Хранение энергии — перспективное технологическое направление
Что делать, когда нефть заканчивается?
Обзор альтернативных источников энергии и взгляд экспертов на рынок
По прогнозам экспертов ассоциации «Глобальная энергия» (в их число входят 20 ученых из различных стран мира), к 2100 году доля нефти и угля в мировом топливно-энергетическом балансе составит 2,1% и 0,9% соответственно, термоядерная энергетика займет десятую часть рынка и более четверти всей мировой электроэнергии будет производиться благодаря солнцу. При этом через 50 лет лидирующие позиции на рынке энергетики отойдут к России (19%), Китаю (18%) и США (17%). К 2100 году первое место перейдет к Китаю, а Россия и США займут вторую и третью строчки рейтинга.
Насколько прогнозы экспертов соотносятся с доступной информацией о современных трендах мировой энергетики и как развиваются новые и перспективные направления энергетического рынка, Rusbase выясняет в этом материале. Предлагаем обзор основных тенденций.
1. Солнечная энергетика
Одним из главных трендов последних лет остается развитие солнечной энергетики. Энергия солнца используется для генерации тепла и электричества как в промышленных, так и в бытовых масштабах. Годовая выработка солнечной электроэнергии в мире выросла с 2,6 ТВт/ч в 2004 году до 301 ТВт/ч в 2016 году, и этот сектор продолжает стремительно набирать обороты. По оценкам экспертов Международного энергетического агентства (IEA), к 2050 году солнечная энергетика сможет обеспечить 20–25% потребностей человечества в электричестве.
|
|
|
Быстрое развитие этой индустрии подталкивает рост конкуренции на мировом рынке возобновляемой энергии и последовавшее за ним падение цен на энергоресурсы. Кроме того, в последние пять лет себестоимость производства солнечной энергии сократилась примерно на 80%.
Значительный вклад в развитие отрасли в последние годы внесли страны Ближнего Востока, сконцентрировавшиеся на строительстве солнечных электростанций. В 2017 году власти Дубая объявили об увеличении еще на 700 МВт мощностей самой крупной в мире сети солнечных электростанций — Солнечного парка имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума. А в апреле 2018 года СМИ сообщили, что правительство Саудовской Аравии намерено построить в своей стране станцию мощностью 200 ГВт, которая будет в 100 раз больше, чем любая из существующих солнечных электростанций в мире. Объем инвестиций в проект составит $200 млрд.
Кроме того, солнечную энергетику в составе энергетического комплекса продолжают активно развивать Китай (суммарная мощность — 52 ГВт), США (12,5 ГВт), Индия (9 ГВт), Япония (5,8 ГВт) и Германия (2,2 ГВт).
Энергия ветра
Другой стремительно развивающейся отраслью мирового ТЭК считается ветроэнергетика. К 2016 году общая установленная мощность всех ветрогенераторов в мире составила 432 ГВт, таким образом превысив аналогичный показатель для атомной энергетики. Но следует отметить, что использованная мощность ветрогенераторов, как правило, в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работают в режиме установленной мощности.
|
|
|
Динамика этой отрасли выглядит следующим образом: если в 2000 году на установленные мощности ветроэнергетики приходилось 31,2 ГВт, то уже к 2013 году эта цифра достигла 318,5 ГВт. При этом ветряки сегодня производят 2,5% всего электричества в мире, а лидирующие позиции на рынке уверенно удерживают Китай, США и Германия.
Энергия ветра имеет особенно большое значение для развития энергетики некоторых стран и регионов. Так, в 2014 году 39% электроэнергии в Дании вырабатывалось с помощью ветрогенераторов. В том же году на ветряные электростанции Германии пришлось 8,6% от всего произведенного в стране электричества. А в декабре 2014 года ветроэнергетика обеспечила 164% электроэнергии для домохозяйств Шотландии. Своеобразный рекорд был установлен осенью 2017 года в Европе: за счет мощных ураганов, которые пронеслись по континенту в октябре прошлого года, ветрогенераторы смогли произвести за сутки четверть всей электроэнергии, необходимой для региона.
|
|
|
Атомная энергетика
Ключевое значение в будущем также должна будет сохранить ядерная энергетика. По данным ассоциации «Глобальная энергия», только на термоядерную энергетику в 2100 году будет приходиться десятая часть мирового энергетического рынка.
