Что является основным источником энергии в промышленности. Солнечная энергия как ключевой источник энергии будущего: перспективы и проблемы развития

Какова роль солнечной энергии в мировом энергобалансе. Каковы основные преимущества и недостатки солнечной энергетики. Какие технологические прорывы ожидаются в солнечной энергетике в ближайшие десятилетия. Как развитие солнечной энергетики повлияет на традиционную энергетику.

Солнце как главный источник энергии на Земле

Солнце является основным и практически неисчерпаемым источником энергии для нашей планеты. Ежегодно Земля получает от Солнца около 1,5 квинтиллиона (1,5 x 10^18) киловатт-часов энергии. Это примерно в 10 000 раз превышает общемировое потребление энергии за год. Солнечная энергия лежит в основе большинства других возобновляемых источников энергии:

• Энергия ветра возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Земли солнечными лучами
• Гидроэнергия основана на круговороте воды в природе, который приводится в движение солнечным теплом
• Биомасса растет и накапливает энергию благодаря фотосинтезу
• Даже ископаемые виды топлива образовались из остатков древних растений и животных, получавших энергию от Солнца

Таким образом, прямое или косвенное использование солнечной энергии является ключом к созданию устойчивой энергетической системы будущего. Как же человечество может наиболее эффективно использовать этот колоссальный энергетический потенциал?

Современные способы использования солнечной энергии

На сегодняшний день существует два основных способа преобразования солнечной энергии:

1. Фотоэлектрическое преобразование с помощью солнечных панелей
2. Термальное преобразование в концентрированных солнечных электростанциях

Фотоэлектрические системы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество с помощью полупроводниковых материалов. Этот способ наиболее распространен и используется как в малых масштабах (например, на крышах домов), так и в крупных солнечных электростанциях.

Концентрированные солнечные электростанции используют зеркала или линзы для фокусировки солнечных лучей на небольшой области. Полученное тепло используется для нагрева жидкости и получения пара, который вращает турбину и генератор. Такие системы обычно строятся в промышленных масштабах.

Какой из этих способов наиболее эффективен? На данный момент фотоэлектрические системы имеют ряд преимуществ: они проще в установке и обслуживании, более гибкие в применении. Однако концентрированные солнечные электростанции могут работать и после захода солнца, используя накопленное тепло.

Преимущества солнечной энергетики

Солнечная энергетика имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными источниками энергии:

• Экологичность: при работе солнечных электростанций не выделяются парниковые газы и другие загрязняющие вещества
• Возобновляемость: солнечная энергия практически неисчерпаема в обозримом будущем
• Доступность: солнечный свет доступен практически в любой точке планеты
• Низкие эксплуатационные расходы: после установки солнечные панели требуют минимального обслуживания
• Энергетическая независимость: солнечные системы могут работать автономно, что особенно важно для отдаленных районов

Благодаря этим преимуществам солнечная энергетика становится все более конкурентоспособной. Но как быстро она сможет заменить традиционные источники энергии?

Темпы роста и перспективы солнечной энергетики

Солнечная энергетика является одной из наиболее быстрорастущих отраслей в мире. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2020 году прирост мощностей солнечной энергетики составил 139 ГВт, что на 18% больше, чем в 2019 году. К 2026 году МЭА прогнозирует, что ежегодный прирост достигнет 162 ГВт.

Какую долю в мировом энергобалансе займет солнечная энергия в будущем? По прогнозам МЭА, к 2050 году солнечная энергетика может обеспечивать до 27% мирового производства электроэнергии, став крупнейшим источником. Однако для достижения этой цели потребуются значительные инвестиции и технологические прорывы.

Технологические инновации в солнечной энергетике

Какие инновации могут ускорить развитие солнечной энергетики? Вот некоторые перспективные направления:

• Повышение эффективности солнечных элементов: современные коммерческие панели имеют КПД около 20%, но в лабораториях уже достигнута эффективность более 40%
• Новые материалы: перовскитные солнечные элементы обещают сочетание высокой эффективности и низкой стоимости
• Улучшенные системы хранения энергии: развитие аккумуляторных технологий позволит решить проблему непостоянства солнечной генерации
• Интеграция в здания и инфраструктуру: солнечные элементы могут встраиваться в окна, крыши и даже дороги
• Космические солнечные электростанции: сбор солнечной энергии на орбите и передача ее на Землю

Реализация этих инноваций может сделать солнечную энергию доминирующим источником энергии в будущем. Но какие препятствия стоят на этом пути?

Проблемы и ограничения солнечной энергетики

Несмотря на быстрый рост и технологический прогресс, солнечная энергетика сталкивается с рядом проблем:

• Зависимость от погодных условий и времени суток: солнечные панели неэффективны ночью и при облачности
• Необходимость больших площадей: для генерации значительных объемов энергии требуются обширные территории
• Хранение энергии: аккумуляторные технологии пока недостаточно развиты для масштабного хранения энергии
• Утилизация: по окончании срока службы солнечные панели требуют правильной утилизации
• Начальные инвестиции: несмотря на снижение цен, установка солнечных систем все еще требует значительных вложений

Как можно преодолеть эти ограничения? Многие эксперты считают, что ключом к успеху является комплексный подход: сочетание солнечной энергетики с другими возобновляемыми источниками, развитие технологий хранения энергии и создание «умных» энергосетей.

Влияние развития солнечной энергетики на мировую экономику

Рост солнечной энергетики оказывает значительное влияние на мировую экономику и рынок труда. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), в 2019 году в солнечной энергетике по всему миру было занято около 3,8 миллиона человек. К 2050 году это число может вырасти до 18 миллионов.

Как развитие солнечной энергетики влияет на традиционные отрасли? С одной стороны, оно создает конкуренцию для ископаемых видов топлива, что может привести к сокращению рабочих мест в этих секторах. С другой стороны, переход к возобновляемым источникам энергии создает новые возможности для экономического роста и инноваций.

Какие страны лидируют в развитии солнечной энергетики? На данный момент крупнейшими производителями солнечной энергии являются Китай, США, Япония, Германия и Индия. Однако многие развивающиеся страны также активно инвестируют в солнечную энергетику, видя в ней путь к устойчивому развитию и энергетической независимости.

Будущее солнечной энергетики: прогнозы и сценарии

Каким может быть будущее солнечной энергетики? Эксперты предлагают различные сценарии:

1. Базовый сценарий: солнечная энергетика продолжит расти, но останется одним из нескольких важных источников энергии наряду с ветровой, гидро- и атомной энергетикой
2. Оптимистичный сценарий: технологические прорывы приведут к резкому снижению стоимости солнечной энергии, сделав ее доминирующим источником
3. Сценарий интеграции: солнечная энергия станет частью комплексных энергетических систем, включающих различные источники и технологии хранения

Какой из этих сценариев наиболее вероятен? Ответ на этот вопрос зависит от множества факторов, включая технологические инновации, государственную политику и изменения на глобальном энергетическом рынке.

