Возобновляемая энергия это энергия, которая собирается из возобновляемых ресурсов, которые, естественно, пополняются на человека, шкала времени, таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы, волны, и геотермальное тепло. Возобновляемые источники энергии часто обеспечивает энергию в четырех важных областях: электроэнергетики, воздушного и водяного отопления/охлаждения, транспорта, и сельского энергетических услуг.
Основываясь на РЕН 21 с 2016 доклад, возобновляемые источники энергии внесли свой вклад 19.2% до людей глобальное потребление энергии и 23,7% к выработка электроэнергии в 2014 и 2015 годах, соответственно. Это потребление энергии распределяется следующим 8.9% из традиционной биомассы, 4.2%, а тепловой энергии (современные биомассы, геотермальной и солнечной жары), 3.9% гидроэлектростанции и 2,2% электроэнергии из ветра, солнца, геотермальной энергии и биомассы. Во всем мире инвестиции в возобновляемые технологии составил более $286 млрд в 2015 году, с такими странами, как Китай и США активно инвестирует в ветра, воды, солнца и биотоплива.[4] всего в мире насчитывается около 7,7 млн. рабочих мест связанных с возобновляемой энергетике, с солнечной фотоэнергетики является крупнейшим возобновляемым работодателем. по состоянию на 2015 год во всем мире более половины всех новых электроэнергии установленная мощность возобновляемой.
Возобновляемые источники энергии существуют на обширных географических территориях, в отличие от других источников энергии, которые сосредоточены в ограниченном числе стран. Быстрое развертывание возобновляемых источников энергии и энергоэффективности приводит к значительной энергетической безопасности, смягчению последствий изменения климата, и экономические выгоды. результаты недавнего обзора литературы пришли к выводу, что в качестве парникового газа (ПГ) излучатели начинают нести ответственность за ущерб, причиненный в результате выбросов парниковых газов в результате изменения климата, большое значение для смягчения ответственности обеспечивают мощные стимулы для внедрения технологий возобновляемой энергетики. В международных опросов общественного мнения существует сильная поддержка для развития возобновляемых источников, таких как солнечная энергия и энергия ветра. На национальном уровне, по крайней мере в 30 странах мира уже есть возобновляемых источников энергии, способствующих более чем на 20 процентов энергоресурсов. Национальные рынки возобновляемых источников энергии, как ожидается, продолжат расти в ближайшее десятилетие и далее. в некоторых местах и по крайней мере двух стран, Исландии и Норвегии генерировать электроэнергию, используя возобновляемые источники энергии уже есть, и во многих других странах есть поставил перед собой цель достичь 100% использования возобновляемых источников энергии в будущем. Например, в Дании правительство решило переключиться общего энергоснабжения (электричество, мобильность и нагрев/охлаждение) на 100% возобновляемые источники энергии к 2050 году.
В то время как многие возобновляемые источники энергии проекты масштабные, технологии возобновляемых источников энергии также подходят для сельских и отдаленных районах и развивающихся странах, где энергия часто имеет решающее значение в развитии человека. Бывшие Организации Объединенных Наций Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун заявил, что возобновляемая энергетика имеет способность поднять беднейших стран на новый уровень процветания. Как большинство возобновляемых источников обеспечения электроэнергией, развертывание возобновляемых источников энергии часто применяется в сочетании с дальнейшей электрификации, который имеет ряд преимуществ: электричество преобразуется в тепло (где необходимо получение более высоких температурах по сравнению с ископаемым топливом), может быть преобразована в механическую энергию с высокой эффективностью и чистотой в точке потребления. В дополнение к этому электрификации с использованием возобновляемых источников энергии гораздо эффективнее и, следовательно, приводит к существенному снижению первичной энергии требованиям, ведь большинство возобновляемых источников энергии пока нет паровой цикл с высокими потерями (тепловые электростанции, как правило, имеют потери от 40 до 65%).
Возобновляемых энергетических систем быстро становятся эффективнее и дешевле. Их доля в общем объеме потребления энергии растет. Рост потребления угля и нефти может закончиться к 2020 году за счет повышения доли возобновляемых источников энергии и природного газа.
Возобновляемые энергетические ресурсы и значительные возможности для повышения энергоэффективности существовать в обширных географических районах, в отличие от других источников энергии, которые сосредоточены в ограниченном числе стран. Быстрое развертывание возобновляемых источников энергии и энергоэффективности, А также технологической диверсификации источников энергии, приведет к значительной энергетической безопасности и экономической выгоды. Это было также снижения экологических загрязнений, таких как загрязнения воздуха в результате сжигания ископаемого топлива и улучшения здоровья населения, снижения преждевременной смертности из-за загрязнения и сохранить расходы на здравоохранение, что сумма в несколько сотен миллиардов долларов только в США. Возобновляемых источников энергии, которые черпают энергию от солнца, либо непосредственно, либо косвенно, как, например, гидро и ветровых электростанций, как ожидается, будет способна обеспечить человечество энергией практически на еще 1 миллиард лет, после чего прогнозируется увеличение тепла от солнца, как ожидается, чтобы сделать поверхность земли слишком жарко для жидкой воды, чтобы существовать.
