Некоторые языки на этом сайте могут быть машинно переведены и могут содержать ошибки. Помогите улучшить его Оригинал на английском языке
Ветрогенератор Mod-1 компании NASA, стоящий на вершине холма в Буне, Северная Каролина, в 1979 году.
Зеленая инициатива

Сравнение источников энергии

У каждого киловатт-часа есть скрытая история: шахта, завод, дымоход или лезвие. Сравните их честно и картина станет яснее, чем дебаты.

NASA Glenn Research Center

В 1979 году NASA включил Mod-1, двухлопастную ветряную турбину с ротором диаметром 61 метр, на горе в Северной Каролине. Это была одна из крупнейших турбин своего времени и одна из первых попыток сделать энергию ветра серьёзной частью сети. Сорок лет спустя ветровая и солнечная энергия являются самыми быстрорастущими источниками электроэнергии на планете. Чтобы понять почему и что они все еще не могут сделать, помогает сравнить каждый источник на одинаковых условиях.

Вся жизнь, а не только дымоход

Выбросы электростанции не останавливаются у ее дымохода. Необходимо производить сталь и бетон, добывать и транспортировать топливо и в конечном итоге все это демонтировать. Оценки жизненного цикла суммируют все это в расчете на киловатт-час. Обзор сотен таких исследований МГЭИК дает четкое ранжирование: уголь выделяет около 820 граммов эквивалента CO2 на киловатт-час, газ - около 490, в то время как ветряная, ядерная и гидроэнергетика - от 10 до 25, а солнечная - от 40 до 50.

Аналогичная ситуация и с безопасностью. Если подсчитать смертность от несчастных случаев и загрязнения воздуха на единицу электроэнергии, то уголь и нефть являются самыми опасными источниками, поскольку их сжигание заполняет воздух частицами. Ветровая, ядерная и солнечная энергия в сотни раз безопаснее.

820 gэквивалент CO2 на кВт·ч, полученный из угля, медианное значение за жизненный цикл (ДО5 МГЭИК)
11 gэквивалент CO2 на кВт·ч при использовании береговой ветровой энергии (ДО5 МГЭИК)
24.6смертность на ТВт·ч от угля по сравнению с 0,04 в случае ветра (Наш мир в данных)

В чем каждый источник хорош

  • Уголь и газ могут быть включены, когда это необходимо, но несут самые высокие выбросы и загрязнение. При сжигании газ выделяет примерно в два раза меньше CO2, чем уголь, хотя утечки метана сокращают разрыв.
  • Ядерная работает стабильно, с очень низким уровнем выбросов и небольшими площадями; его строительство является дорогостоящим и медленным, а отходы должны обрабатываться в течение очень длительного времени.
  • Гидроэнергетика является гибким и низкоуглеродным, но плотины затапливают долины и изменяют реки.
  • Ветер является одним из самых дешевых новых источников электроэнергии; она зависит от погодных условий и нуждается в пространстве, сетях и, во все большей степени, в хранилищах.
  • Солнечная энергия является дешевым, модульным и подходит для крыш от деревни до небоскреба; он не производит ничего ночью и меньше зимой.
Два гигантских экскаватора с лопатными колесами в обширной песчаной шахте, с зелеными полями и рядом ветрогенераторов на горизонте.
Экскаваторы с лопатными колесами на открытом руднике лигнита Гарцвайлер в западной Германии, 2019 год, на горизонте видны ветрогенераторы. Для угля скрытая история одного киловатт-часа начинается на шахте, подобной этой. Photo: Arne Müseler, CC BY-SA 3.0 DE

Совершенного источника не существует. Существуют только лучшие и худшие смеси, и мы сами можем выбрать такую смесь.