Независимо от конкретного сценария, большинство экспертов сходятся во мнении, что роль солнечной энергетики в мировом энергобалансе будет продолжать расти. Солнечная энергия, являясь чистым, возобновляемым и все более доступным источником, имеет потенциал стать ключевым элементом устойчивой энергетической системы будущего.

«Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле»: Интервью ко Всемирному дню Солнца

Ежегодно в начале мая отмечается Международный день Солнца. Решение о создании этого праздника было принято в 1994 году Европейским отделением Международного общества солнечной энергии (МОСЭ) с целью привлечения внимания общества к возможностям использования возобновляемых источников энергии. На Энергетическом факультете Политехнического института Южно-Уральского государственного университета изучают всю технологическую цепочку энергетической индустрии: производство, передачу, распределение, регулирование и потребление электрической и тепловой энергии. Особое внимание на факультете уделяется развитию новейших электротехнологий, которые включают в себя водородную энергетику, лазерные технологии, электросварочное производство, электрометаллургию, электролизное производство. В этом году кафедра Теоретических основ электротехники готовит первый выпуск бакалавров по этому профилю подготовки. На факультете утверждена и реализуется стратегия развития «Распределенная цифровая энергетика и интеллектуальный электропривод». В этой стратегии есть доля  всех видов альтернативной энергетики, включая энергию солнца. Декан факультета

Сергей Ганджа рассказал о потенциале солнечной энергии и ее дальнейшем развитии.

– Солнце – наша ближайшая звезда, что она дает нашей планете?

– Энергия Солнца стоит за всеми известными формами движения материи: механической, физической, химической, биологической и социальной. Солнце – единственный ближайший к нам источник, который наполняет энергией все формы живой и неживой природы. Так, на появление энергии ветра, волн, гидроэнергией рек, энергией углеводородов, включая биогаз на начальной стадии формирования, влияет Солнце. Энергия ветра обусловлена неравномерностью прогрева земной поверхности, энергия углеводородов рождается под влиянием фотосинтеза, гидроэнергия рек образуется от испарения воды и последующего выпадения осадков. Только несколько видов альтернативных источников не имеют солнечную природу. Это энергия приливов и отливов, обусловленная гравитационным притяжением Луны, ядерная энергия, запасенная вселенной много миллиардов лет назад и геотермальная энергия Земли, образованная при ее формировании.  Эти виды энергии составляют незначительную долю в энергетическом балансе планеты. Можно сказать, что Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле.

– Как добывается и используется солнечная энергия?

– Источником энергии в самом Солнце является термоядерный синтез, при котором атомы водорода, соединяясь друг с другом, образуют гелий, второй элемент таблицы Менделеева. При этом выделяется гигантское количество энергии, которая распространяется в виде радиации и доходит до Земли. Здесь и происходит ее преобразование в другие виды энергии. Солнечную энергию мы можем превратить, например, в электрическую, используя эффект фотосинтеза. Солнце в масштабах существования человеческой цивилизации является неисчерпаемым источником энергии. Альтернативная энергетика как раз и использует преобразованную солнечную энергию. Главное преимущество ее в том, что в основном – это экологически чистые источники энергии. Традиционная энергетика исторически сопровождалась выбросами вредных веществ, превышением нормы углекислого газа в атмосфере, что приводило к парниковому эффекту и глобальному потеплению. Солнечная радиация напрямую превращается в электричество, ветровые установки тоже не несут выбросов. Но у альтернативных источников есть один существенный недостаток. Это – нестабильность генерации энергии, которая зависит от природных условий. Промышленность и крупные мегаполисы не могут полностью полагаться на такой ненадежный источник. Альтернативная энергетика получит мощный импульс развития, если решит проблему по накоплению энергии, причем объемы накопления должны быть гигантские, соизмеримые с существующими запасами углеводородного топлива. Создание такой технологии накопления электричества названо McKinsey Global Institute одной из 12 прорывных технологий, которые существенным образом изменят глобальную экономику. На Энергетическом факультете ведутся такие работы на базе водородной энергетики.

– Изучают ли на Энергетическом факультете возобновляемые источники энергии и, в том числе солнечную энергию?

– Структура Энергетического факультета построена таким образом, что все, что есть в энергетике – представлено на том или ином образовательном уровне: бакалавриате, магистратуре или аспирантуре. У нас хорошо развито изучение традиционной энергии: это электрические станции, сети, системы электроснабжения. Имеется направление магистратуры, на котором мы готовим специалистов по альтернативной энергетике. Также у нас имеются серьезные научные заделы в этом направлении, в том числе выполненные совместно с американскими учеными. В основном мы работаем в ветроэнергетике, солнечной, биогазовой и водородной энергетике.

– Какое будущее ждет солнечную энергетику?

– Энергетика идет по пути комплексного развития. Ориентироваться на один вид энергии нельзя. Энергетика может быть стабильной и надежной тогда, когда она использует различные источники энергии. Абсолютно неразумно, имея такую развитую, рентабельную углеводородную инфраструктуру, разрушать ее или неэффективно использовать. По мере истощения углеводородов она будет свою роль потихоньку терять, но произойдет это, по оценке Министра энергетики РФ Александра Новака, не ранее чем через 100 лет. Одновременно с этим традиционные источники энергии будут вытесняться альтернативными источниками энергии и атомной энергетикой. Солнечную энергетику ждет светлое будущее, но для этого надо решить еще очень много научных и инженерных задач. Энергетический факультет в этом направлении ведет активную деятельность.

«Самый важный источник энергии — это более мудрое ее использование»

«Энергетика в мировом аспекте» — такой была тема очередной встречи, состоявшейся в Высшей школе экономики 30 марта в рамках традиционного научного семинара «Экономическая политика в условиях переходного периода», проводимого под руководством научного руководителя ВШЭ Евгения Ясина.

Евгений Ясин

С основным докладом выступил Гленн Уоллер, президент компании ExxonMobil Russia Inc. Его выступление стало, по существу, презентацией прогноза о развитии энергетики в мире на период до 2030 года, составленного специалистами компании ExxonMobil (этот прогноз обновляется каждый год с учетом данных, полученных из ста стран). Открывая встречу, Е.Ясин подчеркнул, что суть вынесенной на обсуждение темы заключается в том, что Россия сегодня «висит на нефти и газе», а энергетика является основным рынком, где Россия еще конкурентоспособна. Но в этой сфере также существуют проблемы.