Изменение климата и глобальное потепление проблемы, в сочетании с высокими ценами на нефть, пик добычи нефти, и усиливающаяся государственная поддержка, за рулем увеличению использования возобновляемых источников энергии законодательство, стимулы и коммерциализации. Новых государственных расходов, регулирования и политики помогли отрасли погода в глобальный финансовый кризис лучше, чем многие другие отрасли. По данным за 2011 год, прогнозы Международного энергетического агентства, солнечная энергетика генераторы могут производить большую часть электроэнергии в мире в течение 50 лет, снижение выбросов парниковых газов, которые вредят окружающей среде.
По состоянию на 2011 год, небольшой системы солнечных батарей обеспечить электроэнергией несколько миллионов домашних хозяйств, и микро-ГЭС, установленных в мини-сети подают многое другое. Более 44 млн. домохозяйств используют биогаз, сделанные в бытовых масштабах реакторы для освещения и/или приготовления пищи, и более 166 млн домохозяйств полагаются на новое поколение более эффективных биомассы кухонных плит. Организации Объединенных Наций, Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун заявил, что возобновляемая энергетика имеет способность поднять беднейших стран на новый уровень процветания.[13] На национальном уровне, по крайней мере в 30 странах мира уже есть возобновляемые источники энергии приходилось свыше 20% поставок энергии. Национальных рынков возобновляемых источников энергии, как ожидается, продолжат расти в ближайшее десятилетие и далее, и около 120 стран имеют различные политики для целей долгосрочного доли возобновляемых источников энергии, в том числе 20% цель всей электроэнергии, вырабатываемой в Европейский Союз к 2020 году. Некоторые страны имеют гораздо более высокие долгосрочные цели политики до 100% возобновляемых источников энергии. За пределами Европы, разнообразная группа из 20 или более других стран целевой доли возобновляемых источников энергии в 2020-2030 сроки, которые варьируются от 10% до 50%.
Возобновляемые источники энергии часто вытесняет обычное топливо в четырех сферах: производстве электроэнергии, горячей воды/отопления помещений, транспорта, и сельского (вне сетки) энергии услуг.
Энергетика
К 2040 году возобновляемые источники энергии прогнозируется на равную угля и производства природного газа и электроэнергии. Ряде стран, включая Данию, Германию, государство Южной Австралии и некоторых штатах США добились высокой интеграции ВИЭ. Например, в 2015 году энергия ветра встретил 42% спроса на электроэнергию в Дании, 23,2% в Португалии и 15.5% в Уругвае. Соединительных линий позволяют странам баланса электроэнергии, позволяя импортировать и экспортировать возобновляемых источников энергии. Инновационные гибридные системы возникли между странами и регионами.[26]
Отопление
Солнечный коллектор для нагрева воды вносит важный вклад в возобновляемые источники тепла во многих странах, особенно в Китае, который сейчас составляет 70% от общемирового объема (180 увеличится). Большинство из этих систем, установленных на многоквартирных жилых домах и удовлетворить часть горячей воды примерно 50-60 миллионов хозяйств в Китае. По всему миру, суммарная установленная солнечного нагрева воды системы должны удовлетворять часть потребностей нагрева воды более 70 миллионов домашних хозяйств. Использование биомассы для отопления продолжает расти. В Швеции, национального использования энергии биомассы превысило нефти. Прямого геотермального отопления также стремительно растет. Новое дополнение для отопления от Геотермальных тепловых насосов, которые обеспечивают как отопление, так и охлаждение, а также сгладить электрический кривая спроса и тем самым увеличение национального приоритета.
До разработки угля в середине 19 века, почти все используют энергию возобновляемых источников. Почти без сомнения, древнейшее известное использование возобновляемых источников энергии, в форме традиционной биомассы для топлива пожаров, датируется 790,000 лет назад. Использование биомассы для огня не стали обыденностью до многих сотен тысяч лет спустя, где-то между 200 000 и 400 000 лет назад. Вероятно, второй по старшинству использование возобновляемых источников энергии использование ветра для того, чтобы водить корабли над водой. Эту практику можно проследить около 7000 лет, чтобы корабли в Персидском заливе и на Ниле. Переезд в момент истории, первоисточники традиционной возобновляемой энергии человеческого труда, животной силы, силы воды, ветра, в зерне дробления мельницы , и дрова, на традиционную биомассу. График потребления энергии в США до 1900 показывает нефти и природного газа примерно с таким же важность в 1900 году, как ветер и солнце играли в 2010 году.