Недостающая часть: гибкость

Задача экологически чистой энергетической системы заключается не в производстве достаточного количества энергии в среднем, а в соответствии с предложением и спросом каждую секунду. Аккумуляторы, насосная гидроэнергетика, более мощные энергосети, которые распределяют электроэнергию между регионами, спрос, который следует за солнцем и ветром, а также твердые низкоуглеродные источники – все это заполняет этот пробел. Именно поэтому мы исследуем модульное поколение, которое может находиться там, где используется энергия, например Fan Wall.

Проверенные решения: сети, которые уже изменились

Чистая электроэнергия – это не просто прогноз. Несколько стран восстановили большую часть своих энергетических систем в течение жизни одного поколения, используя имеющиеся у них ресурсы: ветер, воду, тепло Земли или солнце. Все цифры ниже являются долей производства электроэнергии каждой страны, из Ember и Energy Institute, как скомпилировано Our World in Data, если не указано другое.

  • Дания: ветер как стержень. Ископаемое топливо составило 84 процента электроэнергии Дании в 2000 году и 11 процентов в 2024 году. Только ветроэнергетика составила 58%, биоэнергия – около пятой части, а солнечная энергия выросла с нуля до 11% с 2012 года.
  • Уругвай: переход менее чем за десять лет. Уругвай полагался на свои плотины и сжигал нефть и газ в сухие годы; в 2008 году ископаемое топливо производило 39 процентов его электроэнергии. Доля ветроэнергетики выросла с 1% в 2013 году до 32% в 2018 году. Даже в 2023 году, когда будет очень низкий уровень производства гидроэнергии, доля ископаемого топлива составит менее 8%, а в 2024 году – около 1%.
  • Кения: тепло от Рифтовой долины. Геотермальная энергия, из паровых скважин в Рифтовой долине, сделала 10 процентов электричества Кении в 2000 году и 45 процентов в 2024 году, больше чем любой другой источник. С гидро, ветровой и солнечной энергией более девяти десятых электроэнергии Кении в настоящее время является возобновляемой, по сравнению с 40 процентами в 2000 году.
  • Шотландия: больше, чем ей нужно. Шотландия произвела рекордные 38,4 ТВт·ч возобновляемой электроэнергии в 2024 году, из них 30,1 ТВт·ч от ветра, и экспортировала на 19,7 ТВт·ч больше электричества в остальную часть Соединенного Королевства, чем импортировала (Шотландское правительство, 2025).
  • Соединенное Королевство: конец угля. В 2000 году три четверти британской электроэнергии приходилось на ископаемое топливо; в 2024 году это сделала около трети, а ветер составил 29 процентов. Осенью 2024 года Ратклиф-он-Соар, последняя угольная электростанция, закрылась после 50 лет работы, сделав Великобританию первой крупной экономикой, прекратившей сжигание угля для производства энергии (Правительство Великобритании, 2024).
  • Бразилия: вода, затем ветер и солнце. Гидроэнергетика обеспечивает большую часть электроэнергии Бразилии на протяжении десятилетий. С 2010 года страна быстро добавила ветровую и солнечную энергию: вместе они сделали 24 процента своего электричества в 2024 году, по сравнению с менее чем половиной процента в 2010 году.
  • Коста-Рика: почти все возобновляемые источники энергии. Гидроэнергетика, геотермальная энергия и ветряная энергетика ежегодно с 2015 года обеспечивают более 98 процентов электроэнергии Коста-Рики.
  • Бангладеш: свет без сети. Многие деревни в Бангладеш были далеко от любой линии электропередач. С января 2003 года бангладешская финансовая компания IDCOL, первоначально поддерживаемая Всемирным банком, финансировала небольшие солнечные системы для домашних хозяйств в сельских районах, не имеющих доступа к электросети. К январю 2019 года было установлено около 4,1 миллиона таких батарей, что позволило обеспечить солнечной энергией около 18 миллионов человек, или 12 процентов населения, которые освещали свои дома керосиновыми лампами (IDCOL).
Белый пар поднимается от длинной низкой геотермальной электростанции на сухом склоне под облачным небом.
Геотермальная электростанция Olkaria III вблизи Найваша, в долине Рифт в Кении. Пар из таких скважин сейчас производит больше электричества в Кении, чем любой другой источник. Photo: Bbossoxx, CC BY-SA 4.0

