какие страны потребляют больше всего электроэнергии
Страны лидеры по производству электроэнергии в мире
Приветствую, уважаемые читатели проекта Тюлягин! Сегодня мы с вами поговорим о электроэнергии и о ее производстве и потреблении в странах мира. Сегодняшний мир, мировое хозяйство и экономика стран и весь человеческий быт неразделимо связан с электроэнергией.
Содержание статьи:
Электроэнергия — что это такое и как измеряется
Изначально, электроэнергия — это физический термин, однако он используется повсеместно для определения на бытовом и техническом уровне количества выдаваемой электрической энергии в сеть и потребляемой человеком. Электроэнергию принято измерять в киловатт-час.
В сегодняшней экономике электроэнергия является таким же товаром как нефть, золото, одежда и так далее. Основными игроками на рынке электроэнергии являются ее производители и генераторы, энергосбытовые компании и розничные потребители.
Производство электроэнергии
К сожалению или к счастью, электроэнергия — это продукт человеческого труда, которы невозможно получить напрямую — его надо произвести. Производят электроэнергию из первичных источников энергии, например нефть, уголь, газ, уран, энергия солнца, текущей и падающей воды, ветра и т.д.
Производство электроэнергии происходит на электростанциях. На электростанциях энергия вырабатывается генераторами, которые приводятся в дейтсвие за счет тепловых двигателей либо других средств (например ветра или воды).
Первые электростанции в основном использовали гидроэнергию и уголь. Современное производство энергии использует более разнообразные источники 0 уголь, газ, атомная энергия, ветер, нефть, солнечная энергия, гидроэнергия, энергия приливов и другие типы. Однако, по-прежнему доля угольных электростанций в мировой электроэнергетике преобладает.
Количество произведенной электроэнергии является одним из важнейших показателей уровня развития страны и ее экономики, точно также как и другие показатели, например ВВП страны.
Динамика мирового производства электроэнергии с 1890 года:
Рейтинг стран мира по количеству произведенной электроэнергии
Крупнейшими в мире странами производителями электроэнергии является Китай и США, также в пятерку входят Индия, Россия и Япония. Причем на долю лидера — Китая приходится более 25 % всей произведенной энергии мира. США долгое время было лидером по производству электроэнергии в мире, однако в 2012 году их обогнал Китай, сегодня США производит около 4460,8 млрд кВТ-час ежегодно или коло 16% от всего мирового производства. Россия в лучшие годы СССР занимала второе место после США, однако уже в последние десятилетия ее обогнал сначала Китай, а затем и Индия. Сегодня Россия занимает 4 место по производству электроэнергии, недавно обогнав Японию, и производит около 1110,8 млрд кВТ-час ежегодно, или около 4 % от мирового производства.
Ниже прилагаю полный список стран мира по производству электроэнергии. Все данные взяты из отчета BP за 2019 год.
Топ 10 стран по потребляемой электроэнергии
Что касается потребления электроэнергии, то здесь цифры весьма схожи, однако есть не которые изменения. Прилагаю топ 10 стран мира по потреблению электроэнергии (для самых внимательных — найдите отличия):
А на этом сегодня все про производство электроэнергии в странах мира, надеюсь статья и рейтинг будет вам полезен, подписывайтесь на новые статьи по e-mail и добавляйте сайт в закладки. До новых встреч на страницах проекта Тюлягин!
Общее мировое потребление первичной энергии в разбивке по видам топлива в 2019 г.
Такие учреждения, как Международное энергетическое агентство (МЭА), Управление энергетической информации США (EIA) и Европейское агентство по окружающей среде (ЕАОС) периодически регистрируют и публикуют данные об энергии. Улучшенные данные и понимание мирового потребления энергии могут выявить системные тенденции и закономерности, которые могут помочь сформулировать текущие энергетические проблемы и стимулировать движение к коллективно полезным решениям.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Энергоснабжение, потребление и электричество
| Год | Первичное энергоснабжение ( ОППЭ ) 1 | Конечное потребление энергии 1 | Производство электроэнергии | Ссылка |
|---|---|---|---|---|
| 1973 | 25 606 | |||
| 1, преобразованный из Мтнэ в ТВтч (1 Мтнэ = 11,63 ТВтч) и из четырех БТЕ в ТВтч (1 четырехлетний БТЕ = 293,07 ТВтч) | ||||
Общее мировое предложение первичной энергии (TPES) или «первичная энергия» отличается от мирового конечного потребления энергии, потому что большая часть энергии, которая приобретается людьми, теряется в виде других форм энергии в процессе ее переработки в пригодные для использования формы энергии и его транспортировка от первоначального места поставки потребителям. Например, когда нефть добывается из земли, ее необходимо переработать в бензин, чтобы ее можно было использовать в автомобиле и перевозить на большие расстояния на заправочные станции, где ее могут использовать потребители. Мировое конечное потребление энергии относится к той части мировой первичной энергии, которая используется человечеством в своей окончательной форме.