В 1860-х и 70-х там уже были опасения, что цивилизация закончится ископаемое топливо и было признано необходимым для лучшего источника.
Время прибудет, когда промышленность Европы перестанет найти те природные ресурсы, столь необходимые для его. Нефтяных источников и угольных шахт не являются неисчерпаемыми, но стремительно сокращаются во многих местах. Будет человек, затем вернуться в силу воды и ветра? Или он эмигрировать куда наиболее мощным источником тепла посылает свои лучи всем? История покажет, что будет.
В 1885 году Вернер фон Сименс, комментируя открытие фотоэлектрического эффекта в твердом состоянии, писал:
В заключение хотелось бы сказать, что однако большое научное значение этого открытия может быть, его практическая ценность будет не менее очевидным, когда мы размышляем о том, что поставки солнечной энергии без ограничения и без затрат, и что она будет продолжать изливаться на нас в течение бесчисленных веков после того, как все угольные месторождения на земле будут исчерпаны и забыты.
Разработка системы продолжалась вплоть до начала Первой Мировой Войны И. важность солнечной энергии была признана в 1911 Научная американская статья: "в далеком будущем, природного топлива не исчерпаны [солнечной энергии] останется единственным средством существования человеческой расы".
Теория пика нефти был опубликован в 1956 году. В 1970-х годах экологи способствовали развитию возобновляемых источников энергии как замена для возможного истощения запасов нефти, а также уйти от зависимости от нефти, и первые выработки электроэнергии вэу появился. Солнечный давно уже используется для отопления и охлаждения, а солнечные батареи были слишком дорогостоящими, чтобы построить солнечные фермы до 1980 года.
МЭА мировой энергетики в 2014 году прогноз предполагает рост поставок возобновляемой энергии от 1700 гигаватт в 2014 году до 4550 ГВт в 2040 году. Ископаемое топливо поступило около 550 млрд евро в качестве субсидий в 2013 году, по сравнению с 120 млрд долларов для всех возобновляемых источников энергии.
Энергия ветра
Воздушные потоки могут использоваться для запуска ветрогенераторов. Современная утилита масштабных ветряных турбин колеблется от 600 кВт до 5 МВт Номинальная мощность, хотя турбины с номинальной мощностью 1,5–3 МВт наиболее часто используются для коммерческого использования. Большой потенциал генератор одиночного установлены береговые ветряные турбины достигло в 2015 году 7,5 МВт. Мощность такого ветра является функцией Куба скорости ветра, так как скорость ветра увеличивается, Выходная мощность увеличивается до максимальной мощности для конкретной турбины.[41] районах, где ветры сильнее и более постоянной, например, на шельфе и на высокой высоте сайты, предпочтительные места для ветряных электростанций. Обычно при полной нагрузке часов ветровых турбин варьироваться между 16 и 57% в годовом исчислении, но может быть больше в особенно благоприятных оффшорных сайтах.[42]
Ветер-вырабатываемой электроэнергии встречались почти 4% мирового спроса на электроэнергию в 2015 году, с почти 63 ГВт новой установленной мощности энергии ветра. Энергия ветра является ведущим источником новых мощностей в Европе, США и Канаде, и второй по величине в Китае. В Дании энергия ветра встретил более чем на 40% спроса на электроэнергию в то время как Ирландия, Португалия и Испания встречались почти на 20%.
Во всем мире, долгосрочный технический потенциал энергии ветра считается в пять раз всего нынешнего мирового производства энергии, или 40 раз выше текущего спроса на электроэнергию, при условии, что все практические необходимые барьеры были преодолены. Это потребует ветровых турбин для установки на больших площадях, особенно в районах с высоким потенциалом ветра, такие как оффшорные. Как средняя скорость морского ветра ~90% больше, чем у земли, поэтому шельфовых ресурсов могут способствовать существенно больше энергии, чем земля, дислоцированных турбин.[43] В глобальной ветровой 2014 году, было 706 тераватт-часов, или 3% от общего объема электроэнергии миров.
ГЭС
В 2015 году ГЭС создается 16,6% от миров общего объема электроэнергии и 70% от всех возобновляемых источников электроэнергии. Поскольку вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, даже медленно течет поток воды, или умеренный морской зыби, может дать значительное количество энергии.