Представляя прогноз, Г.Уоллер отметил, что этот анализ используется в качестве основы для стратегического планирования и принятия инвестиционных решений. «Мы предполагаем, что к 2030 году общий мировой спрос на энергоресурсы увеличится почти на 35 процентов по сравнению с 2005 годом, — сказал эксперт. — Мы видим также огромную разницу между экономически развитыми странами, входящими в ОЭСР, такими как страны Северной Америки и Европы, и странами, не входящими в ОЭСР, в частности Китаем, где спрос на энергоресурсы стремительно растет. Одним из основных факторов, определяющим тенденции развития энергетики на период до 2030 года, является потребность в электроэнергии и выбор топлива, способного удовлетворить эту потребность».

Изменения в обществе, продолжал Г.Уоллер, происходят одновременно с развитием энергетики. Доступ к источникам энергии способствует развитию самого общества и каждого его члена в отдельности, поскольку расширяет возможности и повышает производительность труда. Очевидно, что весь технологический прогресс, рост производства в промышленности и сельском хозяйстве, в транспортном секторе стал возможен, благодаря надежным поставкам современных источников энергии, включая электроэнергию. Но в то же время с развитием общества растет и его потребность в энергоресурсах.

Каковы задачи и сложности, стоящие сегодня перед миром в его развитии? Есть общепризнанное утверждение, согласно которому прогресс в технологиях и энергетике является принципиально важным для развития всего человечества. В 1800 году население Земного шара составляло около 1 миллиарда человек, на сегодняшний день нас почти 7 миллиардов, и вполне вероятно, что к 2030 году общая численность землян достигнет 8 миллиардов. Понятно, что человек будет стремиться обеспечить себе лучшие условия жизни, и энергоресурсы будут продолжать играть важную роль в развитии общества. Начиная с 1880 года резко возросло потребление энергии, а одновременно с этим менялись и источники энергии. К 1950-м стал быстро расти спрос на энергоресурсы в связи с развитием транспортных средств. Почти одновременно стал широко добываться природный газ и началось строительство крупных гидростанций. В 1970-ые получила распространение атомная энергетика в качестве основного источника современного вида энергии.

В ближайшие годы, подчеркнул далее Г.Уоллер, человечеству придется развивать все экономически оправданные источники энергии для удовлетворения растущего спроса на энергоресурсы, в том числе ветровую, солнечную, геотермальную виды энергии и биотопливо. В 2005 году потребление энергии на душу населения было намного выше в экономически развитых странах (ОЭСР), чем в Китае или Индии. Но, по прогнозу, рост благосостояния в Китае и Индии приведет к значительному увеличению энергопотребления на душу населения в этих странах. С другой стороны, к 2030 году потребность в энергоресурсах на душу населения в странах ОЭСР достигнет высшей точки и начнет снижаться. Можно ли это истолковать, как ожидаемый спад экономики в странах-членах ОЭСР? Нет, как раз наоборот. На сегодняшний день ВВП на душу населения в странах ОЭСР гораздо выше, чем в Китае и Индии. «Мы предполагаем, что к 2030 году Китай и Индия смогут достичь значительного увеличения ВВП на душу населения. Поскольку человечество продолжает искать более эффективные пути потребления энергии, мы предполагаем, что энергопотребление на душу населения, необходимое для производства единицы ВВП, будет уменьшаться. По нашим прогнозам в период с 2005 до 2030 года спрос на энергию в странах ОЭСР будет значительно снижен, в то время как уровень экономики этих стран вырастет более чем на 50 процентов», — сказал докладчик.

По представленному прогнозу, на период 2005-2030 годы экономический рост в странах ОЭСР в среднем составит 2 процента в год по мере того, как будет продолжаться подъем экономики в США и других государствах. Что же касается стран, не входящих в ОЭСР, то здесь прогнозируемые темпы роста ВВП гораздо выше — 5 процентов в год. Это приведет к увеличению доли стран, не входящих в ОЭСР, в мировой экономике. В 2030 году эта доля составит 40 процентов от мирового ВВП. Нетрудно предположить, что это приведет к увеличению мирового спроса на энергоресурсы. Среди стран, не входящих в ОЭСР, основной экономический рост будет переживать Китай.

Интересно отметить, что даже при высоком темпе роста в развитии стран, не входящих в ОЭСР, в обеих группах объем ВВП вырастет примерно на одну и ту же величину (чуть более 20 триллионов долларов). К 2030 году Китай и США станут лидерами развития мировой экономики. Доля каждой из этих стран в росте ВВП составит около 40 процентов, то есть 9 триллионов долларов. Такой быстрый темп экономического роста дает основания прогнозировать увеличение потребностей Китая в энергоресурсах к 2030 году.

Несмотря на рост экономики в США и группе других стран ОЭСР, их растущие потребности в энергии могут потенцироваться постоянным ростом эффективности энергопотребления, что, среди прочего, обусловлено размерами платы за выбросы в атмосферу углерода. Потребление энергии в странах ОЭСР не будет существенно изменяться до 2030 года. Значительное повышение эффективности в потреблении энергоресурсов ожидается и в странах, не входящих в ОЭСР, но стремительное развитие экономики Китая в этот период будет опережать это повышение. В итоге, как предполагается, к 2030 году спрос на энергоресурсы в странах, не входящих в ОЭСР, на 75 процентов перевесит спрос в странах ОЭСР.

Если посмотреть на использование энергоресурсов по секторам, то такой спрос в жилищно-коммунальном секторе (ЖКС) почти в три раза превышает спрос коммерческого сектора. Такая тенденция останется неизменной до 2030 года. Разнообразный набор видов топлива используется для удовлетворения ЖКС и коммерческого сектора. В период до 2030 года основной рост спроса на энергоресурсы в этом секторе придется на природный газ и электричество. К окончанию этого срока электроэнергия будет обеспечивать более 40 процентов в ЖКС и коммерческом секторе. На протяжении всего прогнозируемого периода продолжится рост энергетических запросов бытового сектора. По идее, увеличение домохозяйств во всем мире к 2030 году увеличит потребность ЖКС в энергоносителях почти на 50 процентов. Однако повышение эффективности энергопотребления будет сдерживать увеличение спроса на энергоресурсы в жилищно-коммунальном секторе. Поэтому в период с 2005 по 2030 годы он вырастет всего на 20 процентов.

