применяется либо как источник высокого напряжения и малой мощности, например в зажигалках, либо как датчик перемещений — там мощность не столь важна. В обратном направлении — как способ создания малых перемещений. Это — генераторы ультразвука и устройства для точного перемещения объектов в микроскопии и оптике. Отдельная область применения — использование механического резонанса в кристалле.

Принципиальное отличие вольт-амперной характеристики атомных батарей от обычных, химических, состоит в том, что атомные батареи переносят заряженные частицы и этот поток ограничен в принципе. Его можно прекратить, подав на выводы соответствующее напряжение, но ни сменить его направление, ни пропустить через атомную батарею ток, больший тока короткого замыкания, невозможно (если, конечно, мы не подадим напряжение, большее напряжения вакуумного пробоя — но при этом мы батарею выведем из строя).

В кабинете физики

Существуют и другие источники электрической энергии, переносящие заряды, это — солнечные батареи, генератор Ван де Граафа и электрофорная машина, кое-что из этого может быть в школе. Солнечная батарея — это p–n-переход, генерация электронно-дырочных пар производится не высокоэнергетичной заряженной частицей, а квантом света. Поскольку солнечный свет на земле бесплатен и его много, люди давно и упорно пытаются добывать электроэнергию прямо из него. Сейчас из всей энергии, используемой человечеством, примерно 2% получают от таких батарей. Это немного, но цифра устойчиво растет, причем в ближайшие годы рост ускорится — потому что электричество, получаемое этим способом, сравняется по стоимости с «обычным» и это увеличит приток инвестиций. Соответственно, вольт-амперная характеристика солнечной батареи похожа на характеристику атомной батареи. На рисунке 6 представлен пример характеристик при разной освещенности.

Генератор Ван де Граафа — это источник весьма высоких, до 25 МВ, напряжений при малых токах, хотя усовершенствованная модификация, пеллетрон, выдает до 0,5 мА. Исторически его использовали для физических экспериментов, например для питания линейных ускорителей, сейчас — наверное, только в учебных целях. Генератор содержит диэлектрическую кольцевую ленту, натянутую между двумя роликами и расположенную вертикально — нечто вроде вертикального эскалатора. У нижнего конца расположен источник умеренно высокого напряжения, который ионизует воздух. Ионы налипают на ленту и переносятся ею наверх. Наверху заряд снимается с ленты и переносится на проводящий шар большого диаметра.

Существует еще несколько устройств, в которых высокое напряжение создается за счет работы по перемещению зарядов. Вот три примера, два из которых вам, скорее всего, известны. Первый — капельница Кельвина. Попробуйте догадаться, как она работает, посмотрев на рисунок 7. Устройство примитивно — две металлические банки внизу, два металлических кольца выше, два провода и труба с раздвоением, из которой капает.

Оказывается, принципиальный момент здесь — случайная несимметрия по заряду. Например, одну банку двигали по столу, другую нет, первая и электризовалась. А дальше что происходит? Например, левая зарядилась минусом. Тогда правое кольцо тоже заряжается минусом, правый конец трубы — плюсом, капли из него и правая банка — плюсом, причем чем дальше, тем больше. Но вот вопрос — чем ограничено напряжение?

Близкие по принципу работы родственники этого прелестного устройства — электрофорная машина и ее предшественница машина Гольца.

Заметим, что при обсуждении работы электрофорных машин часто начинаются споры, важна ли для их работы электризация трением. Из источников в интернете можно сделать вывод, что электризация трением сделает более быстрым процесс накопления заряда. И в более старых конструкциях она действительно применялась. В более поздних конструкциях, рассчитанных не на достижение наибольших напряжений, а предназначенных для демонстрации эффекта, стали обходиться без этого. Электризацию трением серьезно исследовал М. И. Корнфельд (публикации в журнале «Физика твердого тела»), а популярное изложение есть в журнале «Квант» (№6 за 1985 г.).

Напоследок заметим, что источники электричества есть у живых организмов, например — у некоторых рыб. Люди такие источники, кажется, не применяют, а рыбы — вполне. Они используют их для локации и как оружие. И есть еще один источник электричества, причем мы сами живем внутри этого источника — это атмосфера. В этом случае мы можем указать на некоторые процессы, благодаря которым работает такая батарейка. Перенос зарядов осуществляется в атмосфере аэрозолями — каплями воды, кристаллами льда. А их заставляют двигаться потоки воздуха и гравитация.

Ответы

1. Это гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью, которую принять называть скоростью света, электромагнитное — в вакууме с ней же, в средах — как повезет (помните формулу с коэффициентом преломления?). Впрочем, скоростей-то две — фазовая скорость и групповая скорость.

2. Трение твердого по мягкому может быть больше, чем по твердому, потому что твердое внедряется в мягкое и при движении вынуждено рвать мягкое, т.е. коэффициент трения в паре твердое–мягкое оказывается зависящим от прочности мягкого. Диэлектрическая проницаемость — это ослабление внешнего поля собственным полем зарядов вещества. В неполярной среде — это заряды ядер и электронных оболочек, в полярной — еще и заряды ионов. Электронные оболочки реагируют на внешнее поле быстрее, чем молекулы, но возникающее при этом индуцированное поле слабее. Поэтому у полярной жидкости диэлектрическая проницаемость больше, но она значительно уменьшается с увеличением частоты, когда молекулы не успевают поворачиваться в переменном внешнем поле.

3. При малых токах внутреннее сопротивление r окажется больше среднего значения, при больших — меньше. Оно равно скорости уменьшения напряжения при увеличении тока, т.е. r = ΔU/ΔI — следствие закона Ома. При линейной зависимости U(I) мощность тепловыделения действительно P = I2r, это можно показать прямым вычислением. Для реальной характеристики это не так. Например, рассмотрите ситуацию, когда на характеристике есть хоть небольшой участок с большим значением ΔU/ΔI. Тогда на этом участке I2r вроде бы сколь угодно велико, хотя оно ограничено сверху величиной \( \mathscr{E} \)I — полной мощностью источника.

4. Не может быть напряжения на нулевом сопротивлении и не может быть тока через бесконечное сопротивление. Эти модели хорошо работают, т.е. позволяют получать правильные решения, если мы не собираемся использовать, соответственно, очень малые и очень большие сопротивления нагрузки. Конкретно в электронике это бывает нужно достаточно часто для того, чтобы эти модели активно использовались. Модель источника тока проста — это параллельно включенные источник тока I и сопротивление r. Убедитесь прямым расчетом, что в этом случае нагрузочная характеристика — прямая, ток короткого замыкания равен I, а напряжение холостого хода равно rI.

5. Из того, кто создавал магнитный поток — больше неоткуда. Но что изменится, когда поместили проводник? Пошел ток, он создает магнитное поле, направленное против изменений (помните правило Ленца?). И наличие этого «противополя» требует увеличения расхода энергии создателем магнитного потока, если мы хотим, чтобы поток нарастал, как раньше.

6. КПД 100% не бывает, так что греться устройство будет обязано. Максимальная скорость будет там, где произведение напряжения на ток будет максимально, т.е. на перегибе. Там же будет и минимален нагрев.

7. При правильной конструкции максимальное напряжение ограничено пробоем в воздухе вблизи поверхности шара. Электропрочность воздуха около 30 кВ/см. При диаметре шара 2 м максимальное напряжение будет 30 МВ. Энергия накапливается за счет работы по подъему зарядов против поля. Иногда пишут, что ионы перемещаются на шар, но это неправильно — они обмениваются зарядами с шаром и превращаются в атомы.

1 Если термин написан курсивом, значит, о нем можно найти информацию в интернете.

Альтернативные источники энергии: что это, виды, есть ли в России

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

  • Что это
  • Виды
  • Планы
  • Примеры
  • Инвестиции

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 32)

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Полная версия отчета Renewables 2019 в формате PDF (см. стр. 47)

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Шесть необычных источников энергии, которые пригодятся человечеству

Борщевик: из паразита в суперконденсаторы

Источник. Борщевик Сосновского. Растение, которое активно разводили в СССР как ценную кормовую культуру, оказалось страшным сорняком: оно захватывает всё новые территории, вызывает у людей ожоги, а в пищу животным не годится.

Сюжет напоминает роман и одноимённый фильм «День триффидов».

Условия. Использовать борщевик как источник энергии придумали российские учёные из НИТУ «МИСиС».

Увидев эту новость, мы подумали, что это первоапрельская шутка. Проверили дату — август. Значит, всё серьёзно!

