Tools

Site ExplorerSite Explorer
Close site explorer

Энергетика будущего в поисках инноваций

21 августа 2017 г.

Распределенное производство энергии и цифровизация являются важными этапами на пути отказа от ископаемого топлива. Для поддержания бесперебойной работы декарбонизированной энергосистемы будущего нужен значительный скачок в развитии технологий. Многие из необходимых решений уже разработаны или находятся в процессе разработки.

В энергосистемах всего мира происходят изменения, о чем наглядно свидетельствует увеличение доли энергии из возобновляемых источников. Согласно данным «Глобального отчета о состоянии сектора возобновляемой энергетики 2016», в 2015 году ввод в эксплуатацию производственных мощностей на возобновляемых источниках энергии достиг рекордных 147 гигаватт (ГВт). Это означает, что установленная мощность глобального сектора возобновляемой энергетики составила 1 900 ГВт. Ежегодно наблюдается позитивная динамика развития сектора. Международное энергетическое агентство ожидает, что к 2021 году он вырастет до 825 ГВт.

Спрос на электроэнергию претерпевает существенные изменения. Развивающиеся экономики стимулируют дальнейший рост глобального энергопотребления. В ежегодном докладе «Обзор мировой энергетики 2016» прогнозируется увеличение энергопотребления с 2012 по 2040 год на 48%. Сегодня в мире 1,2 млрд людей по-прежнему не имеет доступа к электроэнергии. Кроме необходимости обеспечить энергией все население земли, мощными триггерами роста энергопотребления являются цифровизация и электрификация новых секторов экономики, в частности транспорта.

На электроэнергию из возобновляемых источников в месте ее производства, как правило, нет спроса. Для транспортировки энергии используются системы постоянного тока высокого напряжения, которые при передаче на большие расстояния являются более эффективным решением по сравнению с линиями переменного тока.

1,2 млрд людей в мире не имеют доступа к электричеству

Возобновляемая энергетика: доля растет, цена падает

Параллельно с увеличением доли возобновляемой электроэнергии снижается себестоимость ее производства. Согласно информации Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), опубликованной в 2016 году, стоимость фотоэлектрической и ветровой электроэнергии снизилась по сравнению с 2009 примерно на 80%; к 2025 году стоимость может упасть еще на 60%. Сегодня ценовой «рекорд» составляет 2,4 цента за киловатт-час фотоэлектрической (PV) энергии. Зеленая энергия становится конкурентоспособной. Хранить электроэнергию также стало значительно дешевле. Расходы на хранение с 2010 по 2015 год снизились более чем на 60% и составили менее $350 за киловатт-час.

Снижение цен на электроэнергию вызвано сокращением затрат на производство фотоэлектрических модулей и ветровых турбин. Согласно данным IRENA, по сравнению с показателями 2009 года цены упали на 80%. Другим фактором позитивной динамики снижения стоимости является рост эффективности, обусловленный стремительным развитием технологий. В 1980 году ветровая турбина генерировала 30 киловатт; сегодня наиболее мощные системы вырабатывают 8 мегаватт. За 27 лет мощность выросла более чем в 250 раз, а диаметры ротора турбин увеличились более чем в 10 раз.

Несмотря на серьезный рост сектора возобновляемой энергетики, глобальная энергосистема еще далека от устойчивости. Причины – растущий дефицит ресурсов, частые перебои в энергоснабжении, а также изменение климата. Реализация масштабных энергетических планов должна изменить ситуацию, прежде всего, за счет внедрения распределенного производства энергии и цифровизации. Конечная цель – полный отказ от ископаемых видов топлива.

К середине 2018 года объем производства электроэнергии в Египте возрастет на 45%. Для этого будут построены три крупных электростанции с 8-ю газовыми турбинами в каждой. Одновременно запланировано сооружение нескольких ветропарков с суммарной выходной мощностью в 2 гигаватта.

На пути к устойчивому развитию

Всемирно известный аналитический центр Global Footprint Network, изучающий проблематику ограниченности мировых ресурсов, не устает напоминать о том, что человечество сегодня потребляет на 50% больше ресурсов, чем может обеспечить Земля. В то же время, высокий уровень выбросов CO2 приводит к медленному, но неуклонному росту температуры на планете

Решить эти проблемы можно только путем основательной перестройки экономической и энергетической систем, которые должны стать более устойчивыми. С одной стороны, этот процесс предполагает интенсивное повторное использование сырья, вторичную переработку и циркулярную экономику, а с другой – значительное увеличение доли возобновляемой энергетики. В то же время необходимо существенно повысить эффективность процессов производства и потребления электроэнергии.

Германия первой в мире поставила перед собой амбициозную цель – полностью перейти на устойчивое энергоснабжение. Следуя ее примеру, многие страны также признали необходимость разработки собственных мер противодействия изменению климата и нехватке ресурсов. Они также согласились с тем, что решить эти проблемы поможет создание системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии при условии обеспечения безотказной работы этой системы.

Еще одним толчком для старта новой электрической эпохи стал саммит G7, прошедший в 2015 году в городке Эльмау на юге Германии. Здесь была сформулирована четкая цель: к 2100 году – отказ от ископаемого топлива, использование электроэнергии в качестве универсального энергоносителя и, следовательно, полная декарбонизация. И, наконец, на климатической конференции ООН в Париже в декабре 2015 года в качестве преемника Киотского протокола было принято новое соглашение о защите климата.

Реализация всех этих планов предусматривает качественный скачок в развитии технологий и масштабное внедрение инновационных разработок на предприятиях энергетической отрасли. Это касается многих направлений, в том числе энергоэффективности, передачи, производства и хранения электроэнергии. Образно говоря, необходимо заново изобрести технологическое «колесо». Сегодня многие решения уже существуют или находятся в процессе разработки.

С увеличением объема поступающего в сети флуктуирующего тока из возобновляемых источников будут возрастать требования и к гибкости энергосетей. Эту проблему можно решить только путем использования эффективных методов хранения энергии, таких как электролиз водорода.

1 900 гигаватт – суммарная мощность всех глобальных систем возобновляемой энергетики

Переходные технологии

В процессе перехода к возобновляемой энергетике не обойтись без использования современных парогазовых электростанций (ПГЭС). При этом они должны работать максимально гибко и с минимальным уровнем выбросов СО2. ПГЭС комбинированного цикла пользуются спросом во многих странах и регионах. Например, в Южной Корее, где Siemens уже запустил в эксплуатацию восемь газовых турбин H-класса, а семь других находятся в процессе монтажа. Масштабный заказ поступил из Египта: здесь будут построены 3 крупные электростанции, каждая – на 8 газовых турбин суммарной мощностью 4,8 гигаватт. Это поможет сократить дефицит электроэнергии и минимизировать выбросы СО2. К середине 2018 года электростанции поэтапно выйдут на суммарную установленную мощность в 14,4 ГВт. В результате выработка электроэнергии в Египте увеличится на 45%. Египетский мегапроект доказывает, что процессы производства энергии из ископаемых видов топлива и возобновляемых источников энергии ни в коей мере не мешают, а, наоборот, органично дополняют друг друга. Помимо трех газовых электростанций в Египте планируется сооружение нескольких ветропарков суммарной мощностью 2 гигаватта.

Все зависит от правильного баланса и продуманности системы. Прежде всего, возобновляемая энергия должна стать финансово доступной. Чтобы сбалансировать спрос и предложение, необходимо электрифицировать автобаны и построить интеллектуальные сети. Важным элементом является также разработка хранилищ электроэнергии. С увеличением объема поступающего в сети флуктуирующего тока от возобновляемых источников будут возрастать требования и к гибкости сетей. Эту проблему можно решить только путем внедрения эффективных технологий и методов хранения. Особую важность приобретает и долгосрочное хранение. Для этих целей используется, например, метод электролиза водорода, позволяющий преобразовать электричество в другие хорошо сохраняемые формы энергии, например, водород или химические вещества, такие как аммиак или метанол.

Кроме того, необходимо значительно повысить эффективность использования электроэнергии в зданиях, в транспортной системе и в промышленности. Все эти сектора представляют интерес для Siemens. Концерн проводит разработки во всех указанных направлениях и уже располагает специальным «экологическим портфолио» различных энергоэффективных решений и экологически чистых технологий. В 2016 финансовом году эти разработки позволили Siemens получить суммарный оборот в 36 млрд евро, а клиентам концерна – суммарно снизить объем выбросов углекислого газа на 521 млн тонн.

Внедрение соответствующих решений и процедур в собственную операционную деятельность – осознанный выбор Siemens. Концерн поставил перед собой амбициозную цель к 2020 году вдвое сократить свой углеродный «след», составляющий 2,2 млн тонн в год (по состоянию на 2014 год), а в долгосрочной перспективе, к 2030 году, стать CO2-нейтральной компанией.

Alternative text
Транспортной отрасли, независимо от сектора, необходимо увеличить эффективность использования электроэнергии. Электрифицированная автотрасса EHighway от Siemens позволяет сделать процесс перевозки грузов автотранспортом более устойчивым.

Исследования в области декарбонизации

Проводить декарбонизацию внутри такой компании, как Siemens, – это одно, а вот внедрять ее в практику в глобальном масштабе – это нечто совсем иное. Решающим фактором здесь выступает широкое использование возобновляемой энергии. «Одного только широкого использования и снижения стоимости возобновляемой энергии недостаточно для достижения полной декарбонизации – объясняет Армин Шнеттлер, руководитель исследовательского центра в сфере энергетики и электроники подразделения корпоративных технологий Siemens. (Читайте также интервью Армина Шнеттлера на странице 12.) – Для того чтобы к 2100 году полностью отказаться от ископаемого топлива, необходимо провести масштабные исследования. Для наших энергетических систем переход к декарбонизации означает настоящую революцию». Чтобы ее осуществить, критично важно получить исчерпывающее представление обо всей системе в целом. Только тот, кто в полной мере осознает, что разрозненные энергетические системы электроснабжения, отопления и охлаждения, газоснабжения и транспорта все больше срастаются между собой, и заранее внедряет необходимые технологии, готов вступить в энергетический мир будущего.

Подразделение корпоративных технологий Siemens фокусируется на самых разных технологиях: от компактных и мощных преобразователей, эффективных систем постоянного тока и гибких систем краткосрочного/долгосрочного хранения энергии до цифровых моделей-двойников энергетических систем и даже рынков. Электрификация – неотъемлемое условие развития любой отрасли. «Завершение эпохи ископаемого топлива и вызовы в сфере энергоэффективности стимулируют внедрение электрификации во всех сегментах бизнеса», – считает Шнеттлер. В равной степени это касается химической промышленности, транспорта, а также энергетического сектора. Именно электрификация определяет выбор первоочередных научно-исследовательских проектов. Так, специалисты Siemens изучаю потенциал химических методов хранения энергии и обратный процесс ее получения в результате синтеза аммиака – легко сохраняемого и экологически чистого энергоносителя, – а в рамках проекта eAircraft разрабатывают электрические авиационные двигатели. Инвестируя миллионы евро, Siemens финансирует совершенно новые рынки, – именно здесь определяется будущее декарбонизации.