Гленн Уоллер

Общее увеличение потребностей в энергоресурсах будет продиктовано развитием и увеличением парка тяжелых транспортных средств. По прогнозам ExxonMobil, к 2030 году количество легких транспортных средств во всем мире вырастет более чем на 400 миллионов единиц по сравнению с сегодняшним днем, причем порядка 70 процентов этого роста будет «принадлежать» развивающимся странам, что говорит и о росте благосостояния в этих странах. Хотя есть и факторы, которые будут сдерживать этот рост. Первое — это снижение пробега, что в свою очередь приводит к снижению потребностей в энергоносителях. Во-вторых, экономия энергопотребления как следствие совершенствования традиционных технологий и появление на рынке новых видов автомобилей. Изменения любой из этих составляющих могли бы значительно повлиять на требования, предъявляемые к видам топлива.

Тяжелые, то есть коммерческие, транспортные средства, являются основными потребителями энергии, стимулирующими рост потребности транспортной отрасли в топливе на протяжении периода до 2030 года. Повышение спроса вследствие растущего объема дорожных перевозок по всему миру, обусловленного повышением экономической активности — если не принимать во внимание другие факторы — к 2030 году составит примерно 15 миллионов баррелей нефтяного эквивалента в сутки.

Что же касается снижения спроса на энергоресурсы, то надо учитывать, что почти на 40 процентов повысится эффективность энергопотребления и грузового транспорта. Это станет возможным, благодаря развитию новых технологий и усовершенствованию организационных начал. И, наконец, видно, что эффективность потребления топлива в секторе тяжелого транспорта может снижаться за счет эксплуатационных потерь. К эксплуатационным потерям приводят такие факторы, как пробки на дорогах, малая плотность грузов и увеличение доли прямых поставок непосредственно конечному потребителю.

К 2030 году потребность тяжелого машиностроения и химической промышленности составит 75 процентов от общего спроса на энергоресурсы в промышленном секторе. Мировой рост потребностей в промышленном секторе будет обусловлен ожидаемым удвоением объемов сталелитейной промышленности и производства цемента, а также общего промышленного производства. Помимо этого ожидается, что химическая промышленность за этот период вырастет почти вдвое. Тем не менее, повышение эффективности энергопотребления компенсирует почти 60 процентов от этого роста по сектору тяжелого машиностроения и химической промышленности. Потребность промышленного сектора в энергоресурсах существенно зависит от объемов производства, в частности в развивающихся странах. Так что любые изменения в экономике этих стран будут непосредственно влиять на изменения спроса на энергоресурсы.

Самый большой и быстро развивающийся сектор — это производство электроэнергии. Начиная с 1980 года значительный рост потребностей сектора — приблизительно 2,4 процента в год — будет продолжаться до 2030 года. Спрос на электроэнергию в странах ОЭСР и стран, не входящих в эту организацию, будет отмечен его ростом в обоих случаях, однако в странах — не членах ОЭСР этот рост спроса идет быстрее. К 2015 году страны — не члены ОЭСР обойдут страны ОЭСР в потреблении электроэнергии.

Для удовлетворения растущих потребностей в электроэнергетике будут использоваться разные виды топлива. При составлении прогноза относительно соотношения различных видов топлива, используемого для получения электроэнергии, необходимо, прежде всего, проанализировать стоимость разных вариантов. Эти экономические показатели будут в значительной степени определяться политикой, направленной на снижение выбросов углекислого газа и других газов, вызывающих парниковый эффект, что предусматривает соответствующие выплаты.

Авторы прогноза сравнили экономические показатели различных возможных вариантов производства электроэнергии в США, причем такая же тенденция прослеживается и в целом ряде других стран. Важную роль играет и стоимость, поскольку и потребители, и энергосбытовые компании заинтересованы, прежде всего, в более дешевой энергии. Введение платы за выбросы в атмосферу углекислого газа может повлиять на стоимость выработки электроэнергии. При этом самым экономически выгодным топливом для производства электроэнергии являются природный газ и уголь. На сегодняшний день эти два вида топлива обеспечивают две трети потребностей США в электричестве и около 60 процентов в мировом масштабе. Однако по мере повышения размеров платы за выбросы углекислого газа ситуация будет меняться. Уголь будет в значительной мере терять свою конкурентоспособность по отношению к природному газу.

В настоящее время появляются новые мощности, генерирующие электроэнергию из атомной и ветровой видов энергии. Ожидается существенное наращивание мощности в солнечной энергетике, пусть даже поначалу и незначительное. Однако увеличение мощностей не всегда означает то же самое, что их использование. Атомные электростанции являются важными и основными источниками, поэтому около 90 процентов их мощностей будет направлено на производство электроэнергии. Что касается энергии ветра и солнца, то здесь уровни использования мощностей гораздо ниже в виду непостоянства самих источников энергии и нехватки крупных аккумулирующих электроустановок для обеспечения бесперебойного производства.

Человечеству все еще требуется большое количество газа и угля для удовлетворения своих растущих потребностей. Газу принадлежит 35 процентов от увеличения спроса в сравнении с 2005 годом, а углю — 20 процентов. Размер платы за выборы в атмосферу углекислого газа сделает атомную энергию и возобновляемые источники энергии еще более востребованными, и в 2030 году они будут обеспечивать более 40 процентов всех потребностей в электроэнергии. Следует отметить, оговорился докладчик, что этот прогноз был составлен до недавнего землетрясения в Японии и реакции во всем мире на использование АЭС. Пока еще рано делать точные выводы, но налицо озабоченность в данном вопросе во всех странах мира.

Прогноз до 2030 года для стран Северной Америки и Европы в принципе выглядит одинаково. В обоих регионах будет наблюдаться рост спроса на топливо, но этот рост будет очень медленным в силу умеренного увеличения спроса на электроэнергию и повышения эффективности энергопотребления в секторе производства электроэнергии. Однако самые значительные изменения можно наблюдать в другом районе мира. Ожидается, что в период до 2030 года кривая спроса на электроэнергию в азиатско-тихоокеанском регионе (АТР) начнет резко подниматься. Уголь обеспечит удовлетворение значительной части этого спроса, хотя его доля на рынке упадет в 2030 году до 60 процентов по сравнению с сегодняшними 70 процентами. Значительно возрастет доля природного газа, атомной энергии и энергии возобновляемых источников в странах АТР.

А как будет выглядеть картина в мировой энергетике в 2030 году с учетом потребностей в каждом регионе? Самым крупным потреблением энергоресурсов является производство электроэнергии, за период, охватываемый данным прогнозом, здесь произойдет самый сильный рост потребностей энергоресурсов, который составит 50 процентов от общего прироста. Прогнозируемый рост мировой потребности в энергоресурсах за рассматриваемый период оценивается почти в 170 квадриллионов БТЕ. Это очень много. Однако если бы не эффективность в потреблении электроэнергии, то этот показатель был бы в три раза выше. Напрашивается вывод о том, что «самый важный и значимый источник энергии — это более мудрое и эффективное ее использование».