Технология подготовки сорняка к работе на нужды энергетики описывается так: «Из сухих стеблей борщевика нарезали бруски длиной около сантиметра. Затем для удаления различных неорганических соединений, которые содержатся в стеблях, обработали их соляной кислотой, промыли и высушили. Для получения углеродного материала измельчённые стебли борщевика насытили углекислым газом при температуре 400 °С. На следующей стадии полученный материал смешали с гидроксидом калия и провели его активацию, то есть открыли образовавшиеся поры в атмосфере аргона при различных температурах».

Применение. Борщевик предлагается задействовать в устройствах накопления энергии — суперконденсаторах. От традиционных батарей они отличаются высокой мощностью и продолжительным сроком службы. При изготовлении электродов для суперконденсаторов используются углеродные материалы с большим количеством пор разного размера. Обработанные стебли борщевика хорошо для этого подходят.

Эффективность. Учёные утверждают, что борщевик в качестве материала для электродов, конечно, уступает графену, но ничуть не хуже других растительных материалов, например переработанной скорлупы орехов.

Плюсы

Отечественная разработка соответствует мировому тренду на использование растительного экологичного сырья.

Минусы

Радует и тот факт, что растение-террорист наконец начало приносить пользу Работать с борщевиком опасно: он вызывает ожоги. К тому же вряд ли кому-то придёт в голову снова засевать поля борщевиком, а значит, непонятно откуда брать сырьё в будущем


Водоросли: зелёные универсалы

Источник. Водоросли — подойдут и обычные зелёные, и диатомовые — те, которые с кремниевым панцирем, и микроводоросли, крошечные одноклеточные растения. В океане этого добра очень, очень много. Нужно только создать подходящие условия для извлечения липидов, которые запасают водоросли. А из них можно получать энергию.

Кстати, по одной из версий, именно из водорослей миллионы лет назад на Земле образовалась нефть. Можно ли ускорить этот процесс? Над этим учёные тоже работают.

Условия. Для быстрого роста и размножения водорослям необходимы вода, углерод и солнечный свет. Ничего сложного!

Применение. Пионером в области добычи энергии из водорослей стала Япония, у которой нет собственных запасов углеводородов, зато предостаточно водных ресурсов. Электростанция компании Tokyo Gas занимается промышленным сбраживанием морских растений: водоросли собирают, добавляют к ним воду, измельчают до состояния жижи, а затем ферментируют при помощи микроорганизмов. В результате выделяется метан, который поступает в газовый двигатель, вращающий генератор. Выдаваемой мощности в 10 кВт хватает, чтобы обеспечить электричеством десять домов с офисами и производственными помещениями Tokyo Gas.

Bio Intelligent Quotient House в Гамбурге Фото: IBA-Hamburg GmbH / Johannes Arlt

В мире есть несколько биогибридных многоэтажных жилых домов, снаружи покрытых биомассой из водорослей (в аккуратных аквариумах и стеклянных панелях), которая полностью обеспечивает жильцов энергией.

Например, в 2013 году в Гамбурге появился необычный 15-квартирный дом Bio Intelligent Quotient House. Его фасад покрыт 129 продуваемыми аквариумами, внутри которых расположены биореакторы с морскими водорослями. Накопленное тепло используется для подогрева воды в системе отопления. А в израильском городе Димона можно увидеть настоящие висячие сады из морских растений. Их выращивают в подвесных ёмкостях с солёной водой, сушат и превращают в биотопливо.

Эффективность. С 1 га можно получить 150 тыс. кубометров биогаза в год — сравнимо с мощностью типовой газовой скважины и достаточно, чтобы в течение всего периода снабжать энергией небольшой населённый пункт.

Плюсы

Всё очень экологично: топливо образуется за счёт фотосинтеза и брожения. К тому же водорослей можно развести сколько угодно, это практически бесконечный ресурс

Минусы

Нужно очень много воды


Вулканы: спящие монстры

Источник. Горячая магма, наземные и подводные вулканы.

Условия. Наличие вулканических скважин, высокая температура и присутствие сверхкритической жидкости — вещества, находящегося в промежуточном состоянии между обычной жидкостью и газом. Из генератора, работающего на сверхкритической жидкости, можно извлечь в 10 раз больше электричества, чем из обычного кипятка.

Под землёй довольно тепло — и чем глубже, тем теплее. В километре от поверхности всего 30 °С, в Кольской сверхглубокой скважине на глубине 12 км — 212 °С. А на глубине 100 км температура предположительно достигает 1300-1500 °С.

Применение. В 2013 году американские исследователи взялись за разработку вулканической энергии, выбрав в качестве испытуемого спящий вулкан Ньюберри в штате Орегон. Глубоко в горячие горные породы закачивалась солёная вода. При нагреве она превращалась в пар, который попадал в генератор, вырабатывавший электроэнергию.

Похожие электростанции заработали во Франции, Германии, России и других странах. В Исландии сверхкритическую жидкость используют для обеспечения энергией столицы — Рейкьявика. Этот проект получил название «Тор» в честь популярного скандинавского бога с молотом. На склоне вулкана, который извергался несколько веков назад, пробурили скважину глубиной 4600 метров. Температура внутри оказалась около 420 °С. Чтобы полностью обеспечить Рейкьявик энергией, достаточно пяти таких скважин.

Мутновская ГеоЭС на Камчатке — крупнейшая геотермальная электростанция России Фото: paul-fish.livejournal.com, Севзапэнергомонтажпроект

Российские геотермальные электростанции расположены на Дальнем Востоке, в частности на Сахалине и Камчатке. Самая мощная — у подножия вулкана Менделеева на острове Кунашир, она выдаёт 7,4 МВт и снабжает энергией дома местных жителей.

Эффективность. По оценке Геологической службы США, геотермальные источники энергии могут дать половину необходимого стране электричества.

Плюсы

Энергии много — запасов земного тепла хватит на несколько миллиардов лет. И эта энергия не слишком загрязняет атмосферу

Минусы

В горячие недра Земли добираться сложно и дорого. А там, где расплавленная магма близка к поверхности, скажем так, довольно опасно


Сточные воды: отходы в доходы

Источник. Канализация, стоки от производства.

Условия. В неочищенной воде должна быть органика, например отходы пищевой промышленности или нашего организма.

Применение. Профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан и его коллеги в 2012 году придумали, как вырабатывать электричество в процессе очистки воды из канализации. Для этого нужна большая колония экзоэлектрогенных бактерий — микроорганизмов, которые питаются органикой из сточных вод и при этом производят электричество.

Экзоэлектрогенные бактерии — это готовые биобатареи: в процессе обмена веществ они генерируют электроны и выводят их наружу.

Экзоэлектрогенные бактерии Фото: NASA

В России микробными топливными элементами занимается Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Здесь разрабатывают собственную микробную систему очистки вод с синхронной генерацией электроэнергии.

Эффективность. По оценке создателей, сточные воды могут возвращать от 7 до 17% всей потребляемой людьми электроэнергии.

Плюсы

Вода очищается, энергия вырабатывается

Минусы

Вряд ли всем понравится работать с канализационным стоком и прочими отходами


Городская инфраструктура: ни шагу без пользы

Источник. Турникеты, двери и тротуарная плитка.

Условия. Нужны прохожие на тротуарах и желающие проходить через турникеты.

Применение. Несколько исследовательских центров пытаются использовать потоки людей как генераторы энергии. Например, на вокзале в токийском районе Сибуя турникеты оснащены электрогенераторами, а в полу под ними встроены пьезоэлементы. Электричество производится от давления и вибраций, создаваемых людьми, которые на них наступают. В голландском центре Natuurcafe La Port для выработки электричества используют энергию усилия, прикладываемого посетителями для открывания дверей.

Дверной турникет с электрогенератором Фото: Natuurcafe La Port

Пьезоэлемент — это когда при сжатии в кристаллах возникает электрический заряд.

Эффективность. С помощью пьезоэлементов извлекают электричество из тротуарных плит в центре Лондона. Изобретение протестировали в 2012 году во время Олимпиады. За две недели оно дало 20 млн джоулей энергии для освещения улиц.

Плюсы

Толпам зевак наконец-то нашлось применение

Минусы

Во время локдаунов не работает


Человек: ты ж моя батарейка!

Источник энергии. Тепло наших тел.

Условия работы. Нужно, чтоб мы были теплее окружающей среды.

Применение. Есть два типа технологий, собирающих тепло наших тел: гаджеты индивидуального пользования и устройства, аккумулирующие энергию групп людей.

Здесь работает термоэлектрический эффект: если один конец проводника (или соединения двух проводников из разных материалов) теплее другого, между этими концами возникает разность потенциалов.