Существует много форм энергии воды:
Исторически ГЭС пришли от строительства крупных плотин гидроэлектростанций и водохранилищ, которые до сих пор популярны в странах третьего мира. Крупнейшим из которых является "три ущелья"(2003) в Китае и Плотина Итайпу(1984) построена Бразилией и Парагваем.
Малые ГЭС системы ГЭС установок, которые, как правило, вырабатывать до 50 МВт электроэнергии. Они часто используются на небольших речках или как минимум влияние на развитие крупных рек. Китай является самым крупным производителем гидроэлектроэнергии в мире и имеет более чем 45 000 малых гидроустановок.
Бег-реки гидроэнергетики растения используют кинетическую энергию от рек без создания крупных водохранилищ. Этот стиль поколения могут по-прежнему производят большое количество электроэнергии, таких как вождь Джозеф плотины на реки Колумбия в Соединенных Штатах.
ГЭС производят в 150 странах Азиатско-Тихоокеанского региона, генерирующих 32% мировой гидроэлектроэнергии в 2010 году. Для стран, имеющих наибольшую долю электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в Топ-50 в первую очередь ГЭС. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, с 721 тераватт-часов производства в 2010 году, что составляет около 17% от внутреннего потребления электроэнергии. Существует три гидроэнергетических станций превышает 10 ГВт мощностей: на ГЭС "три ущелья" в Китае, Плотина Итайпу в Бразилии/Парагвайской границы, и Плотина Гури в Венесуэле.
Волна энергии, который захватывает энергию океанских поверхностных волн и приливные электростанции, преобразование энергии приливов, две формы ГЭС с будущим потенциалом, однако они пока еще не широко используется в коммерческих целях. Демонстрационный проект управляется океан возобновляемых источников энергии компании на побережье Мэйна, и подключен к сети, жгуты приливной силы от залива Фанди, месте с самым высоким в мире приливы и отливы. Тепловой энергии океана преобразование, которое использует перепад температур между охладителем глубокие и теплые поверхностные воды, в настоящее время нет экономической целесообразности.
Солнечной энергии
Солнечная энергия, сияющий свет и тепло от солнца, используется, используя ряд постоянно развивающихся технологий, таких как солнечное отопление, фотоэлектрические батареи, концентраторы солнечной энергии (КСЭ), концентратор фотоэлектрических (КНД), солнечной архитектуры и искусственный фотосинтез. Солнечные технологии обширно охарактеризованы либо как пассивное солнечное или активно солнечное в зависимости от способа захвата, преобразования и распределения солнечной энергии. Пассивные солнечные методы включают ориентации здания к Солнцу, выборе материалов с благоприятным тепловой массы или светло-диспергирующими свойствами и проектировании пространства естественно циркуляции воздуха. Активные солнечные технологии охватывают тепловой энергии солнца, используя солнечные коллекторы для отопления и солнечной энергии, преобразовывая солнечный свет в электричество напрямую с помощью фотовольтаики (PV), или косвенно с помощью концентрированной солнечной энергии (КСЭ).
А фотоэлектрическая система преобразует свет в электрическую постоянного тока (постоянного тока) с использованием фотоэффекта. Солнечная превратился в многомиллиардный, быстро развивающейсяиндустрии, продолжает совершенствовать свою экономическую эффективность, и имеет наибольший потенциал любого возобновляемых технологий совместно с СКП.[51][52] Сконцентрированной солнечной энергии (CSP) системы используют линзы или зеркала и системы слежения, чтобы сосредоточить большую площадь солнечного света в маленький пучок. Коммерческих концентрированных солнечных электростанций были впервые разработаны в 1980-х годах. ЦСП-Стирлинг имеет самый высокий КПД среди всех технологий солнечной энергетики.
В 2011 году Международное энергетическое агентство заявил, что "развитие доступной, неисчерпаемой и чистой солнечной энергии технологий будет иметь огромные долгосрочные выгоды. Это увеличение энергетической безопасности, опираясь на коренные, неисчерпаемой и по большей части импорт-независимых ресурсов, повысить устойчивость, уменьшить загрязнение, сократить последствия изменения климата, и сохранить ископаемое топливо цены ниже, чем в противном случае. Эти преимущества являются глобальными. Следовательно, дополнительные расходы из стимулов для скорейшего развертывания следует считать обучение инвестиции; они должны быть разумно потрачены и должны быть широко распространены". Италия имеет самую большую долю солнечной электроэнергии в мире, в 2015 году солнечное поставлено 7,8% от спроса на электроэнергию в Италии. В 2016 году, еще через год бурного роста, солнечной созданный 1.3% мировой власти.