В 2014 году мировое предложение первичной энергии составило 155 481 тераватт-час (ТВт-ч) или 13 541 миллион тонн нефтяного эквивалента (Мтнэ), в то время как мировое конечное потребление энергии составило 109 613 ТВт-час или примерно на 29,5% меньше, чем общее предложение. Мировое конечное потребление энергии включает такие продукты, как смазочные материалы, асфальт и нефтехимические продукты, которые содержат химическую энергию, но не используются в качестве топлива. Это неэнергетическое использование составило 9723 ТВтч (836 Мтнэ) в 2015 году.
Производство электроэнергии в мире (26700 ТВтч) в 2018 г. по источникам (МЭА, 2019 г.)
Производство электроэнергии
В 2016 году общая мировая энергия была получена из 80% ископаемого топлива, 10% биотоплива, 5% атомной энергии и 5% возобновляемых источников (гидроэнергетика, ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия). Только 18% этой общей мировой энергии приходилось на электричество. Большая часть остальных 82% была использована на тепло и транспорт.
Тенденции
Рост энергопотребления в « Группе двадцати» замедлился до 2% в 2011 году после сильного роста в 2010 году. Этот медленный рост в значительной степени обусловлен экономическим кризисом. Вот уже несколько лет для мирового спроса на энергию характерны бычьи тенденции на рынках Китая и Индии, в то время как развитые страны борются с застоем в экономике, высокими ценами на нефть, что приводит к стабильному или сокращающемуся потреблению энергии.
По данным МЭА с 1990 по 2008 год, среднее потребление энергии на человека увеличилось на 10%, в то время как население мира увеличилось на 27%. Региональное потребление энергии также выросло с 1990 по 2008 год: Ближний Восток увеличился на 170%, Китай на 146%, Индия на 91%, Африка на 70%, Латинская Америка на 66%, Соединенные Штаты на 20%, Европейский Союз на 7%, а мир в целом вырос на 39%.
В 2008 году общее мировое потребление первичной энергии составило 132 000 тераватт-часов ( ТВт-ч ) или 474 экзаджоулей (ЭДж). В 2012 году спрос на первичную энергию увеличился до 158 000 ТВтч (567 ЭДж).
Производство и использование электронных устройств, трафик данных и хранилища растут на 9% в год и, как ожидается, в 2020 году будут использовать 3,3% мирового объема электроэнергии (против 1,9% в 2013 году). В 2017 году на центры обработки данных приходилось 19% мирового потребления цифровой энергии. Интернет-трафик увеличивается на 25% в год, а это означает, что количество центров обработки данных растет очень быстро, резко увеличивая потребление энергии.
Потребление энергии в G20 увеличилось более чем на 5% в 2010 году после небольшого снижения в 2009 году. В 2009 году мировое потребление энергии снизилось впервые за 30 лет на 1,1%, или примерно на 130 миллионов тонн нефтяного эквивалента (Mtoe), в результате финансово-экономического кризиса, который снизил мировой ВВП на 0,6% в 2009 году.
Эта эволюция является результатом двух противоположных тенденций: рост потребления энергии оставался высоким в нескольких развивающихся странах, особенно в Азии (+ 4%). Напротив, в странах ОЭСР потребление резко сократилось на 4,7% в 2009 году и, таким образом, почти упало до уровня 2000 года. В Северной Америке, Европе и СНГ потребление сократилось на 4,5%, 5% и 8,5% соответственно из-за замедления экономической активности. Китай стал крупнейшим потребителем энергии в мире (18% от общего количества), поскольку его потребление выросло на 8% в 2009 году (по сравнению с 4% в 2008 году). Нефть оставалась крупнейшим источником энергии (33%), несмотря на то, что ее доля со временем снижалась. Роль угля в мировом потреблении энергии растет: в 2009 году на его долю приходилось 27% от общего объема.
Большая часть энергии используется в стране происхождения, поскольку конечную продукцию дешевле транспортировать, чем сырье. В 2008 году доля экспорта в общем объеме производства энергии в виде топлива составила: нефть 50% (1 952/3 941 млн т), газ 25% (800/3 149 млрд куб. М) и каменный уголь 14% (793/5 845 млн т).