Атомные станции относятся к «зеленой» энергетике, поскольку они характеризуются низкими выбросами углерода в атмосферу. АЭС высокопроизводительны, а запасов топлива для их работы может хватить практически на неограниченное время: кроме ископаемого урана, атомные станции могут использовать также отработавшее ядерное топливо.
На сегодняшний день АЭС производят примерно 11% мировой электроэнергии. При этом самое большое количество атомных реакторов расположено в США (около 20% мирового производства) и во Франции, за ними следуют Китай, Россия и другие страны.
4. Биоэнергетика
Борьба за экологию в будущем должна продолжиться также благодаря биоэнергетике. Термином «биоэнергетика» обозначают производство энергии из биотоплива различных видов: щепа, гранулы из древесины и брикеты, а также биогаз, водород и биодизель. Особое значение развитие биоэнергетики получает в контексте решения проблемы утилизации органических отходов и уменьшения загрязнения окружающей среды. При этом наибольшие перспективы для использования биотоплива имеют развитые аграрные регионы, для которых свойственен переизбыток органических отходов.
|
|
|
Объем биотопливного рынка в мире вырос с $15,7 млрд в 2005 году до $97,8 млрд в 2013 году, а главными производителями топлива из растительного и животного сырья на сегодняшний день являются США, Бразилия и страны ЕС.
5. «Интернет энергии» и «умные электросети»
Между тем, эксперты видят будущее энергетики не только в переходе на чистые источники энергии. Изменить подход к организации отрасли должен также рост рынка «умной» энергетики.
Интеллектуальные сети уже сейчас начинают внедрять правительства разных стран. В Европе правила разработки «умных» электросетей определяет «Платформа европейских умных сетей электроснабжения» (Smart Grid European Technology Platform). В России этот подход поддерживает «дорожная карта» EnergyNet.
В основе энергетического рынка нового уклада должны будут лежать интеллектуальные системы и сервисы, построенные на открытой сетевой архитектуре. Это позволит создать новую систему энергообмена между производителями и потребителями энергии. В результате подключаться к сети можно будет так же легко и быстро, как к интернету, свободно обмениваясь ресурсами и услугами из любой точки.
Управление энергосистемой станет более децентрализованным, а покрытие пиков, надежность, качество и доступность энергии будут формироваться не крупными электростанциями, а за счет распределенной генерации и технологий управления нагрузками и накопления энергии. При этом главными решениями для «умной сети» станут малая и микрогенерация, накопители энергии, «переговаривающиеся» друг с другом «умные» устройства, регулирующие нагрузку, электротранспорт и промышленный интернет вещей. Результатом таких трансформаций должна стать значительно более дешевая энергия, имеющая качественно лучшие потребительские свойства.
Хранение энергии — перспективное технологическое направление
С развитием возобновляемой энергетики все большее значение приобретают технологии хранения энергии. Методы накопления электричества в последние годы значительно улучшились, открыв возможности для аккумулирования энергии от разных возобновляемых источников. Причем новые и перспективные решения в развитых странах уже выходят на стадию «предкоммерческого» использования.
Главной особенностью электроэнергетики, отличающей ее от других «физических» отраслей, является невозможность хранения электричества в промышленных масштабах. В каждую единицу времени станции должны производить ровно столько электроэнергии, сколько нужно рынку. Проблема накопления энергии особенно актуальна для ВИЭ-генерации, солнечных и ветряных ферм, выработка которых зависит от природных факторов и поэтому непостоянна и сильно колеблется. Выходом из этой ситуации могут стать новые технологии хранения электроэнергии.
Уже сегодня специалисты говорят о перспективности и большом будущем таких технологий накопления, как сжиженный воздух, расплавленная соль, окислительно-восстановительные проточные батареи, а также более традиционных гидроаккумулирующих электростанций и аккумуляторов, работающих по принципу батарей в ноутбуках и смартфонах.
Довольно давно известно, что для хранения электроэнергии можно использовать сжатый воздух, который закачивается под давлением в специальные резервуары, например, в подземные полости. Но швейцарская компания Alacaes усовершенствовала этот метод, разработав технологию, которая позволяет полости в горных породах заполнять воздухом, охлажденным до жидкого состояния. В результате должна значительно увеличиться энергоемкость и эффективность хранения электроэнергии.
Перспективные технологии хранения энергии испытывают также в лаборатории Alphabet X. Сейчас сотрудники компании изучают возможности использования расплавов солей и антифриза. Такая технология, по расчетам исследователей, позволит дольше хранить излишки энергии, полученной от солнца и ветра.