Энн Макосински. Она создала фонарик без батарейки и аккумуляторов Фото: annmakosinski.com

Индивидуальные устройства появились совсем недавно. Например, в Южной Корее придумали генератор, который встраивается в гибкую стеклянную пластинку, дополняющую фитнес-браслет, и подзаряжается от тепла руки. А канадская изобретательница Энн Макосински создала фонарик без батарейки и аккумуляторов — он заряжается от разницы температур воздуха и человеческого тела.

Изобретение она сделала в 15 лет — и получила за это главный приз на международной научной ярмарке Google.

Устройства, аккумулирующие групповое тепло, используются в некоторых энергоэффективных домах. Люди и бытовые приборы выделяют тепло, которое расходуется на обогрев здания. Причём источником энергии не всегда являются обитатели этого дома — во Франции агентство социального жилья Paris Habitat придумало использовать для отопления 17 квартир тепло тел пассажиров метро, которые в большом количестве проходят под зданием. В Стокгольме на Центральном железнодорожном вокзале установили специальные устройства, которые преобразуют тепло человеческих душ в отопление соседнего 13-этажного дома. А доверчивые шведы и не подозревают об этом!

Эффективность. Человек — ходячая электростанция, которая работает на непрерывных химических реакциях. При спокойной ходьбе наше тело может питать лампочку мощностью в 60 ватт или подзаряжать телефон, а при занятиях спортом — развивать до 2000 ватт. К сожалению, всё это лишь в теории, а на практике цифры надо делить как минимум на десять, ведь современные термоэлектрические преобразователи имеют очень низкий КПД — менее 10%.

Плюсы

Тело всегда под рукой. А также — ногой, животом и прочими частями тела Низкий КПД.

Минусы

Вообще, главными препятствиями для развития всех этих источников энергии являются недостаток финансирования и медленная окупаемость

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Полностью электрические транспортные средства и подключаемые гибридные электромобили (PHEV), вместе именуемые электромобилями (EV), накапливают электроэнергию в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей. Аккумуляторы заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенным из природного газа, ядерной энергии, угля, энергии ветра, гидроэнергетики и солнечной энергии.

Полностью электрические транспортные средства, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выбросов выхлопных газов. Однако существуют выбросы, связанные с большей частью производства электроэнергии в Соединенных Штатах. Дополнительную информацию о местных источниках электроэнергии и выбросах см. в разделе «Выбросы».

Производство

По данным Управления энергетической информации США, в 2020 году большая часть электроэнергии в стране была произведена за счет природного газа, ядерной энергии и угля.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как ветер, гидроэнергетика, биомасса, ветер и геотермальная энергия. Вместе возобновляемые источники энергии произвели около 20% электроэнергии страны в 2020 году.

Для производства электроэнергии турбогенераторная установка преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной и солнечной энергии производимое тепло используется для создания пара, который приводит в движение лопасти турбины. В случае ветряной и гидроэнергетики лопасти турбины приводятся в движение непосредственно потоками ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем регионе. Чтобы узнать больше, см. раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии от Управления энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электричество в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих мощностей до местных распределительных подстанций по передающей сети протяженностью почти 160 000 миль высоковольтных линий электропередачи. Генерирующие объекты обеспечивают электроэнергию в сеть при низком напряжении, от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях. Как только электроэнергия выходит из генерирующего объекта, напряжение увеличивается или «повышается» с помощью трансформатора (типовой диапазон от 100 кВ до 1000 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. По мере того, как электроэнергия передается по сети и поступает в районы нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (в диапазоне от 70 кВ до 4 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые потребители используют 120/240 В; коммерческие и промышленные потребители обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Электрические транспортные средства и мощность электрической инфраструктуры

Полностью электрические транспортные средства и подключаемые гибридные электромобили представляют собой растущий спрос на электроэнергию, что может оказать негативное воздействие на энергосистему. Хотя эти новые нагрузки вряд ли истощат большую часть наших существующих генерирующих ресурсов, высокие совпадающие пики зарядки электромобилей в концентрированных местах могут вызвать нагрузку на близлежащее распределительное оборудование. Усовершенствованное планирование сети и решения, такие как интеллектуальное управление зарядкой, будут важны для обеспечения того, чтобы существующая электрическая инфраструктура могла безопасно поддерживать районы со значительным увеличением спроса, связанного с электромобилями, в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности транспортные средства заряжаются.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны быть в состоянии удовлетворить спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени инфраструктура электроснабжения не работает на полную мощность. В результате электромобилям вряд ли потребуется увеличение пропускной способности сети.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США имеет достаточную мощность для удовлетворения около 73% энергетических потребностей легковых автомобилей страны. Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие электрических нагрузок домашних хозяйств и нагрузок электромобилей должно способствовать внедрению и росту рынка электромобилей по мере расширения сетей «умных сетей». Сети интеллектуальных сетей обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его клиентами, а также наблюдение за линиями электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергосберегающих ресурсов. Сети интеллектуальных сетей могут обеспечивать возможность мониторинга и защиты жилой распределительной инфраструктуры от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию для транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают затраты для коммунальных служб, сетевых операторов и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между электромобилями и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечивать чистую энергию для транспортных средств, так и снижать спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии рядом с точкой потребления. Чтобы коммунальные предприятия могли в полной мере реализовать преимущества этих технологий, необходимо внедрить интеллектуальное управление зарядкой, чтобы влиять на зарядку электромобилей.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы электромобили плавно интегрировались в энергетическую инфраструктуру США. Некоторые коммунальные службы предлагают более низкие тарифы в непиковое время, чтобы стимулировать зарядку жилых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для питания электромобилей или EVSE) можно запрограммировать на отсрочку зарядки до непикового времени. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов/домов, позволяя им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее оптимальны; например, когда цены самые низкие, соответствующие местным потребностям распределения (таким как температурные ограничения) или соответствующие возобновляемым источникам энергии.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) — Управление энергетической информации США (EIA)

Перейти к поднавигации

На этой странице нет вложенной навигации. Перейти к содержимому страницы.

Уголь

  • Имеются ли в EIA данные о производстве энергии на уровне уездов?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Публикует ли EIA цены на коксующийся уголь?
  • Как преобразовать короткие тонны в метрические?
  • Насколько велики запасы угля в США?
  • Сколько электростанций в США?
  • Сколько угля США экспортируют и куда?
  • Сколько угля импортируют Соединенные Штаты и откуда?
  • Сколько угля, природного газа или нефти используется для производства киловатт-часа электроэнергии?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Какие цены на уголь публикует EIA?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • Какова теплоемкость американского угля?
  • Какие типы и количества энергии производятся в каждом штате?
  • Какие штаты производят больше всего угля?

Преобразование и эквиваленты

  • Как сравнить стоимость топлива для отопления?
  • Как преобразовать короткие тонны в метрические?
  • Как преобразовать данные в одной единице измерения в другую единицу измерения?
  • Сколько галлонов бензина и дизельного топлива производится из одного барреля нефти?
  • Что такое Ccf, Mcf, Btu и термы? Как преобразовать цены на природный газ в долларах за кубический фут или тысячу кубических футов в доллары за БТЕ или терм?
  • Каковы коэффициенты выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха для топлива и электроэнергии?
  • Каков КПД различных типов электростанций?

Дизельное топливо

  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Публикует ли EIA цены на бензин и дизельное топливо с поправкой на инфляцию?
  • Публикует ли EIA цены на дизельное топливо для бездорожья?
  • Как рассчитать надбавку за дизельное топливо?
  • Сколько галлонов бензина и дизельного топлива производится из одного барреля нефти?
  • Сколько дизельного топлива на основе биомассы производится, импортируется, экспортируется и потребляется в Соединенных Штатах?
  • Сколько углекислого газа образуется при потреблении бензина и дизельного топлива в США?
  • Сколько налогов мы платим за галлон бензина и галлон дизельного топлива?
  • Каковы прогнозы цен на бензин и дизельное топливо в США?
  • За что я плачу галлоном бензина и дизельного топлива?
  • Когда в США был построен последний нефтеперерабатывающий завод?
  • Почему цены на дизельное топливо выше цен на бензин?