Выбросы
RosInvest.Com
Что ожидает мир
Население планеты неукоснительно растет, в связи с этим будет повышаться и потребление электричества в мире. По аналитическим данным именно бытовое потребление электроэнергии является самым большим, и только потом следует промышленное производство. Примерно на 32% возрастет потребление электроэнергии на планете к 2040 году.
Особенно резкий рост темпов потребления электричества будет наблюдаться в Индии, по той причине, что население страны менее чем за 30 лет увеличится в два раза. Кроме того скачек в потреблении электроэнергии будет зафиксирован в странах Ближнего Востока, Латинской Америки и Африке.
В развитых странах (Европа, США) напротив, потребление электроэнергии снизится. Данную тенденцию можно было наблюдать в период кризиса 2008-2009 года, когда впервые после окончания Второй мировой войны, с 1945 года, за счет уменьшения промышленного использования, потребление электроэнергии в странах «Восьмерки» снизилось на 3,5%. Примечательно, что в периоды прошлых кризисов обычно падал спрос на нефть, потребление электричества не уменьшалось, это показывает на сколько глубоким был последний кризис.
Если взять по отраслям производства электроэнергии, то использование энергии атома вырастет к 2040 году почти в два раза – на 64%. Природный газ будет использоваться для генерации электричества на 62% больше, и таким образом газ будет занимать второе место в системе выработки электроэнергии, пропустив вперед нефть и оставив позади уголь. Уголь будет использоваться на 6% меньше, чем в настоящее время.
А в связи с нехваткой невозобновляемых источников энергии резко взлетит вверх генерация электричества с помощью возобновляемых источников (ветер, Солнце, приливы т.п.). Спрос на них возрастет на 340%, что есть почти в пять раз, чем сегодня.
Общее соотношение потребляемых энергоресурсов
Стоит заметить, что доля электроэнергии в общем соотношении потребляемых энергоресурсов в мире составляет 18%. В эту цифру входят все виды вырабатываемой электроэнергии на планете – гидроэнергетика, атомная энергетика, электростанции на газе, угле и мазуте, а также альтернативные источники электроэнергии. Доля нефти, угля и газа в совокупности составляет 68% от всех потребляемых энергоресурсов.
Общий рейтинг потребления электричества по странам
Уже не один год пальму первенства по потреблению электроэнергии в мире держат Соединенные Штаты Америки. США потребляют почти 4 000 ТВт-час за год.
На втором месте Китай – 3 700 ТВт-час за год. В Китае потребление электричества это индикатор экономического роста и активности, и он достовернее официальных индексов.
Далее, с большим отрывом, третье место в мире по потреблению электроэнергии занимает Япония. На ее долю приходится 965 ТВт-час за год.
На четвертом месте Россия – 851 ТВт-час за год. Спад потребления в России составил около 10%.
Пятое место у Индии – 670 ТВт-час за год. На 1% больше прошлых показателей.
На шестом месте Германия, она потребляет 534 ТВт-час за год.
На седьмом месте Канада, и 521 ТВт-час за год.
Восьмое место занимает еще одна страна Евросоюза – Франция. У нее объем потребления равен 478 ТВт-час за год.
На девятом месте Южная Корея – 459 ТВт-час за год.
Замыкает десятку Бразилия – 440 ТВт-час за год.
Динамика потребления электроэнергии
Рассматривая динамику потребления электроэнергии в мире по странам с начала нового тысячелетия можно наблюдать следующую картину: резкий скачек потребления электричества в Китае, он составил 217%. Рост производства и экономики страны в целом также приходится на данный промежуток времени.
На втором месте по динамике роста потребления электричества Иран. Его показатели возросли на 96%.
Третье место поделили Саудовская Аравия и Индия, с показателем роста 82%.
На четвертом месте так же две страны: Южная Корея и Турция. Их динамика роста потребления электроэнергии составила 75%.
Все остальные страны недотягивают и до 40%. А Великобритания даже ушла в минус, у нее спад на 4%. Практически отсутствовала динамика потребления электричества у Японии – 0,7%. У России рост потребления составил 23%.
Наглядно видно, что ведущие экономики мира «Старого и Нового света» достигли определенного уровня, выше которого прыгнуть уже не удастся. По словам главного экономиста Международной энергетической ассоциации Фатиха Бироля – спад в потреблении электричества показывает глубину нынешней рецессии. Снижения потребления – это своего рода индикатор кризиса и этот показатель часто указывает на предстоящие тенденции.