Геотермальная энергия
Высокая температура Геотермальной энергии из тепловой энергии вырабатывается и хранится в земле. Тепловая энергия-это энергия, которая определяет температуру вещества. Земли геотермальная энергия происходит от первоначального формирования нашей планеты и от радиоактивного распада минералов (в настоящее время неопределенным, но, возможно, примерно равны пропорции). На геотермический градиент- разница температур между ядром планеты и ее поверхностью, непрерывно проводит тепловую энергию в виде тепла от ядра к поверхности. Прилагательное геотермальной происходит от греческих корней гео, земля, и термос, означает тепло.
Тепло, которое используется для геотермальной энергетики может быть из глубины Земли, вплоть до ядра Земли – 4000 миль (6400 км) вниз. В ядре, температура может достигать свыше 9000 °F (от 5,000 °с). Тепло ведет от ядра к окружающей породы. Чрезвычайно высокая температура и давление вызывают некоторые рок-расплава, который широко известный как Магма. Эта Магма затем нагревает камень, и вода в земной коре, иногда до 700 °F (от 371 °с).
Из горячие источники, геотермальная энергия использовалась для ванн с Палеолитических времен и для обогрева помещений с древних римских времен, но она сейчас больше известна для производства электроэнергии.[58]
Низкая температура Геотермальных относится к использованию внешней коры земли, как тепловой Аккумулятор для содействия использованию возобновляемых источников тепловой энергии для отопления и охлаждения зданий, и других производство промышленного холодильного и промышленного использования. В этом виде Геотермальная, Геотермальный тепловой насос и земли в сочетании теплообменник используются для перемещения тепловой энергии в землю (для охлаждения) и из земли (для отопления) на разной сезонной основе. Низкая температура Геотермальной (как правило, называют "БНО") приобретает все большее значение в технологии возобновляемых источников энергии, потому что это снижает суммарный годовой энергетический нагрузок, связанных с нагревом и охлаждением, а также выравнивает электрический кривая спроса исключения экстремальных летних и зимних пиковых электроснабжения требованиям. Таким образом, низкая температура Геотермальных/ГТН становится все более национальным приоритетом с несколькими налоговыми кредитной поддержки и фокус, как часть продолжающегося движения к чистой нулевой энергии. В Нью-Йорке есть даже просто принят закон чтобы требовать ГТН в любое время показано, чтобы быть экономичным с 20 лет финансирование, в том числе Обобществленной стоимости угля.
Renewable energy:
Renewable energy is energy that is collected from renewable resources, which are naturally replenished on a human timescale, such as sunlight, wind, rain, tides, waves, and geothermal heat. Renewable energy often provides energy in four important areas: electricity generation, air and water heating/cooling, transportation, and rural (off-grid) energy services.
Based on REN21's 2016 report, renewables contributed 19.2% to humans' global energy consumption and 23.7% to their generation of electricity in 2014 and 2015, respectively. This energy consumption is divided as 8.9% coming from traditional biomass, 4.2% as heat energy (modern biomass, geothermal and solar heat), 3.9% hydro electricity and 2.2% is electricity from wind, solar, geothermal, and biomass. Worldwide investments in renewable technologies amounted to more than US$286 billion in 2015, with countries like China and the United States heavily investing in wind, hydro, solar and biofuels. Globally, there are an estimated 7.7 million jobs associated with the renewable energy industries, with solar photovoltaics being the largest renewable employer. As of 2015 worldwide, more than half of all new electricity capacity installed was renewable.
Renewable energy resources exist over wide geographical areas, in contrast to other energy sources, which are concentrated in a limited number of countries. Rapid deployment of renewable energy and energy efficiency is resulting in significant energy security, climate change mitigation, and economic benefits. The results of a recent review of the literature concluded that as greenhouse gas (GHG) emitters begin to be held liable for damages resulting from GHG emissions resulting in climate change, a high value for liability mitigation would provide powerful incentives for deployment of renewable energy technologies. In international public opinion surveys there is strong support for promoting renewable sources such as solar power and wind power. At the national level, at least 30 nations around the world already have renewable energy contributing more than 20 percent of energy supply. National renewable energy markets are projected to continue to grow strongly in the coming decade and beyond. Some places and at least two countries, Iceland and Norway generate all their electricity using renewable energy already, and many other countries have the set a goal to reach 100% renewable energy in the future. For example, in Denmark the government decided to switch the total energy supply (electricity, mobility and heating/cooling) to 100% renewable energy by 2050.