Что касается мирового спроса на энергоносители, то ископаемые виды топлива, в том числе природный газ и уголь, по-прежнему остаются основными источниками энергии. В 2030 году они будут обеспечивать чуть ли не 80 процентов мирового спроса, немного меньше, чем на сегодняшний день. Стремительнее всего будет расти потребление природного газа. Что касается жидких источников, то львиная доля здесь принадлежит сырой нефти. Спрос на жидкие энергоносители вырастет к 2030 году на 23 процента…

Чтобы удовлетворить мировой спрос на энергоресурсы к 2030 году, которые к этому времени вырастут на 35 процентов от уровня 2005 года, необходимо развивать все виды надежных и доступных источников энергии при значительном повышении эффективности ее потребления. Но одновременно насущной задачей является сохранение окружающей среды для будущих поколений. При том, что мир будет развиваться и далее, экономика — тоже, доступ к энергоресурсам, способным обеспечить рост мировой экономики, будет играть решающую роль в борьбе с бедностью и безграмотностью, в улучшении благосостояния населения и увеличения средней продолжительности жизни. Дальнейшее развитие технологий будет играть ключевую роль в повышении эффективности энергопотребления и сокращения вредных выбросов. Эти задачи, подчеркнул докладчик, должны всегда быть в центре внимания.

После выступления Г.Уоллера Е.Ясин задал вопрос: «А каково будет место России в мировом энергобалансе, сколько Россия еще сможет пользоваться сложившейся благоприятной для себя конъюнктурой на мировых рынках нефти и газа?»

«При любом сценарии роль России будет весьма значительной, — ответил Г.Уоллер. — Следует рассчитывать за значительный скачок в потреблении природного газа в мире, а в России сосредоточено около 30 процентов мировых запасов газа…» «Так что Газпром будет по-прежнему «на коне», — не без язвительности заметил научный руководитель ВШЭ». — «Правда этот газ залегает в очень отдаленных районах, — продолжил Г.Уоллер, — и условия там для его добычи не лучшие, но технологии развиваются бурно и всегда догоняют условия. Я уверен, что газ на севере России, на континентальном шельфе будет добываться еще много лет. Что касается нефти, то картина примерно та же самая. Нефти в России много…»  «Так что халява не кончается», — вновь пошутил Е.Ясин, но это, как показал дальнейший ход семинара, был как раз тот случай, когда от шутки не до смеха…

Анатолий Дмитриевский

Затем выступил директор Института проблем нефти и газа Российской академии наук (РАН), академик РАН Анатолий Дмитриевский. Он положительно оценил прогноз, но заметил, что в качестве энергоносителя вслед за древесиной, углем, нефтью появился газ. Потом была эйфория в связи с развитием атомной энергетики, но катастрофа в Японии показала, чем может быть чревато ее развитие, и сейчас этот вид энергетики и ее будущее находится под большим вопросом. Впервые в 2009 году нетрадиционные ресурсы стали вытеснять традиционные. Появляются новые виды энергоресурсов, таких как сланцевый газ. Огромные ресурсные запасы сосредоточены в Северном ледовитом океане. «Иными словами, существует столько входных параметров, что прогнозы должны быть очень разнообразными, с учетом всевозможных нюансов и революционных изменений», — резюмировал ученый.

Содержательным и «привязанным» к российским реалиям было выступление на семинаре Владимира Дребенцова, главного экономиста BP по России и СНГ. Он заметил, что экспертами BP подготовлен собственный прогноз на период до 2030 года, остановился на тех моментах, которые отличаются от представленного ранее прогноза, и привел более краткосрочные прогнозы BP в контексте того, что это означает для России. На самом-то деле, заметил В.Дребенцов, прогнозы ExxonMobil, British Petroleum и Международного энергетического агентства по многим параметрам совпадают. Но у BP в прогнозе несколько выше темпы роста спроса на энергоресурсы в Индии и Китае.

Если исходить из общих тенденций мирового энергопотребления, то важно наращивать энергоэффективность. Темпы спроса на энергоресурсы растут быстрее, чем численность населения, но медленнее, чем доход. Это означает, что потребление на душу населения растет, но энергоемкость глобального валового продукта снижается. Если же посмотреть на долговременные тренды, то видно, что потребление энергоресурсов на единицу производимого валового продукта достигает своего максимума в каждой стране примерно в то же время, когда достигается максимальная доля промышленности в валовом внутреннем продукте, а потом начинает снижаться. Причем страны, которые индустриализуются позже, достигают этого максимума на более низких уровнях, что «интуитивно следует из развития и распространения технологий по миру».

Что касается краткосрочных тенденций, то «сейчас все наблюдают за вторым периодом быстрого роста цен до уровня свыше 100 долларов за баррель и размышляют над тем, что же это будет означать». Все либеральные экономисты согласны с тем, что это будет означать высокие цены на нефть для российской экономики, но все и согласны, что «ничего хорошего от этого не произойдет». Мировые цены на нефть растут, но ожидания рынков уже изменились. Если говорить о нынешних событиях в Северной Африке и на Ближнем Востоке, то, по прогнозам BP, следует ожидать падения поставок нефти на мировые рынки в связи с событиями в Ливии, но, заметил Дребенцов, в BP считают, что «это будет компенсировано увеличением добычи в основных странах ОПЕК. Или же прекращением беспорядков в Ливии и возобновлением экспорта нефти из этой страны».

Уровень коммерческих запасов в странах ОПЕК очень долго державшийся на максимальных значениях, или даже выше их, достиг сейчас минимальных значений. Если не произойдет увеличения добычи нефти в странах ОПЕК, то они упадут ниже исторических минимумов. Что в такой ситуации может быть с ценой на нефть? «Едва ли она будет падать», — ответил Дребенцов на свой же вопрос. В перспективе же роль ОПЕК на мировых рынках нефти будет только возрастать. Если сейчас доля стран этой организации в мировых поставках колеблется на уровне 40 процентов, то к 2030 году их доля превысит 45 процентов.

«Вывод из этого для России может быть печальный, а может — и не очень», — заметил представитель BP. Печальный для либеральных экономистов он потому, что цены, скорее всего, будут высокими, а если будут всплески цен в связи с какими-то катаклизмами, которые охватят более широкую часть стран-членов ОПЕК, то могут быть взлеты до 200 и даже выше долларов за баррель. И это будет означать, что резко повысится риск снижения роста мировой экономики и приближение ее к уровням стагнации.