Когда-то в 2005 году, еще до кризиса, Международная энергетическая ассоциация (МЭА) в своих отчетах предсказывала рост потребления электричества до 2015 года на 33%. Увы, этого не случилось. В 2007 году он вырос только на 4,7%, а в 2008 всего на 2,5%.
МЭА выступает за стимуляцию расходов на возобновляемые источники энергии, как независимого от ископаемых источников энергии, предупреждая тем самым, что спад инвестиций на добычу и производство нефти приведет к очередному дефициту поставок.
Какие государства потребляют больше всех электроэнергию
Потребление государством энергии, как один из индикаторов экономической активности, экспертами используется давно. Разумеется, он не единственный и не идеально точный. Но уж, во всяком случае, поточнее, чем прогнозы рейтинговых агентств.
В докладе, подготовленном в 2016 году группой правительственных экспертов, предлагалось сравнить два графика прироста производства электроэнергии и ВВП (см. иллюстрацию).
Как мы видим, потребление электроэнергии (а в России производство и потребление тоже довольно близкие показатели) и ВВП действительно совпадают не идеально.
Но как грубый ориентир использоваться, согласитесь, может.
Данных свежее 2015 года мне в сети найти, к сожалению, не удалось. А ЦРУ начало предлагать такую статистику лишь два года назад, и я все ждал, когда же появится продолжение. Но американцы почему-то остановились и показатели не обновляют.
Так что динамики пока нет, придется довольствоваться немного устаревшими сведениями. Но и они преподнесли немало сюрпризов. По крайней мере, кое-чему я был удивлен.
Смотрим бирюзовую табличку. Не ищите последовательности в выборе стран — ее здесь нет.
Я просто свалил в одну кучу Европу (а не только Евросоюз), экс-республики СССР, страны БРИКС, ШОС, а также те страны, которые по разным причинам мне интересны — такие, например, как Индонезия, Вьетнам, Япония, Турция, Южная Корея.
Понимаю, что интересных стран гораздо больше, но составлять полный список довольно утомительно, и он получился бы слишком громоздким.
Кто не удовлетворен, может пройти по ссылке на сайт The World Factbook ЦРУ и посмотреть все, что не вошло в мою табличку.
Меня удивило несколько фактов.
Не стоит недооценивать США — нет, это страна не с дутой экономикой. И по мере того как в ней будет возрождаться отечественное производство (а процесс возврата, говорят, уже начался), потребление электроэнергии будет расти.
Китай, если верить данным ЦРУ, уже несколько лет как значительно опередил Америку. И только лукавый подсчет ставит его на второе место.
Потенциал России куда выше, чем принято думать. Даже несмотря на то, что проблема энергоемкости пока не решена. Когда и если она будет решена, наши экономические показатели улучшатся.
В Польше дела обстоят гораздо лучше, чем я всегда думал. После того, как ЕС снимет страну с дотационной иглы, проблемы у нее, конечно, появятся. Но не настолько радикальные, как принято считать.
На Украине экономическая ситуация ухудшается очень быстро, данные ЦРУ давно устарели. Подождем новых. Которые, впрочем, к моменту публикации тоже наверняка устареют.
Турция — экономически весьма перспективная страна. Хорошо, что у нас с ней есть совместные проекты, в том числе в энергетической сфере.
Германия, Франция, Великобритания, Италия и Испания потребляют почти две трети электроэнергии Евросоюза. На остальные 23 страны приходится 36 процентов.
Весь Евросоюз, в свою очередь, потребляет электроэнергии вдвое (точнее, в 2,14 раза) меньше, чем Китай.
Я составил табличку, выделив бывшие республики СССР — чтобы было понятно, почему гастарбайтеры едут к нам, а не наоборот. Все просто: мы развиваемся, у нас много рабочих мест и можно заработать.
Смотрим синюю табличку. Потребление электроэнергии в Латвии, Литве и Эстонии, оказывается, даже ниже, чем в Киргизии. И это еще один удивительный для меня факт. То есть, я, как и все, знал, что гордые эстонцы, латыши и литовцы разорили свои страны и бегут от независимости рядами и колоннами куда подальше. Но чтоб опустились ниже нищих Грузии и Таджикистана?
Впрочем, балтийские тигры пробираются своей тернистой тропой, давно съежившись до размеров мелких котят, которые пугаются любого шороха в кустах и рыка настоящих хозяев джунглей. У их гастарбайтеров дела на западе куда интереснее, чем на востоке. Какие, вы и сами знаете.