While many renewable energy projects are large-scale, renewable technologies are also suited to rural and remote areas and developing countries, where energy is often crucial in human development. Former United Nations Secretary-General Ban Ki-moon has said that renewable energy has the ability to lift the poorest nations to new levels of prosperity. As most of renewables provide electricity, renewable energy deployment is often applied in conjunction with further electrification, which has several benefits: Electricity can be converted to heat (where necessary generating higher temperatures than fossil fuels), can be converted into mechanical energy with high efficiency and is clean at the point of consumption. In addition to that electrification with renewable energy is much more efficient and therefore leads to a significant reduction in primary energy requirements, because most renewables don't have a steam cycle with high losses (fossil power plants usually have losses of 40 to 65%).
Renewable energy systems are rapidly becoming more efficient and cheaper. Their share of total energy consumption is increasing. Growth in consumption of coal and oil could end by 2020 due to increased uptake of renewables and natural gas.
Renewable energy resources and significant opportunities for energy efficiency exist over wide geographical areas, in contrast to other energy sources, which are concentrated in a limited number of countries. Rapid deployment of renewable energy and energy efficiency, and technological diversification of energy sources, would result in significant energy security and economic benefits. It would also reduce environmental pollution such as air pollution caused by burning of fossil fuels and improve public health, reduce premature mortalities due to pollution and save associated health costs that amount to several hundred billion dollars annually only in the United States. Renewable energy sources, that derive their energy from the sun, either directly or indirectly, such as hydro and wind, are expected to be capable of supplying humanity energy for almost another 1 billion years, at which point the predicted increase in heat from the sun is expected to make the surface of the earth too hot for liquid water to exist.
Climate change and global warming concerns, coupled with high oil prices, peak oil, and increasing government support, are driving increasing renewable energy legislation, incentives and commercialization. New government spending, regulation and policies helped the industry weather the global financial crisis better than many other sectors. According to a 2011 projection by the International Energy Agency, solar power generators may produce most of the world's electricity within 50 years, reducing the emissions of greenhouse gases that harm the environment.
As of 2011, small solar PV systems provide electricity to a few million households, and micro-hydro configured into mini-grids serves many more. Over 44 million households use biogas made in household-scale digesters for lighting and/or cooking, and more than 166 million households rely on a new generation of more-efficient biomass cookstoves. United Nations' Secretary-General Ban Ki-moon has said that renewable energy has the ability to lift the poorest nations to new levels of prosperity. At the national level, at least 30 nations around the world already have renewable energy contributing more than 20% of energy supply. National renewable energy markets are projected to continue to grow strongly in the coming decade and beyond, and some 120 countries have various policy targets for longer-term shares of renewable energy, including a 20% target of all electricity generated for the European Union by 2020. Some countries have much higher long-term policy targets of up to 100% renewables. Outside Europe, a diverse group of 20 or more other countries target renewable energy shares in the 2020–2030 time frame that range from 10% to 50%.
Renewable energy often displaces conventional fuels in four areas: electricity generation, hot water/space heating, transportation, and rural (off-grid) energy services:
Power generation:
By 2040, renewable energy is projected to equal coal and natural gas electricity generation. Several jurisdictions, including Denmark, Germany, the state of South Australia and some US states have achieved high integration of variable renewables. For example, in 2015 wind power met 42% of electricity demand in Denmark, 23.2% in Portugal and 15.5% in Uruguay. Interconnectors enable countries to balance electricity systems by allowing the import and export of renewable energy. Innovative hybrid systems have emerged between countries and regions.
Heating:
Solar water heating makes an important contribution to renewable heat in many countries, most notably in China, which now has 70% of the global total (180 GWth). Most of these systems are installed on multi-family apartment buildings and meet a portion of the hot water needs of an estimated 50–60 million households in China. Worldwide, total installed solar water heating systems meet a portion of the water heating needs of over 70 million households. The use of biomass for heating continues to grow as well. In Sweden, national use of biomass energy has surpassed that of oil. Direct geothermal for heating is also growing rapidly. The newest addition to Heating is from Geothermal Heat Pumps which provide both heating and cooling, and also flatten the electric demand curve and are thus an increasing national priority (see also Renewable thermal energy).
Prior to the development of coal in the mid 19th century, nearly all energy used was renewable. Almost without a doubt the oldest known use of renewable energy, in the form of traditional biomass to fuel fires, dates from 790,000 years ago. Use of biomass for fire did not become commonplace until many hundreds of thousands of years later, sometime between 200,000 and 400,000 years ago. Probably the second oldest usage of renewable energy is harnessing the wind in order to drive ships over water. This practice can be traced back some 7000 years, to ships in the Persian Gulf and on the Nile. Moving into the time of recorded history, the primary sources of traditional renewable energy were human labor, animal power, water power, wind, in grain crushing windmills, and firewood, a traditional biomass. A graph of energy use in the United States up until 1900 shows oil and natural gas with about the same importance in 1900 as wind and solar played in 2010.