Владимир Дребенцов

«Для российской нефтяной компании, а BP и Exxon работают в России, это на самом деле ничего не означает, — заметил В.Дребенцов. — И то, что цена будет высокой, отнюдь не означает, что мы будем инвестировать деньги в добычу нефти на новых месторождениях в России». Для российской нефтяной компании цена на нефть, «которую видим мы, резко отличается от той, которую видят на международных рынках». Разница во взглядах объясняется особенностями налогового режима, стремлением укрепить курс рубля. Когда в 2007 году цена на нефть стала быстро расти, добыча нефти в России падала. «Для компаний, добывающих нефть в России, не самое важное, растет ли цена на мировых рынках. Важно верно выстроить отношения с правительством, которое сбалансирует распределение ренты и как бы позволит инвестировать в новые проекты», — добавил он.

Актуален, особенно для России, вопрос и о рынке нефтепереработки, потому что многие российские программы нацелены на развитие нефтепереработки, причем экспортной нефтепереработки. «Вот это весьма специфическая ситуация, которую, как мне кажется, надо оценивать все серьезнее», — замет эксперт. С одной стороны, заметно, что после последнего мирового кризиса переработка нефти восстанавливается, так как спрос на нефть растет, но с другой стороны, если взглянуть на основные экономические параметры, а именно на «маржу» переработки, то видно, что и в прошлом году эта «маржа» была гораздо ниже, чем в предшествующие пять лет. А по прогнозам в этом году, «где-то с конца лета и до конца года она может опуститься еще ниже». Это происходит потому, что нефтепереработка, как и все остальные энергетические рынки, — это рынок циклический, и в перспективе, скорее всего, нефтепереработку во всем мире ожидают тяжелые времена.

В последние два года, по данным BP, добыча газа в России оказалась меньше, чем добыча газа в США. «Пять лет назад никому бы в голову не пришло связывать два эти явления. А сейчас они совершенно явно связаны. Добыча в России оказалась такой низкой именно потому, что добыча в США оказалась такой высокой, — уверенно констатировал Дребенцов. — Это новое явление глобализации газовых рынков». Произошла революция добычи газа из нетрадиционных источников в США, и им оказался ненужным тот объем импорта газа, на который поначалу рассчитывали. На рынок вышли заметные мощности сжижения природного газа и этот сжиженный газ, оказавшийся невостребованным в Америке, «стал бродить по миру». А газ из нетрадиционных источников уже сейчас дает более половины всей добычи газа в США. При этом эффективность каждого бурового станка резко растет. Вывод таков, что себестоимость добычи газа снижается. Конкуренция на традиционных для России рынках будет возрастать. «Газпрому» и России в последние два года везло, поскольку в Европе были холодные зимы. К ним теперь добавились политические и биологические катаклизмы, носящие временный, однако, характер. А если посмотреть на более долгосрочную перспективу, то видно, что будет продолжение роста и мощностей по сжижению газа, и мощностей по регазификации газа. То есть масштаб возможной конкуренции достаточно высок, что оказывает давление на долгосрочные контракты. И для России означает, что нужно будет уделять очень большое внимание повышению конкурентоспособности российского газа.

Валерий Крюков

Предметным, а местами и нелицеприятным для российских специалистов, стало выступление Валерия Крюкова, заведующего кафедрой энергетических и сырьевых рынков НИУ ВШЭ, заместителя директора Института экономики и организации промышленного производства СО РАН, эксперта Союза нефтегазопромышленников РФ. Он сосредоточился на том, каким образом лучше «вписаться» в прогнозы, представленные на семинаре, на практическом уровне. В мире, заметил, в частности, он, идет изменение состава и структуры тех энергетических ресурсов, которые использует человечество для удовлетворения своих потребностей. А более частный сюжет заключается в том, что «добываемая сейчас нефть не та, что двадцать лет назад. Она более тяжелая, другая по составу и требует для переработки совершенно других технологий». То есть происходит естественная динамка источников сырья, с которыми работает человечество. Как отвечает человечество на эти вызовы с точки зрения того, что нужны энергоресурсы, а энергоисточники становятся несколько другими? Ответ: во-первых, нужно улучшение технологий. А вторая особенность, которая чрезвычайно актуальна, и которую, к сожалению, в России недооценивают, — это институты, которые «либерализуются по мере усложнения условий», то есть среды — той основы, с которой работают энергокомпании, поставщики, производители энергосырья и энергоресурсов.

Что было сделано в России, что делается и в какой степени институциональная среда соответствует тем условиям, с которыми сейчас работают и будут работать в будущем компании? Как в России начали трансформировать нефетегазовый сектор, чтобы он был эффективен, общественно полезен и отвечал на вызовы времени? В России, заметил по этому поводу В.Крюков, были сформированы вертикально интегрированные компании, они были частично приватизированы и были предприняты попытки, которые не закончены и до настоящего времени, по формированию соответствующего современного ресурсного режима. «Это означало не только доступ к недрам, не только налоги, но и цены, и использование инфраструктуры и всего комплекса условий, которые необходимы для того, чтобы вести эффективный бизнес при меняющихся условиях и характеристиках ресурсной базы, — подчеркнул В.Крюков. — Мы попытались обобщить характеристики такого режима, при котором комфортно работать и который позволяет компаниям динамично двигаться вперед».

Должны быть выработаны процедуры разрешения неясных, конфликтных ситуаций. «В России с этим дело обстоит никак, — откровенно признал докладчик. — Сейчас, с подачи В.Мау, распространенно выражение «деградация институтов». Но я бы сказал, что нефтегазовый сектор России являет собой ярчайшей характеристикой не деградации, а примитивизации институтов. Стремление к становлению страны, как энергетической сверхдержавы, привело к тому, что многие институты и подходы, которые мы реализуем, неадекватны, тормозят дело и не дают двигаться вперед. Доминируют при этом подходы, основанные на гражданском праве».

Что же надлежит учитывать при формировании такого институционального режима? Прежде всего — динамику. Все прогнозы, все процессы развиваются в динамике. Динамика предполагает, что меняется соотношение малых, средних, интегрированных и не интегрированных, зависимых и независимых, венчурных и невенчурных компаний. В США малые и средние компании добывают в настоящее время 75 процентов нефти. Соединенные Штаты — очень крупная нефтедобывающая страна, добывает свыше 500 миллионов тонн нефти ежегодно. В России при таких же запасах и при схожей зрелости ресурсной базы, то есть истощенности, малые и средние компании занимают 3-4 процента, и их доля неуклонно уменьшается. То есть, развитие конкурентной среды и условий для формирования ответов на вызовы дня «идет в обратном направлении».