Мировая энергетика. Часть I
Современная цивилизация существует в основном благодаря использованию огромного, по сравнению с более ранними временами, количества энергии в разнообразных машинах в широком смысле этого слова. Более того, потребление энергии человечества постоянно растёт. При этом энергия в годной к употреблению форме является ограниченным ресурсом, так что относительная доступность энергии оказывает серьёзное влияние на развитие как отдельных стран, так и цивилизации в целом.
Существует несколько организаций, ведущих регулярный статистический учёт производства и потребления энергии. В данной статье, в частности, используются данные Международного энергетического агентства (IEA). Выводы и прогнозы различных организаций часто цитируются, но при этом редко поясняется, каким образом и на каких принципах они строятся, что открывает простор для неверных интерпретаций. В данной статье мы постараемся исправить это упущение.
Первичная энергия
При учёте энергии возникает одна сложность — до потребления энергии в её конечной форме она проходит через цепочку преобразований, иногда довольно длинную. Электрочайник кипятит воду — происходит потребление энергии в форме тепла, преобразованной из энергии в форме электричества в сети. В свою очередь в эту форму энергия была преобразована из механической формы — энергии вращения турбин на электростанции, а та была получена из тепловой энергии пара, полученной путём сжигания какого-то топлива, то есть из потенциальной химической энергии. В таком, казалось бы, простом деле оказалось сразу пять этапов преобразования энергии; причём на каждом этапе часть энергии, конечно же, теряется, так что потребление энергии в конечной форме всегда существенно меньше, чем её производство. На каком этапе вести учёт?
В связи с описанной сложностью, в энергетической статистике фиксируется производство и потребление энергии по возможности ближе к началу цепочки, в форме так называемой первичной энергии. Отслеживается только два вида преобразования первичной энергии: электрогенерация, то есть производство электрической энергии, и теплогенерация, то есть производство тепловой энергии (без последующего преобразования в какую-либо другую форму). Дальнейшие преобразования энергии в статистике не учитываются.
Более подробно поясним понятие первичной энергии чуть позже, а пока перечислим виды источников первичной энергии:
Невозобновляемые, в том числе:
Возобновляемые, в том числе:
В нашем списке можно увидеть разделение источников на возобновляемые и невозобновляемые. Под возобновляемостью источника подразумевается его потенциальная неисчерпаемость в масштабах человеческой деятельности. Конечно, это разделение во многом условно. Так, например, ископаемое топливо на самом деле в недрах Земли формируется (то есть возобновляется) постоянно, просто делает оно это по меркам наших энергетических нужд настолько медленно, что пытаться его использовать возобновляемым способом совершенно бессмысленно. Более важный пример — это биотопливо, которое включает в себя такую банальную вещь как дрова. Источником дров, как известно, является лес, и его люди на самом деле легко могут исчерпать, так что возобновляемым он является только до определённой границы. Тем не менее, разделение это важное и часто используемое.
Для ископаемого и биологического топлива количество первичной энергии определяется очень просто: это удельная теплота сгорания, умноженная на массу топлива. Удельная теплота сгорания ископаемого топлива зависит от содержания в нём водорода: для метана, в котором на один атом углерода приходится четыре атома водорода, она равна 50 МДж/кг; для угля, в котором на один атом углерода приходится примерно ноль атомов водорода — около 30 МДж/кг; для нефти — примерно посередине. Понятно, что на практике теплота сгорания для разных сортов одного и того же топлива может быть несколько разной, и в статистике это, по возможности, учитывается.
Все остальные, нетопливные, источники энергии используются практически только для электро- и теплогенерации. Первичная энергия для них немного по-разному. В тех случаях, когда электричество вырабатывается из тепловой энергии, то именно она считается за первичную. Так происходит в атомной энергетике, а также на геотермальных и гелиотермальных электростанциях. Если же электричество генерируется напрямую из природного источника, то первичной считается собственно сама произведённая электроэнергия. Так происходит в гидро- и ветроэнергетике, а также фотовольтаике (вид солнечной энергетики).
Для измерения первичной энергии используются различные единицы. Мы будем использовать так называемую тонну нефтяного эквивалента (тнэ), равную 41,868 ГДж. Предполагается, что такое количество тепловой энергии выделяется при сгорании одной среднестатистической тонны нефти. Тысяча кубических метров природного газа содержит в среднем около 0,8 тнэ. Также одна тонна нефтяного эквивалента равна 11 630 киловатт-часов. Если вы знаете, сколько киловатт-часов у вас дома набегает за месяц по электрическому счётчику, то вы сможете представить себе, какое количество энергии содержит 1 тнэ.