Электричество

  • Могут ли потребители электроэнергии выбирать поставщика электроэнергии?
  • Имеются ли в EIA данные о производстве энергии на уровне уездов?
  • Имеются ли в EIA данные о затратах на передачу и распределение электроэнергии?
  • Есть ли у EIA данные о каждой электростанции в США?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Публикует ли EIA данные о пиковой или почасовой выработке электроэнергии, спросе и ценах?
  • Публикует ли EIA данные о тарифах на электроэнергию, тарифах и сборах по требованию?
  • Публикует ли EIA данные о продажах электроэнергии и ценах по штатам и коммунальным предприятиям?
  • Публикует ли EIA данные о потреблении энергии и ценах по городам, округам или по почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA расположение электростанций, линий электропередачи и подстанций?
  • Как электричество используется в домах США?
  • Сколько альтернативных видов топлива и гибридных автомобилей в Соединенных Штатах?
  • Сколько атомных электростанций в США и где они расположены?
  • Сколько электростанций в США?
  • Сколько интеллектуальных счетчиков установлено в США и у кого они есть?
  • Сколько угля, природного газа или нефти используется для производства киловатт-часа электроэнергии?
  • Сколько стоит строительство различных типов электростанций в США?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Сколько электроэнергии вырабатывает атомная электростанция?
  • Сколько электроэнергии потребляет американский дом?
  • Сколько электроэнергии теряется при передаче и распределении электроэнергии в США?
  • Сколько электроэнергии используется для охлаждения в Соединенных Штатах?
  • Сколько электроэнергии используется для освещения в США?
  • Сколько энергии потребляет мир в каждом секторе конечного потребления энергии?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Какая часть потребления энергии и производства электроэнергии в США приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Какая часть мирового потребления и производства энергии приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Сколько лет атомным электростанциям США и когда была построена самая новая?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • В чем разница между мощностью производства электроэнергии и производством электроэнергии?
  • Каков КПД различных типов электростанций?
  • Каков прогноз цен на топливо для отопления домов этой зимой?
  • Какие типы и количества энергии производятся в каждом штате?

Окружающая среда

  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Как преобразовать короткие тонны в метрические?
  • Сколько углекислого газа образуется при потреблении бензина и дизельного топлива в США?
  • Сколько углекислого газа производится на киловатт-час производства электроэнергии в США?
  • Сколько углекислого газа образуется при сжигании различных видов топлива?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Является ли озон парниковым газом?
  • Каковы выбросы углекислого газа в США, связанные с энергетикой, по источникам и секторам?
  • Что такое парниковые газы и как они влияют на климат?
  • Каковы связанные с энергетикой выбросы углекислого газа от ископаемого топлива в Соединенных Штатах и ​​во всем мире?
  • Каковы коэффициенты выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха для топлива и электроэнергии?
  • Почему выбросы углекислого газа весят больше, чем исходное топливо?

Бензин

  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA исторические цены на бензин для каждого штата?
  • Публикует ли EIA данные о потреблении энергии и ценах по городам, округам или по почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA цены на бензин по городам, округам или почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA цены на бензин и дизельное топливо с поправкой на инфляцию?
  • Сколько галлонов бензина и дизельного топлива производится из одного барреля нефти?
  • Сколько углекислого газа образуется при потреблении бензина и дизельного топлива в США?
  • Сколько этанола содержится в бензине и как это влияет на экономию топлива?
  • Сколько бензина потребляют США?
  • Сколько налогов мы платим за галлон бензина и галлон дизельного топлива?
  • Каковы прогнозы цен на бензин и дизельное топливо в США?
  • За что я плачу галлоном бензина и дизельного топлива?
  • Когда в США был построен последний нефтеперерабатывающий завод?

General Energy

  • Имеются ли в EIA данные о производстве энергии на уровне округов?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о газо- и нефтепроводах США?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Публикует ли EIA данные о потреблении энергии и ценах по городам, округам или по почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA расположение электростанций, линий электропередачи и подстанций?
  • Как сравнить стоимость топлива для отопления?
  • Сколько интеллектуальных счетчиков установлено в США и у кого они есть?
  • Сколько стоит строительство различных типов электростанций в США?
  • Сколько электроэнергии используется для охлаждения в Соединенных Штатах?
  • Сколько энергии человек использует в год?
  • Сколько энергии потребляет мир в каждом секторе конечного потребления энергии?
  • Сколько энергии потребляется в зданиях США?
  • Сколько природного газа потребляется в США?
  • Какая часть потребления энергии и производства электроэнергии в США приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Какая часть мирового потребления и производства энергии приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • Какова доля США в мировом потреблении энергии?
  • Какие типы и количества энергии производятся в каждом штате?
  • Где я могу получить помощь в оплате счетов за коммунальные услуги?

Природный газ

  • Имеются ли в EIA данные о производстве энергии на уровне округов?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о газо- и нефтепроводах США?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Публикует ли EIA данные о потреблении энергии и ценах по городам, округам или по почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA данные о добыче и запасах сланцевого газа и метана угольных пластов?
  • Как EIA рассчитывает годовые и пятилетние средние значения в Еженедельном отчете о хранении природного газа?
  • Сколько альтернативных видов топлива и гибридных автомобилей в Соединенных Штатах?
  • Сколько угля, природного газа или нефти используется для производства киловатт-часа электроэнергии?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Сколько природного газа есть в США и как долго его хватит?
  • Сколько природного газа потребляется в США?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Сколько сланцевого газа добывается в США?
  • Что такое Ccf, Mcf, Btu и термы? Как преобразовать цены на природный газ в долларах за кубический фут или тысячу кубических футов в доллары за БТЕ или терм?
  • Каковы основные факторы, влияющие на цены на природный газ?
  • На что я могу рассчитывать за отопление этой зимой?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • Каков прогноз цен на топливо для отопления домов этой зимой?
  • Какова цена или стоимость природного газа для производителей электроэнергии в США?
  • Каков объем мировых запасов природного газа?
  • Какие типы и количества энергии производятся в каждом штате?
  • Какие штаты потребляют и производят больше всего природного газа?
  • Почему за мазут или пропан с меня берут больше, чем цена, указанная на веб-сайте EIA?

Атомная энергия

  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Сколько атомных электростанций в США и где они расположены?
  • Сколько электростанций в США?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Сколько электроэнергии вырабатывает атомная электростанция?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Сколько лет атомным электростанциям США и когда была построена самая новая?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?

Нефть/нефть

  • Имеются ли в EIA данные о производстве энергии на уровне округов?
  • Есть ли у EIA данные о нефтеперерабатывающих заводах США и их местоположении?
  • Имеются ли у EIA данные о перемещении (перевозке) сырой нефти, нефтепродуктов, топливного этанола и биодизеля по железной дороге?
  • Имеются ли у EIA данные о типе или качестве сырой нефти?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о газо- и нефтепроводах США?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Достаточно ли в мире нефти для удовлетворения наших будущих потребностей?
  • Сколько альтернативных видов топлива и гибридных автомобилей в Соединенных Штатах?
  • Сколько галлонов бензина и дизельного топлива производится из одного барреля нефти?
  • Сколько угля, природного газа или нефти используется для производства киловатт-часа электроэнергии?
  • Сколько сырой нефти, добываемой в США, потребляется в США?
  • Сколько нефти, потребляемой Соединенными Штатами, поступает из других стран?
  • Сколько нефти потребляется в США?
  • Сколько масла используется для производства пластика?
  • Сколько нефти импортируют и экспортируют Соединенные Штаты?
  • Сколько сланцевой (плотной) нефти добывается в США?
  • Что такое нефтепродукты и для чего используется нефть?
  • Какие страны являются ведущими производителями и потребителями нефти?
  • За что я плачу галлоном бензина и дизельного топлива?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • В чем разница между сырой нефтью, нефтепродуктами и нефтью?
  • Каков прогноз цен на топливо для отопления домов этой зимой?
  • Какие типы и количества энергии производятся в каждом штате?
  • Когда в США был построен последний нефтеперерабатывающий завод?

Цены

  • Цены, публикуемые EIA, скорректированы с учетом инфляции?
  • Есть ли у EIA данные о ценах на этанол?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA исторические цены на бензин для каждого штата?
  • Публикует ли EIA цены на коксующийся уголь?
  • Публикует ли EIA данные о пиковой или почасовой выработке электроэнергии, спросе и ценах?
  • Публикует ли EIA данные о тарифах на электроэнергию, тарифах и сборах по требованию?
  • Публикует ли EIA данные о продажах электроэнергии и ценах по штатам и коммунальным предприятиям?
  • Публикует ли EIA данные о потреблении энергии и ценах по городам, округам или по почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA цены на бензин по городам, округам или почтовым индексам?
  • Публикует ли EIA цены на бензин и дизельное топливо с поправкой на инфляцию?
  • Публикует ли EIA цены на дизельное топливо для бездорожья?
  • Как рассчитать надбавку за дизельное топливо?
  • Как сравнить стоимость топлива для отопления?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Сколько налогов мы платим за галлон бензина и галлон дизельного топлива?
  • Что такое Ccf, Mcf, Btu и термы? Как преобразовать цены на природный газ в долларах за кубический фут или тысячу кубических футов в доллары за БТЕ или терм?
  • Какие цены на уголь публикует EIA?
  • Каковы прогнозы цен на бензин и дизельное топливо в США?
  • На что я могу рассчитывать за отопление этой зимой?
  • За что я плачу галлоном бензина и дизельного топлива?
  • Каков прогноз цен на топливо для отопления домов этой зимой?
  • Какова цена или стоимость природного газа для производителей электроэнергии в США?
  • Где я могу получить помощь в оплате счетов за коммунальные услуги?
  • Почему за мазут или пропан с меня берут больше, чем цена, указанная на веб-сайте EIA?
  • Почему цены на дизельное топливо выше цен на бензин?