Очень важно учитывать состояние основных фондов и активов. Есть специализированные их характеристики в нефтегазовом секторе — трубопроводы, заводы и пр. Но есть и очень «большой блок характеристик, которые присущи тем активам, которые были созданы в плановой экономике». «И если вы только приватизируете, ничего не делая с техническим регулированием, с доступом и прочим, это приводит к монополии и к неэффективности, к тому, что в России, собственно, и случилось», — заметил В.Крюков. Не приходится, по его словам, говорить о сбалансированности ресурсного режима России.

«Нет ясных и четко определенных приоритетов, налицо слабое взаимодействие разных блоков (это касается налогообложения, регулирования всего того, что связано с социально-экономическими эффектами), — сказал он. Скажем, Норвегия, являясь крупным производителем нефти, выступает и крупным производителем наукоемкой продукции на базе нефтегазового сектора. Ежегодно там предоставляется 15-17 миллиардов долларов на услуги, связанные с подводными работами, что является крупнейшим прорывом в области науки и инноваций. Нефтегазовый сектор Норвегии является генератором развития современных технологий. И это не противопоставление одного другому, а использование явного преимущества для придания стране и экономике новой динамики. В России, как мне представляется, понимание этого сюжета отсутствует».

Что было в России в 1990-ые годы в этом секторе? Зафиксированное Конституцией РФ «совместное ведение в случае кратного пользования недрами не сработало, потому что регионы больше перетянули на себя». И регионы были просто «исключены из этой практики», а в 2002-ом году были приняты соответствующие поправки в законодательство при всем том, что усложнилась база, стало больше месторождений, и было необходимо регулировать очень много вопросов. «Но Центр захлебывается, перегружен текущей сложной работой, а регионы бездействуют, это вне их компетенции, а если они начинают этими вопросами заниматься, то им бьют по рукам, обвиняют в нецелевом использовании доходов. Затем — тюрьма, Сибирь, и дальше тех мест, где добывают нефть, идти, собственно, некуда», — сказал В.Крюков.

Все это ведет к тому, что в лицензировании нет порядка, слаба мотивация в области геологоразведки, непонятен статус проектов в сфере производства и транспортировки, многие решения базируются не на технических регламентах, а на корпоративных представлениях и приоритетах. Налогообложение не гибкое, фискально неориентированное и не учитывающее особенности такого объекта, как истощаемые ресурсы, месторождения и прочее. Для того, чтобы выправить положение, требуется не только понимание проблем, но и синхронизация целого ряда процессов. Регуляторный режим должен принимать во внимание особенности характеристик — это касается и налогов, и доступа к инфраструктуре, и технического регулирования. «А приватизация, — заметил В.Крюков, — должна следовать социально-экономическим критериям и приоритетам, а не только изъятию ренты в интересах владельцев компаний и федерального центра. Не выдерживает критики и ресурсная база. Действительно, у России много ресурсов. Но в 1970-ые годы в Западной Сибири размер месторождений был 70 миллионов тонн, в 2005 году — 3 миллиона, а сейчас, стыдно сказать — около миллиона тонн. А крупных месторождений не открывается».

К этому следует добавить, что вновь приходящим в газовый сектор компаниям очень трудно получить лицензию, практически невозможно начать дело. А отсюда и барьеры для повышения эффективности, снижения издержек. «То есть у нас, в России, вопреки происходящему в мире росту конкурентоспособности и (как следствию этого процесса) снижению издержек, издержки растут». А компании приходят с протянутой рукой к государству и просят снижения налоговых льгот и преференций.

Со своим взглядом на проблемы этой сферы экономики выступил на семинаре и директор Института энергетической стратегии Виталий Бушуев. «Наш институт, — заметил он, — тоже делает подобного рода прогнозы, которые были предметом сегодняшнего внимания. Но когда мы говорим о прогнозах развития энергетики, надо отказываться от сведения всего прогноза только к балансу. Сегодня главное — это не цена, другие финансовые условия, наличие свободного капитала и институциональной базы. Сегодня главное — это политические решения. Мир сегодня «ушел» в эпоху глобализации не потому, что нечем заняться. Это политическое решение — вместо глобальной энергетической безопасности выстраивать системы регионального самообеспечения. Так было, есть и будет, и не считаться с этим нельзя».

Итоги дискуссии подвел Е.Ясин, который подверг сомнению картину положения дел в России, какой она выглядит в выступлениях участников. «Ситуация в нефтегазовом секторе, — заметил Е.Ясин, — мне представляется такой. Мы, то есть как бы хозяева новой демократической страны, в этот сектор пришли с ощущением, что там уже все есть и что главное — захапать! А как и что будет происходить дальше — это не столь важно. «Газпром» все это и осуществил. И, по моим представлениям, это наиболее опасная ситуация. Потому что мы сталкиваемся с совершенно непрозрачной компанией, никем не контролируемой, которая настроена не столько на внедрение каких-то новшеств, на освоение новых технологий, а на то, чтобы удержаться на месте и за это время что-то поиметь. Такое у меня ощущение, хотя я, может быть, и не прав». Не лучше ситуация, по мнению Е.Ясина, и в нефтяном секторе.

В связи с этим научный руководитель ВШЭ обратился с просьбой к В.Крюкову провести анализ сопоставления различных рынков — нефтяного и рынка черных металлов России, который может считаться образцом (по нашим понятиям) рыночной структуры с очень хорошей конкуренцией и низким вмешательством государства. «Вопрос о том, как будут развиваться разные отраслевые рынки — это вопрос о том, что будет в России конкурентоспособным. На сегодня же ощущение таково, что, несмотря на колоссальные заслуги газовиков, нефтяников, геологов, мы находимся в плохом положении, ибо не даем им возможности нормально работать», — заключил Е.Ясин.

Николай Вуколов, новостная служба портала ВШЭ

Фото Никиты Бензорука

можно ли говорить о конце нефтегазовой энергетики :: Мнение :: РБК

Вопрос цены

Еще в конце XIX века возник спор, как будет дальше развиваться транспорт, на топливных элементах или на бензиновых моторах. Несмотря на то что водородная энергетика давала бóльший КПД, моторы победили из-за большей технологической готовности и наличия дешевого в сравнении с водородом моторного топлива из нефти. Вторая попытка внедрения топливных водородных элементов состоялась в конце ХХ века. Практически все ведущие мировые автогиганты разработали водородные модели экотранспорта. Однако до настоящего времени проблема получения дешевого водорода так и не решена. Резкое падение стоимости нефти также отодвигает время внедрения водородных технологий на транспорте и в стационарной энергетике.

Основным источником водорода в природе является вода. Воды в океанах огромное количество. Последние исследования показали, что объем структурных подземных вод на глубине порядка 480 км в разы больше, чем во всех океанах вместе взятых.