Производство энергии: тепло- и электрогенерация
Примерно 40% первичной энергии сегодня используется в ходе тепло- и электрогенерации. Эти процессы рассматривают вместе по причине широкого применения в энергетике когенерации — совместного производства полезного тепла и электричества, например, на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ является разновидностью тепловой электростанции (ТЭС). ТЭЦ отличается тем, что на ней тепло отработанного пара передаётся в теплосеть, а на остальных ТЭС — в окружающую среду. За счёт этого коэффициент полезного действия (КПД) у ТЭЦ заметно выше и достигает 50-60%, по сравнению с 30-40% у обычных ТЭС. Но давайте рассмотрим по порядку имеющиеся сегодня в нашем распоряжении способы генерации электричества и тепла.
ТЭС существуют с конца 19 века и устроены довольно просто. За счёт сжигания топлива вода в котле превращается в пар с очень высокой температурой и давлением. Этот пар направляется на лопатки турбины и тем самым вращает её. Вращение передается на вал электрогенератора с закреплёнными на нём магнитами; вращающееся магнитное поле создаёт электрический ток в замкнутом проводнике в соответствии с законом электромагнитной индукции. Отработанный пар из турбины попадает в конденсатор, где охлаждается и превращается обратно в воду, которая затем снова поступает в котёл.
Выше описан принцип действия ТЭС с паротурбинной установкой. Существуют ещё и газотурбинные установки: в них турбину вращают непосредственно продукты сгорания топлива в виде потока раскалённых газов (таким образом, газовая турбина является двигателем внутреннего сгорания, а паровая — внешнего). Самый же высокий КПД достигается на комбинированной парогазовой установке, состоящей из двух двигателей в тандеме; в этой установке всё ещё горячие отработанные газы из газовой турбины используются для нагрева котла паровой турбины.
Вообще электрогенератору безразлично, что именно вращает его вал, так что комбинация любого теплового двигателя (в том числе поршневого) с электрогенератором составляет тепловую электростанцию того же типа, что и двигатель. Собственно говоря, принцип тот же и для большинства нетепловых электростанций: сначала с помощью какого-либо двигателя энергия из своей исходной формы преобразуется в механическую, а затем превращается в электрическую энергию с помощью электрогенератора.
Топливом для ТЭС служат уголь, природный газ и, гораздо реже, нефтепродукты (мазут или дизель). В газотурбинных и парогазовых ТЭС используется в основном природный газ; уголь используется практически только на ТЭС с паротурбинными установками. Существуют также ТЭС, работающие на биотопливе. Это могут быть отходы деревообработки или сельского хозяйства в виде прессованных гранул, а также биогаз — продукт жизнедеятельности бактерий, перерабатывающих различные биологические отходы, в том числе бытовые и канализационные.
Все остальные способы тепло- и электрогенерации используют возобновляемые источники энергии. Так, на гидроэлектростанции (ГЭС) вал электрогенератора вращает, как нетрудно догадаться, гидротурбина. В свою очередь последняя вращается за счёт энергии напора воды. Плотина на ГЭС нужна для того, чтобы создать необходимый перепад высот. Если уклон реки достаточно велик (как зачастую бывает в горах), то можно обойтись и без плотины.
На солнечных электростанциях, как правило, используется явление фотоэлектрического эффекта: частицы света (фотоны) определённой энергии (длины волны) могут выбивать электроны из атомов определённым образом организованного вещества (обычно полупроводниковые фотоэлементы, собранные в солнечные батареи). Такая технология называется ещё фотовольтаикой. Она выгодно отличается от других способов производства электроэнергии полным отсутствием движущихся деталей — энергия солнечного излучения напрямую преобразуется в электрическую, минуя стадию механической энергии.
Другая разновидность солнечной энергетики — это гелиотермальные электростанции, на которых энергия солнца собирается в виде тепла и используется опосредованно для электрогенерации по принципу обычных ТЭС. Для сбора солнечной энергии обычно применяются системы линз и зеркал — это так называемые солнечные электростанции концентрирующего типа (CSP ).
Ветряные электростанции преобразуют в электричество механическую энергию вращения лопастей ветрогенератора под действием ветра. Ветрогенератор вполне ожидаемо состоит из ветротурбины и электрогенератора. Циркуляция атмосферы Земли, то есть ветер, существует в основном из-за неравномерного нагрева земной поверхности Солнцем. Следовательно, как и солнечная электростанция, ветрогенератор использует возобновляемую энергию Солнца.
Существуют также геотермальные электростанции, устроенные аналогично тепловым, но использующие для нагрева котла энергию горячих подземных вод. Тепло геотермальных источников можно использовать и напрямую для обогрева. Из-за того, что температура подземных вод сравнительно невелика, КПД геотермальных электростанций довольно низок — всего около 10%.