Возобновляемые источники энергии

  • Есть ли у EIA данные о перемещении (транспортировке) сырой нефти, нефтепродуктов, топливного этанола и биодизеля по железной дороге?
  • Есть ли у EIA данные о ценах на этанол?
  • Есть ли у EIA прогнозы или прогнозы производства, потребления и цен на энергию для отдельных штатов?
  • Есть ли у EIA информация о незапланированных отключениях или отключениях энергетической инфраструктуры США?
  • Сколько альтернативных видов топлива и гибридных автомобилей в Соединенных Штатах?
  • Сколько дизельного топлива на основе биомассы производится, импортируется, экспортируется и потребляется в Соединенных Штатах?
  • Сколько стоит выработка электроэнергии на различных типах электростанций?
  • Сколько этанола содержится в бензине и как это влияет на экономию топлива?
  • Сколько топливного этанола производится, импортируется, экспортируется и потребляется в Соединенных Штатах?
  • Какая часть выбросов углекислого газа в США связана с производством электроэнергии?
  • Какая часть потребления энергии и производства электроэнергии в США приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Какая часть мирового потребления и производства энергии приходится на возобновляемые источники энергии?
  • Что такое производство электроэнергии в США по источникам энергии?
  • Какие виды и количества энергии производятся в каждом штате?

верхний

  • На этой странице:

  • Уголь
  • Преобразование и эквиваленты
  • Дизель
  • Электричество
  • Окружающая среда
  • Бензин
  • Дженерал Энерджи
  • Природный газ
  • Ядерный
  • Масло/нефть
  • Цены
  • Возобновляемые источники энергии
  • Полный список предстоящих отчетов
  • Подпишитесь на уведомления по электронной почте

Как ваш штат производит электричество?

Этот интерактив был обновлен в 2020 году. Посетите эту страницу, чтобы увидеть последние обновления.

В целом, ископаемые виды топлива по-прежнему доминируют в производстве электроэнергии в Соединенных Штатах. Но переход с угля на природный газ помог снизить выбросы углекислого газа и другие загрязнения. В прошлом году уголь был основным источником электроэнергии для 18 штатов по сравнению с 32 штатами в 2001 году9.0003

Основной источник выработки электроэнергии в каждом штате

Но эксперты предупреждают, что перехода на природный газ будет недостаточно для ограничения выбросов и предотвращения опасного глобального потепления.

«Переход с угля на газ — это хорошо в краткосрочной перспективе, но это не решение в долгосрочной перспективе», — сказал Северин Боренштейн, директор Института энергетики Калифорнийского университета в Школе бизнеса им. Хааса в Беркли. . «Газ по-прежнему производит много парниковых газов. Мы не можем оставаться на газу и решать эту проблему. В конечном итоге нам придется перейти к источникам с гораздо более низким или нулевым выбросом углерода».

Мы составили схему производства электроэнергии в каждом штате в период с 2001 по 2017 год, используя данные Управления энергетической информации США. Прокрутите вниз или перейдите к вашему штату:

В 2001 году уголь обеспечивал более половины электроэнергии, производимой в Алабаме, но с тех пор несколько стареющих угольных электростанций штата закрылись или перешли на сжигание более дешевого природного газа. К 2017 году основным источником электроэнергии в штате был природный газ, за ​​которым следовала атомная энергия. Уголь занял третье место, обеспечивая чуть менее четверти производства электроэнергии в штате.

Алабама производит больше электроэнергии, чем потребляет, и обычно отправляет около трети своей электроэнергии в близлежащие штаты.

Природный газ является основным источником электроэнергии на Аляске с 2001 года, но за это время доля гидроэлектроэнергии увеличилась. Государство стремится к 2025 году получать 50 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников, но эта цель является добровольной и не имеет юридической силы.

На Аляске есть собственная электрическая сеть, а это означает, что «независимо от того, сколько электроэнергии там производится, столько они и потребляют», — сказал Гленн МакГрат, аналитик энергосистем Управления энергетической информации. «Это настолько изолировано, насколько это возможно».

Многие сельские общины Аляски вообще не подключены к основной сети и используют дизельные генераторы для получения энергии.

Уголь был главным источником электроэнергии в Аризоне до 2016 года, когда природный газ стал производить больше энергии. В прошлом году природный газ, атомная энергетика и уголь обеспечивали чуть менее трети электроэнергии, производимой в штате.

Но ожидается, что угольная энергетика продолжит снижаться. Государственная электростанция Навахо, крупнейшая угольная электростанция на Западе, должна быть закрыта в 2019 году., в основном из-за конкуренции со стороны более дешевого природного газа.

Аризона снабжает электричеством весь Юго-Запад. Штат обладает огромным солнечным потенциалом, и к 2025 году коммунальные предприятия должны будут получать 15 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников. главный источник электроэнергии, производимой в Арканзасе каждый год в период с 2001 по 2017 год, но доля его выработки за это время постепенно снижалась. В то же время природный газ стал обеспечивать более четверти электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году, по сравнению с 6% в 2001 году9.0003

Арканзас производит больше электроэнергии, чем потребляет, и экспортирует энергию в близлежащие штаты.

Природный газ является основным источником электроэнергии в Калифорнии с 2001 года. Но половина электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году, была получена из возобновляемых источников, включая солнечную, ветровую, геотермальную и гидроэлектроэнергию.

Гидроэлектроэнергия, которая сократилась в период с 2014 по 2015 год из-за засухи, снова выросла в прошлом году, чтобы обеспечить наибольшую долю возобновляемой генерации в штате. Солнечная энергия быстро росла за последние пять лет, в основном из-за государственной политики, такой как агрессивный стандарт возобновляемой энергии. В этом году Калифорния обязалась к 2045 году получать всю электроэнергию из источников с нулевым выбросом углерода9.0003

В прошлом году около четверти электроэнергии, потребляемой в штате, в том числе часть электроэнергии, вырабатываемой на угле, поступала из-за пределов его границ. (Импорт не показан на графике выше.) Но Калифорния планирует прекратить покупать электроэнергию на угольных электростанциях в Юте и других штатах.

Подавляющее большинство электроэнергии, вырабатываемой в Колорадо, поступает из источников ископаемого топлива: примерно половина из угля и четверть из природного газа. Но за последнее десятилетие ветроэнергетика росла. В прошлом году ветер был третьим по величине источником электроэнергии, производимой в Колорадо, на его долю приходилось почти пятая часть выработки электроэнергии в штате.

Колорадо установил требование, согласно которому к 2020 году 30 процентов электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями, должно поступать из возобновляемых источников. рост за это время, составляющий почти половину производства электроэнергии в штате в прошлом году, по сравнению с 13 процентами почти два десятилетия назад. Угольная генерация в штате почти полностью исчезла, а последнюю оставшуюся угольную электростанцию ​​в Коннектикуте, Бриджпорт-Харбор, планируется закрыть в 2021 году9.0003

В 2017 году пять процентов электроэнергии, произведенной в Коннектикуте, было получено из возобновляемых источников. В этом году штат расширил свой стандарт возобновляемой энергии, требуя, чтобы к 2030 году коммунальные предприятия получали 40 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников.

Природные газ заменил уголь в качестве основного источника электроэнергии, произведенной в Делавэре в 2010 году, и с тех пор доля угля в выработке электроэнергии резко снизилась. Уголь обеспечивал 70 процентов электроэнергии, производимой в Делавэре в 2008 году, пиковом году, но чуть менее 5 процентов к 2017 году. Доля природного газа за тот же период увеличилась более чем в четыре раза.

Частично благодаря этому сдвигу выбросы углекислого газа в электроэнергетическом секторе штата за последнее десятилетие сократились. Делавэр потребует, чтобы к 2025 году коммунальные предприятия получали 25 процентов своей электроэнергии из возобновляемых источников. Остальное поступает из соседних государств по региональной сети. (Импорт не показан на диаграмме выше.)