In the 1860s and '70s there were already fears that civilization would run out of fossil fuels and the need was felt for a better source. In 1873 Professor Augustin Mouchot wrote:
The time will arrive when the industry of Europe will cease to find those natural resources, so necessary for it. Petroleum springs and coal mines are not inexhaustible but are rapidly diminishing in many places. Will man, then, return to the power of water and wind? Or will he emigrate where the most powerful source of heat sends its rays to all? History will show what will come.
In 1885, Werner von Siemens, commenting on the discovery of the photovoltaic effect in the solid state, wrote:
In conclusion, I would say that however great the scientific importance of this discovery may be, its practical value will be no less obvious when we reflect that the supply of solar energy is both without limit and without cost, and that it will continue to pour down upon us for countless ages after all the coal deposits of the earth have been exhausted and forgotten.
Max Weber mentioned the end of fossil fuel in the concluding paragraphs of his Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus, published in 1905.
Development of solar engines continued until the outbreak of World War I. The importance of solar energy was recognized in a 1911 Scientific American article: "in the far distant future, natural fuels having been exhausted [solar power] will remain as the only means of existence of the human race".
The theory of peak oil was published in 1956. In the 1970s environmentalists promoted the development of renewable energy both as a replacement for the eventual depletion of oil, as well as for an escape from dependence on oil, and the first electricity generating wind turbines appeared. Solar had long been used for heating and cooling, but solar panels were too costly to build solar farms until 1980.
The IEA 2014 World Energy Outlook projects a growth of renewable energy supply from 1,700 gigawatts in 2014 to 4,550 gigawatts in 2040. Fossil fuels received about $550 billion in subsidies in 2013, compared to $120 billion for all renewable energies.
Wind power
Airflows can be used to run wind turbines. Modern utility-scale wind turbines range from around 600 kW to 5 MW of rated power, although turbines with rated output of 1.5–3 MW have become the most common for commercial use. The largest generator capacity of a single installed onshore wind turbine reached 7.5 MW in 2015. The power available from the wind is a function of the cube of the wind speed, so as wind speed increases, power output increases up to the maximum output for the particular turbine. Areas where winds are stronger and more constant, such as offshore and high altitude sites, are preferred locations for wind farms. Typically full load hours of wind turbines vary between 16 and 57 percent annually, but might be higher in particularly favorable offshore sites.
Wind-generated electricity met nearly 4% of global electricity demand in 2015, with nearly 63 GW of new wind power capacity installed. Wind energy was the leading source of new capacity in Europe, the US and Canada, and the second largest in China. In Denmark, wind energy met more than 40% of its electricity demand while Ireland, Portugal and Spain each met nearly 20%.
Globally, the long-term technical potential of wind energy is believed to be five times total current global energy production, or 40 times current electricity demand, assuming all practical barriers needed were overcome. This would require wind turbines to be installed over large areas, particularly in areas of higher wind resources, such as offshore. As offshore wind speeds average ~90% greater than that of land, so offshore resources can contribute substantially more energy than land stationed turbines. In 2014 global wind generation was 706 terawatt-hours or 3% of the worlds total electricity.
Hydropower
In 2015 hydropower generated 16.6% of the worlds total electricity and 70% of all renewable electricity. Since water is about 800 times denser than air, even a slow flowing stream of water, or moderate sea swell, can yield considerable amounts of energy. There are many forms of water energy:
Historically hydroelectric power came from constructing large hydroelectric dams and reservoirs, which are still popular in third world countries. The largest of which is the Three Gorges Dam(2003) in China and the Itaipu Dam(1984) built by Brazil and Paraguay.
Small hydro systems are hydroelectric power installations that typically produce up to 50 MW of power. They are often used on small rivers or as a low impact development on larger rivers. China is the largest producer of hydroelectricity in the world and has more than 45,000 small hydro installations.
Run-of-the-river hydroelectricity plants derive kinetic energy from rivers without the creation of a large reservoir. This style of generation may still produce a large amount of electricity, such as the Chief Joseph Dam on the Columbia river in the United States.
Hydropower is produced in 150 countries, with the Asia-Pacific region generating 32 percent of global hydropower in 2010. For countries having the largest percentage of electricity from renewables, the top 50 are primarily hydroelectric. China is the largest hydroelectricity producer, with 721 terawatt-hours of production in 2010, representing around 17 percent of domestic electricity use. There are now three hydroelectricity stations larger than 10 GW: the Three Gorges Dam in China, Itaipu Dam across the Brazil/Paraguay border, and Guri Dam in Venezuela.