Наконец, приливные и волновые электростанции используют, соответственно, энергию морских приливов/отливов и волн. В совокупности эти способы получения электроэнергии можно назвать морской энергетикой.
В 2013 году всего в мире было сгенерировано и потреблено 23318 тераватт-часов (или 2008 млн тнэ) электроэнергии, а также 354 млн тнэ теплоэнергии; в сумме тепла и электричества получается 2362 млн тнэ. При этом было израсходовано 5115 млн тнэ первичной энергии в различных формах. Таким образом, средний КПД тепло- и электрогенерации (отношение произведённой энергии к первичной) составил 46%.
На рисунке 1 приведена диаграмма использования различных видов первичной энергии для тепло- и электрогенерации. Из диаграммы видно, что ископаемое топливо (то есть уголь, нефть и природный газ) составляет три четверти затрачиваемой в этих целях первичной энергии. Оставшаяся четверть приходится на атомную и возобновляемую энергетику.
Рисунок 1. Использование первичной энергии по источникам для тепло- и электрогенерации в 2013 году (всего 5115 млн тнэ).
Однако если посмотреть на диаграмму распределения по источникам собственно самой произведённой электроэнергии (рисунок 2), то картина будет заметно отличаться в силу того, что разные способы электрогенерации имеют разный КПД (в смысле отношения произведённой электроэнергии к первичной). Так, КПД фотовольтаики, а также гидро- и ветроэнергетики в рамках энергетической статистики считается равным 100%: как уже говорилось, под первичной энергией у этих источников понимается собственно полученная электроэнергия. Практически по всем остальным источникам — первичной энергией является тепло, которое преобразуется в электрическую энергию через механическую. Электрический КПД этого процесса зависит от типа используемого теплового двигателя и достигаемой температуры, и составляет в среднем около 30—40%. Кроме того, из этих источников производится также и полезное тепло, которое в данные рисунка 2 не включено.
Рисунок 2. Произведенная электроэнергия по источникам в 2013 году (всего 2008 млн тнэ или 23318 ТВт*ч).
В итоге на рисунке 2 доля гидроэнергетики выросла до 16%, а доля ветроэнергетики стала, по крайней мере, заметной — 3%. Доля солнечной энергетики всё ещё прячется среди 1% «прочих». Для нас, конечно, важнее именно то, какую долю произведённой электроэнергии нам даёт тот или иной источник, поэтому в диаграмме на рисунке 2 больше практического смысла, чем в диаграмме на рисунке 1. А несколько неочевидным понятием первичной энергии удобно пользоваться, если необходимо, например, занизить значение возобновляемых источников. Но это вовсе не означает, что понятие плохое и ненужное. Дело в том, что на тепло- и электрогенерацию тратится лишь около двух пятых используемой во всём мире первичной энергии; остальную мы расходуем другими способами.
Потребление первичной энергии
На рисунке 3 приведена схема мирового потребления энергии в 2013 году с выделением промежуточного этапа тепло- и электрогенерации. На схеме видно, что всего на все нужды за год было израсходовано 13559 млн тнэ первичной энергии. В том числе 5115 млн тнэ первичной энергии было израсходовано на тепло- и электрогенерацию, что дало в результате 2362 млн тнэ готовой к потреблению тепло- и электроэнергии, а 2753 млн тнэ энергии было потеряно в процессе генерации. В так называемом энергетическом секторе — на добычу и переработку энергоносителей, производство энергии, преобразование энергии из одного вида в другой, а также транспорт энергии в виде тепла и электричества — было израсходовано 1686 млн тнэ энергии, в том числе 1291 млн тнэ первичной энергии и 395 млн тнэ вторичной, то есть сгенерированного тепла и электричества. Оставшиеся 7153 млн тнэ первичной энергии было потреблено в различных секторах экономики другими способами; с учётом 1967 млн тнэ вторичной (сгенерированной) энергии общее конечное потребление энергии составило 9120 млн тнэ.
Рисунок 3. Схема мирового потребления энергии по источникам в 2013 году. Все значения в млн тнэ.
Пройдёмся более подробно по секторам потребления энергии в разрезе её источников.
Название сектора «промышленность» говорит само за себя. Энергия в этом секторе в основном потребляется в металлургической, химической и нефтехимической промышленности, а также при производстве строительных материалов (цемента) и целлюлозно-бумажном производстве. Однако потребление энергии при перевозке товаров, а также добыче и переработке ископаемого топлива сюда не входит. Кроме того, потребление энергоносителей относится к данному сектору только в том случае, когда они используются именно как энергоносители, а не как сырьё или исходный материал для производства.