В 2001 году более трети электроэнергии, производимой во Флориде, приходилось на сжигание угля, но два года спустя природный газ превзошел уголь в качестве основного источника выработки энергии в штате и продолжал увеличивать свою долю в структуре энергопотребления штата. К 2017 году природный газ составлял две трети производства электроэнергии во Флориде, что более чем вдвое превышает средний показатель по стране.

Флорида является вторым по величине производителем электроэнергии в стране после Техаса, но по-прежнему зависит от импорта из соседних штатов для удовлетворения потребительского спроса.

Несмотря на свое прозвище, Солнечный штат производит очень мало энергии за счет солнечной энергии и не имеет потребности в возобновляемых источниках энергии.

Уголь обеспечивал большую часть выработки электроэнергии в Грузии в 2000-х годах, но его доля снизилась по мере роста производства электроэнергии на природном газе. В последние годы доля угольной генерации резко сократилась, поскольку несколько стареющих угольных электростанций были выведены из эксплуатации.

Коммунальные службы штата строят два новых ядерных реактора, единственные строящиеся ядерные проекты в стране.

Около десятой части производства электроэнергии в Грузии в прошлом году приходилось на возобновляемые источники, в основном биомассу и гидроэлектроэнергию. Но солнечная энергия быстро растет в штате. В штате Джорджия не установлены какие-либо требования к возобновляемым источникам энергии, но город Атланта разрабатывает план по получению всей электроэнергии из возобновляемых источников к 2035 году.

Гавайи последние два десятилетия в значительной степени зависят от импортируемой нефти для производства электроэнергии. Но у штата есть смелый план по производству всей электроэнергии из местных возобновляемых источников к 2045 году9.0003

В прошлом году на возобновляемые источники энергии приходилось четверть электроэнергии, производимой на Гавайях, по сравнению с менее чем одной десятой в 2001 году. За последние пять лет в штате быстро росла солнечная энергия, в основном из небольших панелей на крышах.

Гидроэнергетика долгое время доминировала в структуре производства электроэнергии в Айдахо. Но в последние годы его доля снизилась, отчасти из-за засухи. Штат по-прежнему производит большую часть своей электроэнергии из возобновляемых источников, при этом в прошлом году на долю ветра приходилось 15 процентов выработки в штате, по сравнению с менее чем 2 процентами десять лет назад. Солнечная энергия, хотя и по-прежнему составляет небольшую долю, резко увеличилась в период с 2016 по 2017 год9. 0003

Айдахо в значительной степени зависит от импорта из штата для удовлетворения спроса на электроэнергию. В то время как уголь составляет лишь часть выработки в штате, в конце концов, «около трети электроэнергии, потребляемой в Айдахо, поступает от угольных электростанций, расположенных в других штатах», согласно EIA. (Данные по импорту не показаны на диаграмме выше.)

Атомная энергетика является основным источником электроэнергии в Иллинойсе. Он обеспечивал более половины электроэнергии, производимой в штате в течение почти двух десятилетий. Уголь также является важным источником энергии для государства — даже дважды за последнее десятилетие, в 2004 и 2008 годах, превосходя атомную энергетику в качестве основного источника выработки электроэнергии, — но его доля в последние годы снизилась, поскольку старые электростанции были выведены из эксплуатации или переведены на сжигание природного газа. Как природный газ, так и энергия ветра увеличились за последнее десятилетие.

Иллинойс производит «значительно больше» электроэнергии, чем потребляет в штате, по данным EIA. Он отправляет излишки в штаты Средней Атлантики и Среднего Запада через региональные сети.

Уголь производил большую часть электроэнергии, производимой в Индиане в течение почти двух десятилетий, но в последние годы природный газ и энергия ветра добились успеха. В 2001 году на природный газ приходилось 2 процента производства электроэнергии в штате, но в 2017 году этот показатель вырос до почти 20 процентов. другие альтернативные источники энергии. Однако, по данным EIA, в прошлом году в программе не участвовало ни одно коммунальное предприятие штата Индиана.

За последнее десятилетие в Айове взорвалась энергия ветра. В 2001 году ветер обеспечивал всего 1 процент электроэнергии, производимой в штате, но к 2017 году этот показатель вырос почти до 40 процентов. Айова по-прежнему производит почти половину своей электроэнергии из угля, но с 2010 года доля угля снизилась.

В абсолютном выражении штат , один из самых ветреных в стране, был третьим по величине производителем энергии ветра в прошлом году после Техаса и Оклахомы. Айова производит больше энергии, чем потребляет, отправляя излишки в близлежащие штаты.

Айова в 1983 году стала первым штатом, принявшим закон, требующий, чтобы коммунальные предприятия получали некоторое количество электроэнергии из возобновляемых источников, но штат не обновил свои стандарты.

Как и во многих штатах Великих равнин, в Канзасе за последнее десятилетие наблюдался значительный рост использования энергии ветра. Доля электроэнергии, вырабатываемой за счет ветра, увеличилась в пять раз с 2010 года.

В 2009 году Законодательное собрание штата Канзас приняло стандарт возобновляемых источников энергии, согласно которому коммунальные предприятия должны получать все большее количество электроэнергии из ветра, солнца и других возобновляемых источников – до 20 процентов к 2020 году. Но губернатор Сэм Браунбэк и законодатели штата смягчили меру в 2015 году, сделав цель добровольной, после того как консервативные группы, связанные с промышленным конгломератом Koch Industries, выступили против более строгого стандарта.

Уголь по-прежнему обеспечивает большую часть электроэнергии, производимой в Кентукки, штате, где долгое время добывали уголь. В прошлом году уголь был источником почти 80 процентов выработки электроэнергии в штате, но на протяжении большей части последних двух десятилетий эта цифра колебалась ближе к 90 процентам.

С 2014 года ряд старых угольных электростанций Кентукки были закрыты или переведены на сжигание природного газа, который в 2017 году обеспечивал 13 процентов производства электроэнергии в штате.

Природный газ обеспечивает основную часть производства электроэнергии в Луизиане, входит в пятерку крупнейших производителей природного газа в стране. В прошлом году на газ приходилось 60 процентов электроэнергии, производимой в штате, по сравнению с 46 процентами в 2001 году. За это время угольная генерация сократилась, опустившись со второго по величине источника энергии в штате на третье место. .

Луизиана также получает электричество из соседних штатов. (Импорт не указан в приведенной выше таблице.)

Мэн «лидирует в Новой Англии по выработке ветровой энергии», согласно EIA. В прошлом году ветер поставлял пятую часть электроэнергии, производимой в штате. Гидроэлектроэнергия и энергия биомассы, получаемая от сжигания древесины и других органических материалов, были следующими по величине источниками генерации.

С 2000 года государство требует, чтобы поставщики электроэнергии получали 30 процентов электроэнергии, которую они продают клиентам, из существующих возобновляемых источников. Ожидалось, что в 2017 году коммунальные предприятия получат 10 процентов от новых возобновляемых источников энергии. У государства есть отдельные цели по развитию ветроэнергетики.

Общее количество электроэнергии, вырабатываемой в штате Мэн, с 2010 года снизилось, особенно за счет энергии природного газа, и штат все больше полагался на импорт энергии из Канады. (Импорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Угольная энергетика в Мэриленде находится на спаде в течение десяти лет, и с 2012 года она обеспечивает менее половины электроэнергии, производимой в штате. За это время доля вырабатываемой электроэнергии за счет атомной энергии и природного газа увеличилось.

Производство солнечной энергии, хотя и невелико, за последние несколько лет быстро росло. С 2004 г. штат требует, чтобы все большее количество электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями, поступало из возобновляемых источников, с целью достижения 25% к 2020 г.

Мэриленд потребляет больше электроэнергии, чем производит, и импортирует почти половину своей электроэнергии из других -Атлантические штаты через региональную сетку. (Импорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Доля природного газа в производстве электроэнергии в Массачусетсе более чем удвоилась за последние два десятилетия. Производство угля и нефти резко сократилось за тот же период, а в прошлом году закрылась последняя крупная угольная электростанция в штате. С 2013 года в штате резко увеличилось количество электроэнергии, вырабатываемой из солнечной энергии9.0003

В этом году штат ужесточил свои полномочия для коммунальных предприятий по продаже электроэнергии из возобновляемых источников, повысив требование до 35 процентов от общего объема продаж к 2030 году. Новое законодательство также поощряет развитие оффшорной ветроэнергетики.

Массачусетс потребляет больше электроэнергии, чем производит в штате, а остальное получает от близлежащих штатов через региональную сеть. (Импорт не показан на диаграмме выше).

Уголь оставался основным источником электроэнергии, производимой в Мичигане в прошлом году, но его доля в выработке снизилась с немногим более 60 процентов в 2001 году до чуть менее 40 процентов в 2017 году. За тот же период природный газ почти удвоил свою долю выработки. Ветер, основной возобновляемый источник энергии в Мичигане, обеспечил почти 5 процентов электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году.