Почему это стало дешевле: кривая обучения

Причиной ускорения этих переходов является цена. Солнечный модуль стоит около 132 долларов за ватт в 1975 году и 27 центов в 2024 году, в сегодняшних деньгах: на 99,8 процента дешевле (Наш мир в данных). Экономисты называют эту модель кривая обучения: каждый раз, когда общая установленная мощность в мире удвоилась, цена модуля упала примерно на пятую до четверти, поскольку заводы выросли, конструкции улучшились и цепи поставок созрели. Батареи следовали тем же путем. Литиево-ионные батареи стоили около 9200 долларов за киловатт-час в 1991 году и 78 долларов в 2024 году, что на 99 процентов меньше (Ritchie, Our World in Data), а средняя цена аккумулятора упала на 20 процентов только в 2024 году до 115 долларов за киловатт-час (BloombergNEF, 2024).

Самая дешевая энергия будущего – это та энергия, которую мы строим. Каждая установленная панель делает следующую дешевле.

Побеждать эталон: призыв к представлению идей

Из вышеприведенного сравнения можно извлечь ясный урок: любой новый способ производства или сбережения энергии должен конкурировать с источниками, которые уже являются дешевыми и чистыми. На здании эталоном является установленная на крыше солнечная батарея. Это высокая планка, и именно поэтому мы хотим, чтобы больше людей думали об этом. Наша собственная Fan Wall - это одна из идей, которую мы открыто тестируем, в том числе и на местах ее неудач. Это всего лишь одна идея. Реальная задача заключается в том, чтобы найти решения остающихся проблем: электроэнергии ночью и зимой, отопления для домов и промышленности, переполненных крыш и сетей, которые нуждаются в гибкости.

Аэрофотоснимки пригорода с красными и серыми крышами среди садов и деревьев, многие из которых покрыты темными солнечными панелями.
Пригородные крыши с солнечными панелями в Канберре, Австралия. В случае со зданием это тот эталон, который каждая новая идея должна преодолеть. Photo: Benlisquare, CC BY-SA 4.0

Мы хотели бы услышать ваши идеи, и есть два способа, как идея может идти отсюда.

  • Питч нуждается в рабочей модели. Некоторые члены Фонда могут иметь контакты, которые могли бы услышать питч для сильной идеи. Для того чтобы идея была реализована, она должна иметь работающую реальную модель, которая фактически производит энергию, а ее выход измеряется на приборе, а не заявляется. Прототип размером с чайник с зарегистрированным счетчиком говорит больше, чем любой чертеж.
  • Бумажные идеи также приветствуются. Хорошо аргументированная идея без аппаратуры все еще может быть опубликована здесь на веб-сайте, если она тверда: физика проверена, числа честны и самый дешевый тест ясен. Так хорошие идеи находят людей, которые могут их реализовать.

Будьте реалистами в отношении разницы: привлечение капитала без рабочей модели очень трудно, и здесь нет никаких обещаний финансирования, доходов или представлений. Мы можем пообещать лишь серьезное и публичное рассмотрение этих цифр.

Каждый вариант, объяснения

Каждая статья охватывает физику, жесткие ограничения, реальные проекты с измеренными результатами, стоимость против крыши солнечной энергии, и что рабочий прототип будет необходимо.

Направления, которые стоит исследовать

Это отправные точки с реальной физикой за ними, каждый с ограничением идея должна соблюдать. Каждая идея на радар имеет свою собственную подробную статью, ссылка ниже, написанный с той же честностью, как и наши Вентилятор стене исследования.

  • Солнечные поверхности, которые выполняют две работы. Фасады, шумоизоляционные барьеры, навесы для парковок и крышки каналов, которые производят электричество, одновременно затеняя или защищая что-то другое. Гибридные фотоэлектрические панели добавляют тепло: примерно от 100 до 700 кВт·ч тепла на квадратный метр в год в дополнение к электроэнергии (IEA SHC Task 60, 2020). Пределом является сам солнечный свет: в лучшем случае около 1 кВт на квадратный метр. Прочитайте: солнечные крыши, которые также делают тепло.
  • Фермы и водохранилища, которые также собирают солнечный свет. Агроэлектрические системы были смоделированы для получения от 35 до 73 процентов больше с той же земли, чем отдельные культуры и панели (Dupraz et al., 2011). Плавающие солнечные батареи на 30 процентах подходящих водохранилищ могут производить около 9400 ТВт·ч в год, что составляет примерно треть сегодняшней мировой электроэнергии, и сократить испарение (Jin et al., 2023). Прочитайте: аграриольт и плавающая солнечная.
  • Тепло, а не только электричество. Тепло составляет около половины конечного потребления энергии в мире (IEA, Renewables 2019). Тепловые батареи из песка и камня хранят дешевую энергию ветра и солнца в течение нескольких недель; установка мощностью 100 МВт/ч начала обогревать финский город Порнайнен в 2025 году (Polar Night Energy). Тепловые насосы с использованием грунтовых источников энергии обеспечивают около четырех единиц тепла на единицу электроэнергии (IEA, 2022). Отходное тепло от заводов, канализации и центров обработки данных по-прежнему в основном выбрасывается (Forman et al., 2016). Читайте: песок и тепловые батареи, земля-источника тепловых насосов и отходного тепла.
  • Вода, которая уже движется. Приливные течения предсказуемы на десятилетия вперед; массив MeyGen в Шотландии превысит 50 ГВт/ч в 2023 году. Волны, реки, ирригационные каналы и клапаны для снижения давления в водопроводных трубах – все они переносят энергию, но обычно только в киловаттах на объект, поэтому дешевые стандартные конструкции имеют большее значение, чем рекордные. Читать: приливный поток, энергия волн и небольшая и в трубе гидроэлектростанция.
  • Высокие ветры. Мощность ветра растет с кубом скорости ветра, и ветры на несколько сотен метров выше являются более сильными и устойчивыми. Энергетические воздушные змеи являются попыткой достичь их; Google Makani закрылась в 2020 году после тринадцати лет, а более мелкие компании продолжают тестировать. Хорошая идея здесь должна объяснять надежность, а не только силу. Читать: энергетические воздушные змеи.
  • Использование энергии в нужное время. Смена времени, когда мы нагреваем воду, заряжаем автомобили и охлаждаем здания, является самой дешевой «электростанцией» из всех: только в США к 2030 году будет около 200 ГВт экономически эффективного гибкого спроса (Браттл, 2019). Идеи в области программного обеспечения, тарифов и простых бытовых устройств также считаются энергетическими идеями. Читать: гибкость спроса.
Аэрофотоснимки многоэтажной автостоянки, верхний этаж которой покрыт длинными рядами солнечных батарей на стальных навесах среди деревьев.
Солнечные навесы над верхним этажом парковки в Натике, штат Массачусетс: та же поверхность затеняет автомобили и производит электричество. Photo: Stephen Coffrin, US Department of Energy (public domain)

Что содержит резюме сильных идей

  1. Проблема, которую он решает, и для кого: крыша города, ферма, завод, деревня без сетки.
  2. Физическая проверка. Сколько ватт на квадратный метр, или на тонну, или на литр воды? Сколько кВт/ч в год? Быстрое сравнение с вышеуказанным эталоном экономит время каждого; книга Дэвида МакКея Устойчивая энергетика без горячего воздуха является бесплатным руководством по этому вопросу.
  3. Стоимость в расчете на кВт·ч, даже как грубый диапазон, и что должно было стать дешевле для того, чтобы выиграть.
  4. Что должно быть правдой, а самый дешевый эксперимент, который мог бы это показать, не является.
  5. Кого это может повредить, от дикой природы до соседей, и как вы бы знали.

Хорошая идея не обязательно должна быть правильной. Она должна быть проверяемой и честной в том, что могло бы доказать ее несостоятельность.

Организации, занимающиеся этой работой

Эти некоммерческие организации помогают обеспечить людей чистой, доступной энергией и публикуют результаты своих усилий. Посмотрите на их работу и, если она вас убедит, подумайте о том, чтобы пожертвовать им напрямую. Фонд Local Solar System не имеет никаких связей ни с одним из них и ничего от них не получает. Перед тем, как делать пожертвования, прочитайте отчеты и счета каждой организации и проверьте, как они измеряют свои результаты. Приведенные ниже цифры являются собственными данными организаций.

  • SolarAid (зарегистрированная в Великобритании благотворительная организация 1115960) предоставляет солнечные светильники сельским семьям в странах Африки к югу от Сахары, которые в противном случае использовали бы керосин, свечи или факелы, через свое собственное социальное предприятие. В нем сообщается о том, что было распределено 2,5 миллиона светильников и охвачено 13,3 миллиона человек.
  • Solar Sister (некоммерческая организация США) набирает, обучает и поддерживает женщин-предпринимателей в отдаленных районах Африки к югу от Сахары для создания предприятий по продаже солнечного освещения и чистых кухонных плит домашним хозяйствам, не подключенным к электросети.
  • [Практические действия] (https://practicalaction.org/) (зарегистрированная в Соединенном Королевстве благотворительная организация 247257) работает с общинами в Африке, Азии и Латинской Америке над практическими технологиями борьбы с нищетой, включая доступ к чистой энергии, например возобновляемым источникам энергии для лагерей беженцев.
  • РМ (основан в 1982 году как Rocky Mountain Institute, некоммерческая организация США) является независимой исследовательской организацией, которая работает с правительствами, энергетическими компаниями и бизнесом более чем в 50 странах для перехода энергетических систем на чистую, недорогостоящую энергию.
  • Ember (независимый некоммерческий аналитический центр, основанный в 2020 году) публикует бесплатные открытые данные об электричестве почти каждой страны, включая большую часть данных на диаграмме выше, чтобы каждый мог проверить, как быстро меняются сети.
Молодая девушка в школьной форме смотрит на небольшую солнечную лампу в форме желтого подсолнуха, которая светится в ее руках.
В Аддис-Абебе, Эфиопия, школьница держит в руках свою первую солнечную лампу. Для семей, не имеющих подключения к сети, небольшой солнечный свет может заменить керосин и свечи. Photo: USAID in Africa (public domain)

Как вы можете помочь

  • Переключите ваше снабжение на возобновляемый тариф или общинную энергетическую схему, где она доступна.
  • Используйте силу, когда она чиста. Запускайте стиральные машины и заряжайте автомобили, когда ветер и солнечная энергия в изобилии; многие сети публикуют данные об интенсивности выбросов углерода в реальном времени.
  • Положите панели на крыши. Дома, школы, супермаркеты и автостоянки являются готовыми солнечными сайтами; спросите свой совет и своего работодателя.
  • Сохранить, прежде чем вы генерируете. Изоляция и эффективные приборы сократить счета и выбросы в то же время.
  • Спросите о цифрах. Спросите вашего поставщика электроэнергии и ваше правительство о выбросах жизненного цикла энергии, которую вы покупаете.
  • Support the people doing the work. The organisations above bring solar light and clean power to families who have none, and publish open data and research; проверить их отчеты и дать непосредственно, если их работа убеждает вас.
  • Пришлите нам энергетическую идею. Используйте форму вклада, выберите Зеленую инициативу и описайте свою идею с помощью пяти пунктов выше. Если у вас есть рабочая модель, включите ее измеренный выход и как вы его измерили. Инженеры, студенты и создатели также приглашаются просмотреть идеи других людей на доске вкладов.

Источники и дополнительная информация