Wave power, which captures the energy of ocean surface waves, and tidal power, converting the energy of tides, are two forms of hydropower with future potential; however, they are not yet widely employed commercially. A demonstration project operated by the Ocean Renewable Power Company on the coast of Maine, and connected to the grid, harnesses tidal power from the Bay of Fundy, location of world's highest tidal flow. Ocean thermal energy conversion, which uses the temperature difference between cooler deep and warmer surface waters, has currently no economic feasibility.
Solar energy
Solar energy, radiant light and heat from the sun, is harnessed using a range of ever-evolving technologies such as solar heating, photovoltaics, concentrated solar power (CSP), concentrator photovoltaics (CPV), solar architectureand artificial photosynthesis. Solar technologies are broadly characterized as either passive solar or active solar depending on the way they capture, convert and distribute solar energy. Passive solar techniques include orienting a building to the Sun, selecting materials with favorable thermal mass or light dispersing properties, and designing spaces that naturally circulate air. Active solar technologies encompass solar thermal energy, using solar collectors for heating, and solar power, converting sunlight into electricity either directly using photovoltaics (PV), or indirectly using concentrated solar power (CSP).
A photovoltaic system converts light into electrical direct current (DC) by taking advantage of the photoelectric effect. Solar PV has turned into a multi-billion, fast-growing industry, continues to improve its cost-effectiveness, and has the most potential of any renewable technologies together with CSP. Concentrated solar power (CSP) systems use lenses or mirrors and tracking systems to focus a large area of sunlight into a small beam. Commercial concentrated solar power plants were first developed in the 1980s. CSP-Stirling has by far the highest efficiency among all solar energy technologies.
In 2011, the International Energy Agency said that "the development of affordable, inexhaustible and clean solar energy technologies will have huge longer-term benefits. It will increase countries' energy security through reliance on an indigenous, inexhaustible and mostly import-independent resource, enhance sustainability, reduce pollution, lower the costs of mitigating climate change, and keep fossil fuel prices lower than otherwise. These advantages are global. Hence the additional costs of the incentives for early deployment should be considered learning investments; they must be wisely spent and need to be widely shared". Italy has the largest proportion of solar electricity in the world, in 2015 solar supplied 7.8% of electricity demand in Italy. In 2016, after another year of rapid growth, solar generated 1.3% of global power.
Geothermal energy
High Temperature Geothermal energy is from thermal energy generated and stored in the Earth. Thermal energy is the energy that determines the temperature of matter. Earth's geothermal energy originates from the original formation of the planet and from radioactive decay of minerals (in currently uncertain but possibly roughly equal[56] proportions). The geothermal gradient, which is the difference in temperature between the core of the planet and its surface, drives a continuous conduction of thermal energy in the form of heat from the core to the surface. The adjective geothermal originates from the Greek roots geo, meaning earth, and thermos, meaning heat.
The heat that is used for geothermal energy can be from deep within the Earth, all the way down to Earth's core – 4,000 miles (6,400 km) down. At the core, temperatures may reach over 9,000 °F (5,000 °C). Heat conducts from the core to surrounding rock. Extremely high temperature and pressure cause some rock to melt, which is commonly known as magma. Magma convects upward since it is lighter than the solid rock. This magma then heats rock and water in the crust, sometimes up to 700 °F (371 °C).
From hot springs, geothermal energy has been used for bathing since Paleolithic times and for space heating since ancient Roman times, but it is now better known for electricity generation.
Low Temperature Geothermal refers to the use of the outer crust of the earth as a Thermal Battery to facilitate Renewable thermal energy for heating and cooling buildings, and other refrigeration and industrial uses. In this form of Geothermal, a Geothermal Heat Pump and Ground-coupled heat exchanger are used together to move heat energy into the earth (for cooling) and out of the earth (for heating) on a varying seasonal basis. Low temperature Geothermal (generally referred to as "GHP") is an increasingly important renewable technology because it both reduces total annual energy loads associated with heating and cooling, and it also flattens the electric demand curve eliminating the extreme summer and winter peak electric supply requirements. Thus Low Temperature Geothermal/GHP is becoming an increasing national priority with multiple tax credit support and focus as part of the ongoing movement toward Net Zero Energy. New York City has even just passed a law to require GHP anytime is shown to be economical with 20 year financing including the Socialized Cost of Carbon.
References:
1. Ellabban Omar; Abu-Rub Haitham; Blaabjerg Frede. "Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology".(2014)
2. "REN21, Renewables Global Status Report 2012. https://www.webcitation.org/6RkLAe6IO?url=https://ren21.net/Portals/0/documents/activities/gsr/GSR2012_low%20res_FINAL.pdf