В 2008 году штат Мичиган потребовал, чтобы коммунальные предприятия и другие поставщики электроэнергии к 2015 году получали не менее 10 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников. Эта цель была достигнута, и к 2021 году эта цель была увеличена до 15 процентов.

Уголь был главный источник электроэнергии, вырабатываемой в Миннесоте за последние два десятилетия. Но в период с 2001 по 2017 год доля угольной генерации снизилась по мере роста производства энергии ветра и природного газа.

Штат требует, чтобы коммунальные предприятия постепенно продавали все большее количество электроэнергии из возобновляемых источников, при этом к 2025 году должно быть 25 процентов от общего объема продаж9.0003

Природный газ обеспечил более трех четвертей электроэнергии, произведенной в Миссисипи в прошлом году. Уголь, который когда-то был основным источником электроэнергии в штате, за последнее десятилетие сократился, уступив место более дешевому природному газу. В 2001 г. уголь обеспечивал 36 % электроэнергии, производимой в штате, а в 2017 г. — всего 8 %. Уголь обеспечивал подавляющее большинство электроэнергии, вырабатываемой в штате в период с 2001 по 2017 год, и за это время его количество сократилось лишь незначительно, поскольку старые угольные электростанции отключились или перешли на сжигание природного газа.

Миссури потребует, чтобы коммунальные предприятия к 2021 году получали не менее 15 процентов электроэнергии, которую они продают, из возобновляемых источников, включая небольшое количество солнечной энергии.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Монтане в течение почти двух десятилетий, но его доля в выработке снизилась с 70 процентов в 2001 году до чуть менее 50 процентов в прошлом году. Гидроэнергетика, второй по величине источник электроэнергии в штате, за это время увеличила свою долю почти до 40 процентов, а ветровая энергия выросла до 8 процентов от выработки электроэнергии в штате.

Жители Монтаны потребляют только около половины электроэнергии, производимой в штате, по данным E.I.A. Остальное государство отправляет своим западным соседям.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Небраске в течение почти двух десятилетий, но его доля в выработке немного снизилась в период с 2001 по 2017 год. Атомная энергетика обеспечивала в среднем 25 процентов выработки электроэнергии в штате в течение этого времени, но ее доля варьировалась от из года в год.

За последнее десятилетие доля ветра в общей выработке энергии увеличилась, и в прошлом году на его долю пришлось 15 процентов электроэнергии, произведенной в штате. По данным EIA, Небраска имеет потенциал для значительного увеличения ветровой энергии.

В 2005 году природный газ вытеснил уголь в качестве основного источника электроэнергии в Неваде. Крупнейшая угольная электростанция штата Мохаве была отключена в конце того же года, что еще больше уменьшило роль угля в энергетическом балансе штата. С тех пор больше угольных генераторов в Неваде закрылось из-за конкуренции со стороны дешевого природного газа и законов штата, требующих развития возобновляемых источников энергии.

В прошлом году природный газ обеспечивал почти 70 процентов электроэнергии, производимой в штате, за ней следовала солнечная энергия, которая обеспечивала 12 процентов выработки электроэнергии в штате. До недавнего времени Невада требовала, чтобы к 2025 году 25 процентов электроэнергии, продаваемой коммунальными предприятиями штата, поступала из возобновляемых источников. В ноябре жители Невады проголосовали за увеличение этого требования до 50 процентов к 2030 году9. 0003

Большая часть электроэнергии, вырабатываемой в Нью-Гэмпшире, поступает от атомной электростанции Сибрук, крупнейшего реактора в Новой Англии. Природный газ обеспечивает около пятой части электроэнергии, производимой в штате с начала 2000-х годов, когда начали работать две новые электростанции. Доля электроэнергии, вырабатываемой в Нью-Гэмпшире из угля, за последние два десятилетия сократилась с 25 процентов в 2001 году до менее 2 процентов в 2017 году. ресурсов к 2025 году. Двумя ведущими источниками возобновляемой энергии в штате являются биомасса или энергия, получаемая от сжигания древесины и других органических веществ, и гидроэлектроэнергия.

Нью-Гемпшир производит больше энергии, чем потребляет в штате, и отправляет около половины в соседние штаты через региональную электрическую сеть Новой Англии. (Экспорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Атомная энергетика была главным источником электроэнергии в Нью-Джерси до недавнего времени, когда ее вытеснил природный газ. В прошлом году на природный газ приходилось почти половина выработки электроэнергии в штате, а на атомную энергию приходилось 45 процентов. Солнечная энергия обеспечивала 4 процента электроэнергии штата.

В этом году штат Нью-Джерси повысил стандарт возобновляемых источников энергии, требуя, чтобы к 2021 году 21 процент электроэнергии, продаваемой в штате, поступал из возобновляемых источников, при этом это требование увеличится до 35 процентов к 2025 году и до 50 процентов к 2030 году. для дальнейшего сокращения выбросов углерода штат также принял закон о поддержке своих атомных электростанций, которые в настоящее время обеспечивают большую часть энергии с нулевым уровнем выбросов.

Государство получает часть потребляемой энергии через региональную сеть Средней Атлантики. (Импорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Уголь был основным источником электроэнергии в Нью-Мексико на протяжении почти двух десятилетий. Но с 2004 года производство электроэнергии на угле сократилось «в ответ на ужесточение правил качества воздуха, более дешевый природный газ и решение Калифорнии в 2014 году прекратить закупать электроэнергию, вырабатываемую из угля» в соседних штатах, согласно EIA.

Природный газ, ветер и солнечная энергия обеспечили немногим менее половины электроэнергии, произведенной в Нью-Мексико в прошлом году, по сравнению с 15 процентами двумя десятилетиями ранее. Штат потребует, чтобы коммунальные предприятия к 2020 году получали 20 процентов электроэнергии, которую они продают, из возобновляемых источников энергии. Нью-Мексико также стремится увеличить выработку из источников с нулевым выбросом углерода, поскольку он посылает значительное количество электроэнергии в Калифорнию, штат с одними из самых строгих политики в области возобновляемых источников энергии в стране.

Природный газ и ядерная энергия обеспечивали большую часть электроэнергии, вырабатываемой в Нью-Йорке в течение почти двух десятилетий, и их доля увеличилась по мере сокращения использования угля в штате. За последнее десятилетие Нью-Йорк также производил около пятой части своей электроэнергии за счет гидроэнергетики, крупнейшего в штате источника возобновляемой энергии.

Штат потребует, чтобы к 2030 году коммунальные предприятия получали 50 процентов электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников, что является амбициозной целью и направлено на существенное сокращение выбросов парниковых газов. Ветровая и солнечная энергия составляют небольшую, но растущую часть производства электроэнергии в Нью-Йорке, вместе обеспечивая чуть более 4 процентов электроэнергии штата в прошлом году.

Нью-Йорк потребляет больше энергии, чем производит, и импортирует часть электроэнергии из соседних штатов и Канады. (Импорт электроэнергии не включен в приведенную выше диаграмму.)

Уголь обеспечивал большую часть выработки электроэнергии в Северной Каролине в период с 2001 по 2011 год. угольное производство упало ниже ядерной и газовой энергетики. Производство природного газа увеличилось после национального бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х годов, и в 2016 году он стал вторым по величине источником производства электроэнергии в штате9.0003

Северная Каролина в настоящее время является единственным южным штатом со значительным количеством солнечной энергии. Уникальная реализация государством многолетнего федерального мандата, Закона о политике регулирования коммунальных предприятий 1978 года, способствовала росту использования солнечной энергии в коммунальных масштабах. Северная Каролина также установила требование, чтобы к 2021 году коммунальные предприятия получали 12,5% электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников энергии. В прошлом году ветряная энергия вырабатывала более четверти электроэнергии, производимой в штате, по сравнению с менее чем 2 процентами десятью годами ранее.

В 2007 году Законодательное собрание Северной Дакоты поставило перед коммунальными предприятиями добровольную цель: к 2015 году получать 10 процентов электроэнергии, продаваемой потребителям, за счет возобновляемых или переработанных источников энергии. Эта цель была достигнута и даже перевыполнена, по мнению аналитиков коммунальных предприятий.

Северная Дакота производит больше электроэнергии, чем потребляет в штате, и примерно половина отправляется соседям. (Экспорт не показан выше.)

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Огайо в течение почти двух десятилетий, но его доля в выработке снижается с 2011 года, поскольку несколько угольных электростанций штата закрылись. За тот же период доля природного газа в структуре производства электроэнергии в Огайо увеличилась.