Перспективные направления в энергетики: мнения экспертов
К перспективным направлениям мировой энергетики можно отнести развитие аккумуляторов и водородных топливных элементов для электромобилей, а также накопителей, использующихся в электроэнергетике. Важную роль в будущем будут играть технологии, повышающие энергоэффективность компаний. Здесь можно отдельно выделить набирающие оборот технологии цифровизации: от «умных» домов до «интеллектуальных» месторождений.
Екатерина Грушевенко
Эксперт Центра энергетики МШУ Сколково
В ближайшие 20 лет доля альтернативных энергоносителей в мировом энергобалансе будет расти, однако господство все же останется за углеводородами. Но для энергетического баланса это и хорошо — безоговорочная победа одного или двух энергоносителей приведет к манипуляции рынком и снижению конкуренции. Таким образом рост неуглеродной энергетики будет способствовать диверсификации энергобаланса и повышению уровня рыночной конкуренции.
Юрий Мельников
Старший аналитик по электроэнергетике Центра энергетики МШУ Сколково
Мы живем в беспрецедентную эпоху «энергетического перехода» (Energy Transition), эпоху трех «Д»:
• децентрализация — приближение центров производства энергии к конечному потребителю и их разукрупнение;
• диджитализация — повсеместное проникновение в энергетику постоянно дешевеющих цифровых технологий;
• декарбонизация — стремление предотвратить глобальное изменение климата за счет перехода на безуглеродную генерацию — возобновляемые источники энергии и атомную энергетику.
Энергетический переход уже сейчас приводит к революционным изменениям в бизнесе крупнейших мировых энергокомпаний и определяет их долгосрочные стратегии. В то же время, во всех странах он будет развиваться по-разному, «старая» и «новая» энергетика будут сосуществовать еще десятилетия. Окончательной победы ВИЭ не будет, да и вряд ли она нужна — каждый из энергоресурсов имеет свою нишу.
Технологиям возобновляемой энергетики для прорыва потребуется продолжение тренда удешевления, а еще в большей степени — распространение эффективных технологий хранения энергии. Сейчас на это место претендуют электрохимические аккумуляторы и водородные технологии.
Традиционная энергетика, например, газовая или угольная генерация, будет вынуждена перестроиться. В первую очередь изменения коснутся роста эффективности и экологичности этого сектора и его способности работать совместно с возобновляемыми источниками энергии, компенсируя нестабильность их выработки.
Данила Шапошников
Партнер North Energy Ventures
Борьба между традиционной и альтернативной энергетикой (а также их взаимное сотрудничество) в обозримом будущем будет продолжаться. В этой связи хорошим примером является электроэнергетическая отрасль.
В каждую единицу времени в электроэнергетике производится ровно столько энергии, сколько нужно потребителю. Эта особенность отрасли определяет специфические требования рынка к обеспечению потребителей электроэнергией: необходимо либо создавать дорогие резервные генерирующие мощности, либо строить сложные географически распределенные энергосистемы.
Портфель источников энергии должен соответствовать не только требованиям экономической оптимальности, но и обеспечивать то самое равенство в любой момент времени объема производства объему потребления. Нельзя иметь в энергосистеме только атомные электростанции (они не умеют быстро сбрасывать или набирать нагрузку) или только возобновляемые источники энергии (солнце и ветер непостоянны). Поэтому нужно сохранять значительную долю традиционной генерации на ископаемых ресурсах, например, на газе. Этот сектор сможет обеспечить и надежность, и маневренность энергосистемы, чтобы удерживать для нее необходимый резерв.
Остается актуальным также вопрос экономики. Коэффициент использования установленной мощности ветряной генерации составляет 22%, солнечной — 15%. А это значит, для того, чтобы заменить 1 ГВт электроэнергии, произведенной на АЭС, нужно построить 6 ГВт для ВИЭ.
Развитие технологий хранения электроэнергии в значительных объемах может изменить ландшафт индустрии в будущем. Но пока, наоборот, мы видим сокращение объемов венчурных инвестиций в возобновляемую энергетику. Сектор ВИЭ сегодня растет в основном за счет рынка Китая. При этом компании США, Японии и ЕС продолжают сокращать инвестиции в возобновляемые источники. К слову, в Штатах, активно пропагандирующих ВИЭ, основное внимание сейчас уделяется расширению рынка газовой генерации, а возобновляемая энергетика пока так и остается субсидируемой отраслью.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 39; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!