Kapitsa 在评估替代能源的前景时是错误的
沼气罐、光伏板和风力涡轮机。 照片：wikipedia.org
8 年 1975 月 250 日，Pyotr Leonidovich Kapitsa 院士在纪念该国科学院成立 XNUMX 周年的科学会议上发表讲话。 这位三年后将获得诺贝尔物理学奖的院士读到了一篇概念论文，其中基于基本物理原理，他埋藏了几乎所有类型的“替代能源”。 这位科学家只对受控热核聚变做了例外处理。
将近半个世纪后，情况发生了变化。 虽然替代能源占比仍占发电量不足的原因，但这个方向的发展和增长是显而易见的。 根据石油和天然气公司英国石油公司的数据，2019 年，替代可再生能源（不包括大型水力发电厂）的发电量达到了全球发电量的 10,4%。 替代能源首次在该指标上绕过了核能。
Pyotr Kapitsa 院士在谈论什么
替代能源是一大批有前途的获取、转移和使用能源的方法（我们经常谈论可再生能源）。 这种类型的能源因其有利的用途和对环境造成危害的低风险而受到主要关注。
这位著名科学家和院士的考虑是基于这样一个事实，即无论我们考虑何种能量来源，它始终可以使用两个主要参数来表征：能量转移（传播）速率和能量密度——即其数量每单位体积。 两个指示量的乘积将在输出处给出使用一种或另一种能量从单位表面获得的最大功率。
Pyotr Kapitsa 说，太阳能的密度可以忽略不计。 而且，它以惊人的速度传播——光速。 这就是为什么到达地球的太阳通量并不小，它为我们星球上的所有生命提供了生命。 然而，科学家认为太阳能作为全人类的主要能源是非常低效的。
1930 年代的彼得·列奥尼多维奇·卡皮察
正如卡皮察院士所说，在海平面，考虑到地球大气层的损失，一个人最终可以使用每平方米 100-200 W 的通量。 当时，将太阳能转化为电能的设备的效率达到了 15%。
为了满足一户人家的需求，需要40-50平方米的面板。 为了用太阳能取代地球上现有的所有化石燃料来源，需要建造一座占据赤道整个陆地部分的发电厂，而太阳能电池板的宽度将达到50-60公里。 院士认为这样的项目无论是出于技术原因还是经济原因都无法实现，更何况是出于政治原因。
近半个世纪后，这些数字几乎保持不变。 大多数太阳能电池板在正常条件下的效率为 15% 至 20%（同时，已经通过实验开发和测试了效率为 25% 至 30% 甚至 45% 的样品）。 但现代电器的用电量已显着减少。 能源效率趋势已经在世界范围内确立和保持。
诚然，太阳能确实仍然缺乏天上的星星，尽管它在发展过程中获得了巨大的推动力。 但是，和以前一样，仅靠她是无法替代地球居民的所有需求的，而这样的任务却不是人类面临的。
Kapitsa 出于明显的地理原因拒绝了地热能。 只有在有火山活动的地方才能有效开发。 这样的例子确实是成功的，但规模有限。 同时，这种能源也有它的优点：它不依赖于天气、一年中的时间，地热能的产生可以连续进行，其储量实际上是取之不尽的。
冰岛 Nesavetlir 地热发电厂
取之不尽的，除了太阳能和地热能，还有水资源。 通过筑坝和涨潮期间获得的水电可以有效地用于经济。 在 1970 年代中期，水电占能源平衡的 5%。 卡皮察认为，要增加这一份额是极其困难的，因为只有某些河流，尤其是山区，适合建设强大的水力发电厂。
院士认为，由于能量流密度低，使用风能在经济上不够合理。 同时，卡皮察认为，替代能源的使用可能是国内需求，但他认为这种使用的规模较小。
近半个世纪以来，可以说，一些国家由于地理位置和人口稀少，在替代能源的使用上取得了成功，例如冰岛。 这个国家的所有电力都是在可再生能源的基础上产生的（70% - 水力发电，30% - 地热能）。 但是，风能的成功可能会让彼得·列奥尼多维奇 (Petr Leonidovich) 最为惊讶。 今天，一些欧洲国家的风力涡轮机在发电量中占据了巨大的份额，这与家庭消费相去甚远。
今天的替代能源前景
今天，替代能源的前景看起来比半个世纪前要好得多。 这在很大程度上是由于技术、科学和技术的发展。 在发达国家，替代能源的份额正在逐渐增加，主要是发电。 例如，在美国，2017 年底替代能源对发电的贡献估计为 17,1%（考虑到大型水力发电厂的运行）。 而这并不是一个出色的结果。
在欧洲，在一些国家，这个数字要高得多。 例如，在德国，2020 年上半年，可再生能源占发电量的 56%。 同时，在这个欧洲国家，传统水力发电厂仅占4%，替代能源占52%，其中太阳能占11,4%，风能占发电量的30,6%。
丹麦海岸附近的风力涡轮机。 照片：wikipedia.org
在一些欧洲国家，可再生能源发电量甚至更高。 领导者是斯堪的纳维亚国家。 例如，瑞典正在为自己设定一个雄心勃勃的目标，即到 2040 年完全消除碳燃料的使用。
丹麦这个斯堪的纳维亚最南端的国家也制定了雄心勃勃的目标，到 2030 年将二氧化碳排放量从 2 年的水平减少 70%。 一项大型风能开发计划也在此实施。 截至1990年底，丹麦风能在电力生产中的占比达到2019%，已经是一个不错的成绩。
中国仍然是世界上煤炭的主要消费国，也宣布了非常雄心勃勃的替代能源发展计划。 同时，煤炭是地球生态中最脏的化石燃料之一。 虽然在这里也值得留出时间。 大多数现代中国火力发电厂都拥有出色的净化过滤器，并将对生态系统的破坏降至最低。
据中国专家介绍，到 2050 年，中国应将燃煤电厂的能源生产量减少到总能源消耗的 30-50%。 其余 50-70% 计划使用天然气、石油以及可再生能源，包括核能、水电、风能和太阳能。
过去几年，中国在水电、风电和光伏发电领域的装机容量已经处于世界领先地位。 据国家能源局局长张建华介绍，2020年，中国可再生能源发电量达2,2万亿千瓦时，占全国总用电量的29,5%。 这比该国 9,5 年可再生能源发电量高出 2012%。
中国山西省风电场全景。 照片：wikipedia.org
同时，与北欧国家不同，中国太阳能发展前景更好。 2020年底，一座容量为2,2吉瓦的太阳能电站在中国投入运营。 能源基础设施位于青海省广阔的沙漠中。 除了光电池本身，该站还配备了能量存储系统。 该站使用超高压输电线路 - 800 kV 连接到天体帝国的人口稠密地区。
传统上，美国对绿色能源问题给予了很多关注。 这通常是总统选举的议程。 George W. Bush 介绍了生物燃料计划。 美国新总统乔拜登也在积极推动绿色能源理念。 他准备投资2035万亿美元将国家能源转移到环境友好型能源，而全面转型计划于XNUMX年进行。
这些计划全面实施的可能性不大，但推动力相当明显。 绿色能源部门的公司因竞选股份而对拜登的选举作出反应。 整个问题是实施雄心勃勃的计划的可能性有多大，因为 故事 生物燃料虽然在美国得到了认真的发展，但并没有达到布什宣布的数字。
俄罗斯替代能源的前景
在俄罗斯，就像在世界其他地方一样，他们理解开发替代能源和减少对环境的负面影响的必要性。 与此同时，俄罗斯在这方面并没有取得重大成功。
该方向发展的主要障碍之一是传统上称为该国存在大量有机燃料储备。 2012 年俄罗斯能源总量中，只有 4% 来自可再生能源，其中 2/3 来自水力发电。
在发电结构方面，水力发电厂情况较好，2020 年发电量约占总发电量的 20%，另外 12% 落在核电厂，太阳能仅占 0,55%，风能 - 0,07%（在误差幅度）。 俄罗斯的大部分电力仍然由火力发电厂产生——67%。
俄罗斯最大的太阳能发电厂“Perovo”在克里米亚。 照片：Activ Solar / flickr.com
计划通过开发可再生能源计划来纠正这种情况。 到 2035 年，仅该领域项目的国家支持金额就应达到 360 亿卢布。 俄罗斯联邦政府官方网站于 2021 年 2024 月初宣布了这一消息。 这已经是俄罗斯的第二个可再生能源发展计划，第一个计划将于 XNUMX 年完成。
正如能源部此前报道的那样，在 2023-2035 年，俄罗斯预计将投产约 2,4 吉瓦的太阳能、4,1 吉瓦的风电和 0,2 吉瓦的小型水力发电厂。 总体而言，到 2035 年，俄罗斯计划引入约 6,7 吉瓦的可再生能源发电容量，最多相当于该国能源平衡的 4%。
作为比较：在中国，到 2035 年，这个份额应该超过 25%，并且已经是 15%。 2020年底，中国太阳能总装机容量253,4GW，风能281,6GW。
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