В настоящее время ветер является основным источником возобновляемой энергии в штате, хотя в прошлом году он обеспечил лишь около 1 процента электроэнергии, выработанной в Огайо. Однако государство хочет его расширить. К концу 2026 года коммунальные предприятия должны будут получать не менее 12,5% электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников. эти двое часто соревнуются за звание главного источника электроэнергии в штате. Но в 2016 году ветер превзошел уголь как второй по величине источник электроэнергии в штате.

В прошлом году штат уступал только Техасу по общему производству электроэнергии с помощью ветра.

В 2010 году штат Оклахома потребовал, чтобы к 2015 году 15 процентов его генерирующих мощностей приходилось на возобновляемые источники. Он также определил природный газ как предпочтительный выбор для новых проектов, связанных с ископаемым топливом. К 2012 году штат перевыполнил план по возобновляемым источникам энергии.

Большая часть электроэнергии, производимой в Орегоне в любой данный год, поступает от гидроэлектростанций, но доля вырабатываемой воды колеблется в зависимости от количества осадков. Мощность природного газа обычно увеличивается в засушливые годы и снижается в годы с достаточным количеством гидроэлектроэнергии.

За последнее десятилетие энергия ветра стала третьим по величине источником электроэнергии в штате. Стремясь стимулировать использование возобновляемых источников энергии, не связанных с гидроэлектростанциями, штат Орегон потребует от своих крупнейших коммунальных предприятий к 2040 году получать 50 процентов электроэнергии, которую они продают, из новых возобновляемых источников энергии. Программа охватывает проекты, внедренные или модернизированные с 1995 года, т. старая гидроэнергетика.

Уголь обеспечивал большую часть электроэнергии, производимой в Пенсильвании до 2014 года, когда она впервые упала ниже ядерной. Доля угля в штате снизилась после бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х годов, когда стареющие угольные электростанции закрылись из-за конкуренции со стороны более дешевого природного газа.

В прошлом году атомная энергетика была главным источником электроэнергии в Пенсильвании. Но природный газ оказывает экономическое давление и на государственные атомные электростанции: один реактор должен быть остановлен в 2019 году. Сторонники ядерной энергетики, заявив, что потеря этой безэмиссионной электроэнергии — плохая новость для изменения климата, обратились за государственными субсидиями. для атомной энергетики.

Пенсильвания потребует, чтобы к 2021 году 18 процентов электроэнергии, которую коммунальные предприятия продают потребителям, приходилось на возобновляемые и альтернативные источники энергии, при этом не менее 0,5 процента приходилось на солнечную энергию. В прошлом году возобновляемые источники энергии составили около 5 процентов выработки электроэнергии в штате.

Пенсильвания является третьим по величине производителем электроэнергии в стране после Техаса и Флориды. Штат является крупным поставщиком энергии в Среднеатлантический регион.

В производстве электроэнергии в Род-Айленде преобладает природный газ, но энергия ветра и солнца, хотя и остается небольшой, в последние годы быстро растет.

Род-Айленд потребует от поставщиков электроэнергии получать почти две пятых электроэнергии, которую они продают потребителям, из возобновляемых источников к 2035 году. Штат потребляет больше электроэнергии, чем производит, а остальное получает от соседних штатов. (Импорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Большая часть электроэнергии, вырабатываемой в Южной Каролине, производится на атомной энергии, а уголь и природный газ занимают второе и третье места соответственно. Доля угля за последнее десятилетие снизилась по мере роста производства энергии из природного газа.

Южная Каролина производит больше энергии, чем потребляет, и отправляет излишки в соседние штаты.

Гидроэнергетика обеспечивала большую часть электроэнергии, вырабатываемой в Южной Дакоте на протяжении большей части последних двух десятилетий, но в течение трех лет: 2001, 2004 и 2008 гг. производство электроэнергии на угле превышало производство электроэнергии на гидроэлектростанциях. в то время как доля энергии ветра увеличилась.

В прошлом году ветер был вторым по величине источником электроэнергии в Южной Дакоте, на его долю приходилось почти треть производства электроэнергии в штате.

Южная Дакота экспортирует электроэнергию в штаты центральной и западной части США.

Уголь поставлял большую часть электроэнергии, произведенной в Теннесси в период с 2001 по 2016 год, но его доля производства начала снижаться около десяти лет назад, поскольку доля электроэнергии, производимой на природном газе, увеличилась. В прошлом году угольная генерация впервые почти за два десятилетия опустилась ниже ядерной.

Теннесси потребляет больше энергии, чем производит, и восполняет дефицит за счет электричества из близлежащих штатов. (Импорт не включен в приведенную выше диаграмму.)

Техас производит больше электроэнергии, чем любой другой штат, и с 2001 года природный газ является основным источником выработки электроэнергии, а уголь занимает второе место. Но доля угольной генерации снизилась по мере роста ветровой энергии. В 2014 году ветер обогнал атомную энергетику и стал третьим по величине источником электроэнергии в штате. Техас производит больше энергии от ветра, чем любой другой штат, а Оклахома и Айова занимают второе и третье места.

В 1999 году Техас принял требование о возобновляемых источниках энергии, согласно которому к 2025 году штат должен установить 10 000 мегаватт мощностей возобновляемых источников энергии. Эта цель уже достигнута.

Большая часть электроэнергии, производимой в Юте, производится из угля, но доля угля за последние несколько лет снизилась по мере увеличения доли природного газа.

Штат производит больше энергии, чем потребляет, и отправляет излишки в близлежащие штаты, такие как Калифорния. По крайней мере, одна электростанция в Юте переходит с угля на природный газ, чтобы соответствовать более строгим экологическим нормам Калифорнии.

В 2016 году солнечная энергия стала крупнейшим возобновляемым источником энергии в штате, а в прошлом году ее доля снова увеличилась. Юта поставила перед коммунальными предприятиями цель получать к 2025 году 20 процентов продаваемой ими электроэнергии из возобновляемых источников. закрылся. С тех пор почти вся электроэнергия, производимая в штате, поступает из возобновляемых источников, включая гидроэнергетику, биомассу, ветер и солнечную энергию. Но абсолютная генерирующая мощность Вермонта существенно снизилась.

Вермонт импортирует большую часть своей электроэнергии из близлежащих штатов и Канады. По данным EIA, в прошлом году собственная генерация штата «обеспечивала лишь около двух пятых электроэнергии, потребляемой в Вермонте».

Амбициозная цель Вермонта в области возобновляемых источников энергии требует, чтобы к 2032 году 75 процентов электроэнергии, продаваемой в штате, поступали из возобновляемых источников, включая 10 процентов из небольших источников в штате.

Уголь был основным источником электроэнергии, производимой в Вирджинии в период с 2001 по 2008 год, когда его доля начала снижаться. Энергия природного газа увеличилась в штате после национального бума гидроразрыва пласта в конце 2000-х годов и стала основным источником выработки электроэнергии в штате в 2015 году. Атомная генерация обеспечивала в среднем чуть более трети электроэнергии Вирджинии за последние два десятилетия. .

Вирджиния потребляет больше электроэнергии, чем вырабатывает, поэтому она получает дополнительную энергию из близлежащих штатов через региональную сеть Средней Атлантики. Штат поставил перед коммунальными предприятиями добровольную цель получать к 2025 году 15 процентов продаваемой ими электроэнергии из возобновляемых источников. с осадками. Уголь, природный газ, ядерная энергия и энергия ветра чередовались как второй по величине источник электроэнергии, производимый в штате на протяжении большей части последних двух десятилетий.

Вашингтон производит больше электроэнергии, чем потребляет, и экспортирует электроэнергию в Канаду и другие западные государства. Штат потребует, чтобы его более крупные коммунальные предприятия к 2020 году получали 15 процентов продаж электроэнергии из новых возобновляемых источников. . В период с 2001 по 2017 год гидроэнергетика обеспечивала небольшую часть выработки в штате. Доля ветра и природного газа в последние годы увеличилась, но на каждый из этих источников приходилось лишь около 2 процентов электроэнергии, произведенной в штате в прошлом году.

После нескольких лет лоббирования со стороны консервативных групп Западная Вирджиния стала первым штатом, отменившим свой стандарт возобновляемой энергии в 2015 году. Закон требовал, чтобы коммунальные предприятия к 2025 году получали 25 процентов своей электроэнергии из альтернативных и возобновляемых источников энергии. Стандарт заявил, что это нанесет ущерб угольным рабочим местам и повысит тарифы на электроэнергию, в то время как сторонники заявили, что это поможет диверсифицировать электроэнергетический сектор штата в то время, когда национальный рынок угля находился в упадке.

Похожие записи

21.11.2024 0

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *