Tools

Site ExplorerSite Explorer
Close site explorer

Енергетика майбутнього у пошуках інновацій

21 серпня 2017 р.

Розподілене виробництво енергії і дігіталізація є важливими етапами на шляху відмови від викопного палива. Для підтримки безперебійної роботи декарбонізованої енергосистеми майбутнього потрібен значний стрибок у розвитку технологій. Багато з необхідних рішень вже розроблені або знаходяться у процесі розробки.

В енергосистемах усього світу відбуваються зміни, про що наочно свідчить збільшення частки енергії з відновлюваних джерел. Згідно з даними «Глобального звіту про стан сектора відновлюваної енергетики 2016», в 2015 році введення в експлуатацію виробничих потужностей на відновлюваних джерелах енергії досяг рекордних 147 гігават (ГВт). Це означає, що встановлена потужність глобального сектора відновлюваної енергетики склала 1 900 ГВт. Щорічно спостерігається позитивна динаміка розвитку сектора. Міжнародне енергетичне агентство очікує, що до 2021 року він зросте ще на 825 ГВт.

Попит на електроенергію зазнає суттєвих змін. Економіки, що розвиваються стимулюють подальше зростання глобального енергоспоживання. У щорічній доповіді «Огляд світової енергетики 2016» прогнозується збільшення енергоспоживання з 2012 по 2040 рік на 48%. Сьогодні у світі 1,2 млрд людей як і раніше не мають доступу до електроенергії. Крім необхідності забезпечити енергією все людство, потужними тригерами зростання енергоспоживання є дігіталізація та електрифікація нових секторів економіки, зокрема транспорту.

На електроенергію з відновлюваних джерел в місці її виробництва, як правило, немає попиту. Для транспортування енергії використовуються системи постійного струму високої напруги, які при передачі на великі відстані є більш ефективним рішенням в порівнянні з лініями змінного струму.

1,2 млрд людей у світі не мають доступу до електрики

Відновлювана енергетика: частка зростає, ціна падає

Паралельно зі збільшенням частки відновлюваної електроенергії знижується собівартість її виробництва. Згідно з інформацією Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії (IRENA), опублікованій в 2016 році, вартість  вітрової електроенергії знизилася у порівнянні з 2009 приблизно на 80%; до 2025 року вартість може впасти ще на 60%. Сьогодні ціновий «рекорд» становить 2,4 цента за кіловат-годину фотоелектричної (PV) енергії. Зелена енергія стає конкурентоспроможною. Зберігати електроенергію також стало значно дешевше. Витрати на зберігання з 2010 по 2015 рік знизилися більш ніж на 60% і склали менше $ 350 за кіловат-годину.

Зниження цін на електроенергію викликано скороченням витрат на виробництво фотоелектричних модулів і вітрових турбін. Згідно з даними IRENA, в порівнянні з показниками 2009 року ціни впали на 80%. Іншим фактором позитивної динаміки зниження вартості є зростання ефективності, обумовленої стрімким розвитком технологій. У 1980 році вітрова турбіна генерувала 30 кіловат; сьогодні найбільш потужні системи виробляють 8 мегават. За 27 років потужність зросла більш ніж в 250 разів, а діаметр ротора турбін збільшилися більш ніж в 10 разів.

Незважаючи на серйозне зростання сектора відновлюваної енергетики, глобальна енергосистема ще далека від стійкості. Причини - зростаючий дефіцит ресурсів, часті перебої в енергопостачанні, а також зміна клімату. Реалізація масштабних енергетичних планів повинна змінити ситуацію, перш за все, за рахунок впровадження розподіленого виробництва енергії і дігіталізації. Кінцева мета - повна відмова від викопних видів палива.

До середини 2018 року обсяг виробництва електричної енергії в Єгипті зросте на 45%. Для цього будуть побудовані три великих електростанції з 8-ма газовими турбінами на кожній. Одночасно заплановано спорудження кількох вітропарків з сумарною вихідною потужністю в 2 ГВт.

На шляху до сталого розвитку

Всесвітньо відомий аналітичний центр Global Footprint Network, що вивчає проблематику обмеженості світових ресурсів, не втомлюється нагадувати про те, що людство сьогодні споживає на 50% більше ресурсів, ніж може забезпечити Земля. У той же час, високий рівень викидів CO2 призводить до повільного, але неухильного зростання температури на планеті.

Вирішити ці проблеми можна тільки шляхом грунтовної перебудови економічної і енергетичної системи, яка повинна стати більш стійкою. З одного боку, цей процес передбачає інтенсивне повторне використання сировини, вторинну переробку і циркулярну економіку, а з іншого - значне збільшення частки відновлюваної енергетики. У той же час необхідно істотно підвищити ефективність процесів виробництва і споживання електроенергії.

Німеччина першою в світі поставила перед собою амбітну мету - повністю перейти на стійке енергопостачання. Багато країн також визнали необхідність розробки власних заходів протидії зміні клімату та нестачі ресурсів. Вони також погодилися з тим, що вирішити ці проблеми допоможе створення системи енергопостачання на основі відновлюваних джерел енергії за умови забезпечення безвідмовної роботи цієї системи.

Ще одним поштовхом для старту нової електричної епохи став саміт G7, що пройшов в 2015 році в містечку Ельмау на півдні Німеччини. Тут була сформульована чітка мета: до 2100 року - відмова від викопного палива, використання електроенергії в якості універсального енергоносія і, отже, повна декарбонізація. І, нарешті, на кліматичній конференції ООН в Парижі в грудні 2015 року було прийнято нову угоду про захист клімату.

Реалізація всіх цих планів передбачає якісний стрибок у розвитку технологій і масштабне впровадження інноваційних розробок на підприємствах енергетичної галузі. Це стосується багатьох напрямків, в тому числі енергоефективності, передачі, виробництва і зберігання електроенергії. Образно кажучи, необхідно заново винайти технологічне «колесо». Сьогодні багато рішень вже існують або знаходяться у процесі розробки.

Зі збільшенням обсягу змінного струму з поновлюваних джерел зростатимуть і вимоги і до гнучкості енергомереж. Цю проблему можна вирішити тільки шляхом використання ефективних методів зберігання енергії, таких як електроліз водню.

1 900 ГВт - сумарна потужність всіх глобальних систем відновлюваної енергетики

Перехідні технології

У процесі переходу до відновлюваної енергетики не обійтися без використання сучасних парогазових електростанцій (ПГЕС). При цьому вони повинні працювати максимально гнучко і з мінімальним рівнем викидів СО2. ПГЕС комбінованого циклу користуються попитом у багатьох країнах і регіонах. Наприклад, в Південній Кореї, де Siemens вже запустив в експлуатацію вісім газових турбін H-класу, а сім інших знаходяться в процесі монтажу. Масштабне замовлення надійшло з Єгипту: тут будуть побудовані 3 великі електростанції, кожна - на 8 газових турбін сумарною потужністю 4,8 гігават. Це допоможе скоротити дефіцит електроенергії та мінімізувати викиди СО2. До середини 2018 року електростанції поетапно вийдуть на сумарну встановлену потужність в 14,4 ГВт. В результаті вироблення електроенергії в Єгипті збільшиться на 45%. Єгипетський мегапроект доводить, що процеси виробництва енергії з викопних видів палива та відновлюваних джерел енергії ні в якій мірі не заважають, а, навпаки, органічно доповнюють один одного. Крім трьох газових електростанцій в Єгипті планується спорудження кількох вітропарків сумарною потужністю 2 ГВт.

Все залежить від правильного балансу і продуманості системи. Перш за все, відновлювальна енергія повинна стати фінансово доступною. Щоб збалансувати попит і пропозицію, необхідно електрифікувати автобани і побудувати інтелектуальні мережі. Важливим елементом є також розробка сховищ електроенергії. Цю проблему можна вирішити тільки шляхом впровадження ефективних технологій і методів зберігання. Особливого значення набуває і довгострокове зберігання. Для цих цілей використовується, наприклад, метод електролізу водню, що дозволяє перетворити електрику в інші форми енергії, наприклад, водень або хімічні речовини, такі як аміак або метанол.

Крім того, необхідно значно підвищити ефективність використання електроенергії в будівлях, в транспортній системі та в промисловості. Всі ці сектора становлять інтерес для Siemens. Концерн проводить розробки у всіх зазначених напрямках і вже має в своєму розпорядженні спеціальне «екологічне портфоліо» різних енергоефективних рішень і екологічно чистих технологій. З 2016 фінансового роцку ці розробки дозволили Siemens отримати сумарний оборот в 36 млрд євро, а клієнтам концерну - сумарно знизити обсяг викидів вуглекислого газу на 521 млн тонн.

Впровадження відповідних рішень і процедур у власну операційну діяльність - усвідомлений вибір Siemens. Концерн поставив перед собою амбітну мету до 2020 року вдвічі скоротити свій вуглецевий «слід», що становить 2,2 млн тонн на рік (станом на 2014 рік), а в довгостроковій перспективі, до 2030 року, стати CO2-нейтральної компанією.

Alternative text
Транспортній галузі, незалежно від сектора, необхідно збільшити ефективність використання електроенергії. Електрифікована автотраса EHighway від Siemens дозволяє зробити процес перевезення вантажів автотранспортом більш стійким.

Дослідження в області декарбонізації

Вирішальним фактором у процесі декарбонізації виступає широке використання відновлюваної енергії. «Одного тільки широкого використання і зниження вартості відновлюваної енергії недостатньо для досягнення повної декарбонізації - пояснює Армін Шнеттлер, керівник дослідницького центру в сфері енергетики та електроніки підрозділу корпоративних технологій Siemens. - Для того щоб до 2100 року повністю відмовитися від викопного палива, необхідно провести масштабні дослідження. Для наших енергетичних систем перехід до декарбонізації означає справжню революцію». Щоб її здійснити, критично важливо отримати вичерпне уявлення про всю систему в цілому. Тільки той, хто в повній мірі усвідомлює, що розрізнені енергетичні системи електропостачання, опалення та охолодження, газопостачання та транспорту все більше зростаються між собою, і заздалегідь впроваджує необхідні технології, готовий вступити в енергетичний світ майбутнього.

Підрозділ корпоративних технологій Siemens фокусується на різних технологіях: від компактних і потужних перетворювачів, ефективних систем постійного струму і гнучких систем короткострокового / довгострокового зберігання енергії до цифрових моделей-двійників енергетичних систем і навіть ринків. Електрифікація - невід'ємна умова розвитку будь-якої галузі. «Завершення епохи викопного палива і виклики в сфері енергоефективності стимулюють впровадження електрифікації в усіх сегментах бізнесу», - вважає Шнеттлер. В рівній мірі це стосується хімічної промисловості, транспорту, а також енергетичного сектора. Саме електрифікація визначає вибір першочергових науково-дослідних проектів. Так, фахівці Siemens вивчають потенціал хімічних методів зберігання енергії і зворотний процес її отримання в результаті синтезу аміаку, а в рамках проекту eAircraft розробляють електричні авіаційні двигуни. Інвестуючи мільйони євро, Siemens фінансує абсолютно нові ринки, - саме тут визначається майбутнє декарбонізації.