Ископаемое топливо в промышленности используется в основном для нагрева, то есть когда технология производства требует высокой температуры. Известный всем пример — выплавка металлов. Нагрев необходим и при производстве цемента (барабанные печи), а также на определённых этапах химического и нефтехимического производства. Кроме того, использование нефтепродуктов в качестве топлива для строительной и другой специальной техники тоже отражается в данном секторе. Биоэнергетика в промышленном секторе — это, в основном, утилизация древесных отходов в лесозаготовительной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.
Транспортный сектор включает в себя потребление энергии в дорожном, воздушном, водном, железнодорожном и трубопроводном транспорте. К этому сектору не относится потребление топлива техникой, основным назначением которой является не перевозка пассажиров и грузов, а другая деятельность, например, строительство, добыча полезных ископаемых, лесозаготовки, рыболовство и т. п. Около 40-50% энергии в данном секторе потребляется легковыми автомобилями.
В транспортном секторе ожидаемо более 90% энергии даёт нефть, то есть топливные нефтепродукты: бензин, дизельное топливо, керосин, мазут и пр. Большая часть оставшегося — это природный газ в различных формах. Применение биотоплива и электроэнергии на сегодняшний день едва заметно, несмотря на то, что, в частности, электровозы в железнодорожном и трамваи с троллейбусами в городском транспорте достаточно широко применяются уже много десятков лет.
В сектор с не вполне прозрачным названием «здания» включается энергия, потраченная в жилых и разного рода общественных (но не промышленных) зданиях в целях обогрева, охлаждения, горячего водоснабжения, освещения, а также для работы бытовых приборов и оборудования для приготовления пищи. Около 40-45% произведённой тепло- и электроэнергии расходуется именно в этом секторе, больше, чем в каком-либо другом. Сравнительно высокая доля природного газа объясняется, очевидно, применением кухонного газа. Также в данном секторе потребляется более 60% всей первичной биоэнергии. В основном это древесное и другое твёрдое биотопливо, очень широко используемое, в частности, в традиционных обществах так называемых развивающихся стран. Таким образом, на сегодняшний день под модным словом «биоэнергетика» скрываются, по большей части, дрова и сухой навоз.
Наконец, в сектор «прочее» входит потребление энергии в сельском хозяйстве и подобных ему отраслях (рыболовство, лесное хозяйство). В этом же секторе учитывается использование ископаемого топлива не для получения энергии, а в качестве сырья для производства смазочных материалов, асфальта, растворителей, продуктов химической и нефтехимической промышленности и т. д. В этом секторе расходуется в основном нефть, причём сюда приходится довольно значительная часть её общего потребления — около 16%.
Использование тепло- и электроэнергии во всех секторах достаточно прозрачно. Отметим лишь, что около 16% произведённой электроэнергии (331 млн тнэ) тратится в энергетическом секторе на добычу и переработку ископаемого и ядерного топлива, а также теряется при передаче по электрическим сетям. Аналогичные потери происходят и при передаче тепловой энергии по теплосетям. Данный расход энергии включён на схеме в так называемый «энергетический сектор».
В этом же «энергетическом секторе» учитываются затраты энергии на добычу и переработку ископаемого топлива, производство биотоплива, преобразование топлива из одной формы в другую (сжижение газа и угля, преобразование газа в жидкость, газификация угля и нефти), коксование угля, а также потери при транспортировке и хранении газа, нефти, угля и биотоплива.
Рисунок 4. Мировое потребление первичной энергии в 2013 году по источникам.
На рисунке 4 приведено распределение мирового потребления первичной энергии по источникам в соответствии со схемой на рисунке 3. Таким образом, в целом сегодня человечество получает более 80% первичной энергии из ископаемого топлива (то есть угля, нефти и природного газа), и более 85% — из невозобновляемых источников (то же, плюс атомная энергетика). На возобновляемые источники пока что приходится менее 15% первичной энергии. При этом следует помнить, что, с одной стороны, ряд возобновляемых источников (гидроэнергетика, ветроэнергетика, фотовольтаика) по определению имеют стопроцентный КПД, что резко увеличивает их значимость с точки зрения конечного потребления. А с другой стороны, биоэнергетика, составляющая две трети всех возобновляемых источников и 10% общего потребления первичной энергии, по большей части присуща неиндустриальным обществам; поэтому вряд ли стоит связывать её с инновационностью и продвинутостью, приписываемой прочим возобновляемым источникам энергии.
О том, какие существуют прогнозы в отношении мировой энергетики, расскажем в следующей части.