Читайте на РБК Pro

Получать водород обычным электролизом дорого: процесс требует большого количества энергии. Но есть Солнце — для нашей цивилизации это бесконечный источник световой энергии. Разлагать воду на водород и кислород наиболее эффективно путем фотолиза — процесс идет непосредственно в специальных ячейках под воздействием солнечного излучения. Такие ячейки были созданы в конце прошлого века в Физико-техническом институте им. Иоффе и Институте катализа СО РАН. К сожалению, эти разработки остались на уровне лабораторных образцов и диссертаций. Были попытки возобновить работы по программе водородной энергетики «Норильский никель — РАН», но в 2008 году эта программа была закрыта.

Практическая реализация таких устройств станет возможной при обеспечении КПД фотолиза хотя бы до уровня 10–15%. Пока рекорд — 11%. Это произведет революцию в области энергетики, отодвинув на задний план ветрогенераторы, наносящие непоправимый урон биосфере, и солнечные батареи, которые очень сложно утилизировать.

Для того чтобы водород стал превалирующим источником энергии, необходимо решить проблемы его производства и хранения. По оценке американских экспертов, если стоимость производства водорода составит не более $5 за килограмм, от другого топлива можно будет отказаться.

В таком случае будет решена и проблема создания топливных элементов для автомобильной промышленности. Сейчас у электромобилей хорошие перспективы на рынке, особенно в тех странах, где государство стимулирует разработки в данном направлении. В России ситуация иная. Здесь оптимальным мог бы стать гибридный автомобиль с электрическим приводом, работающий на газовом топливе или бензине. Ведь именно в России функционирует самая развитая система газозаправки в мире: 65% потенциальных потребителей имеют доступ и к бензину, и к газу.

Экономные гибриды

Не менее важной, чем поиск новых источников энергии, является задача ее экономии. Отсюда одно из направлений работы нашего университета МИСИС — повышение энергоэффективности. Одной из таких разработок являются суперконденсаторы, для которых у нас разрабатываются перспективные электродные и электролитные материалы.

Суперконденсаторы наиболее полезны в гибридном транспорте — колесном и рельсовом. Принцип его работы заключается в накоплении энергии, выработанной при торможении, которая затем расходуется на разгоне, что дает экономию порядка 30%. КПД суперконденсаторов сопоставим с КПД электрического мотора, то есть порядка 95–98%.

В ближайшем будущем мы надеемся, что эти разработки появятся в городских экобусах, составах метрополитена и в других областях техники. Кроме того, разработанные нами элементы позволят обеспечить бесперебойное движение поездов в метро. В ситуациях, когда происходит аварийное отключение электричества, накопленная энергия позволит составу проследовать несколько километров до станции за счет накопленной энергии.

Переход на стадию производства подобных систем должен произойти в ближайшие два года.

Точка зрения авторов, статьи которых публикуются в разделе «Мнения», может не совпадать с мнением редакции.

«Зеленое» будущее: мир на пороге внедрения новых энергетических технологий

Плюсы и минусы альтернативных технологий генерации энергии, их преимущества перед традиционной энергетикой обсудят на XX ПМЭФ. О ситуации в сфере энергетики и ее возможном будущем – в материале ТАСС

Сегодня никто не знает ответа на вопрос, каким будет полноценный облик энергетики будущего. Казалось бы, передовые технологии получения электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников (ВИЭ) постепенно выталкивают на обочину истории так называемую классическую генерацию с углеводородным топливом.

В то же время альтернативная генерация до сих пор так и не избавилась от проблем, которые мешают ее масштабному внедрению, что сильно повышает шансы на продолжение самого широкого использования (как минимум в обозримой перспективе) ископаемого топлива для генерации энергии.

Уже появились новые идеи и новые технологии, реализуются уникальные проекты, которые в перспективе могут не только сделать ненужными газовые и угольные электростанции, но и сильно сократить использование альтернативной генерации.

Поэтому в настоящий момент человечество находится в начале трудного пути преобразования энергоотрасли, финал которого только лишь проступает сквозь туман технологической перспективы.

«Зеленое» будущее?

Как минимум одну характеристику энергетики будущего мы знаем уже сегодня. Совсем недавно мир обсуждал в Париже важнейшую проблему изменения климата на планете, и более 170 стран подписались под новым климатическим соглашением.

По мнению экспертов,  для достижения поставленных в документе целей необходимо развивать «зеленую» мировую генерацию, поскольку сейчас на производство энергии приходится две трети глобальных выбросов парниковых газов. Таким образом, будущее за экологически чистой генерацией, и Россия здесь может сыграть ключевую мировую роль.   

В ближайшие десятилетия потребление энергии человечеством будет только расти. В Международном энергетическом агентстве (МЭА) считают, что мировой спрос на энергию к 2040 году увеличится на 37%. Существенно изменится и структура мирового потребления – к этому сроку в лидеры выйдут страны Азии (прежде всего Китай), Африки и Ближнего Востока, где ожидается бурный экономический рост, для обеспечения которого и потребуются колоссальные энергоресурсы.

Ископаемые виды топлива сохранят свое доминирование, этому послужил современный «сланцевый прорыв», отодвинувший на несколько десятилетий угрозу исчерпания эффективно добываемых нефтегазовых ресурсов.

Как отмечается в докладе аналитического центра при правительстве РФ, доля нефти и газа в мировом потреблении первичной энергии к 2040 году останется практически неизменной – 51,4% (53,6% в 2010 году).

Согласно прогнозам экспертов, газ к 2040 году станет основным топливом в энергобалансе стран ОЭСР. К 2040 году вырастет на 15% мировой спрос и на уголь, основным потребителем которого будет Китай. Как известно, именно тепловые электростанции являются главными источниками эмиссии парниковых газов в атмосферу. Мировые запасы угля колоссальны, но надеяться на то, что современные технологии позволят свести на нет парниковые выбросы угольных ТЭС, не приходится.

В последние годы заметно расширяется использование альтернативных источников энергии. По словам главы «Роснано» Анатолия Чубайса, это связано с экологической чистотой ВИЭ, отсутствием эмиссии углекислого газа при их использовании и отсутствием риска техногенных аварий, которые могут повлечь загрязнение окружающей среды.

На ВИЭ в 2014 году пришлась почти половина от всех новых генерирующих мощностей в электроэнергетике, лидерами в развитии ВИЭ стали Китай, США, Япония и Германия, инвестировавшие в эту сферу $270 млрд.

В настоящее время в России мощность всех источников альтернативной генерации в общем энергобалансе достигает максимум 1%. Надо сказать, что Минэнерго РФ в ближайшие 20 лет планирует в 10 раз увеличить производство электрической энергии на основе возобновляемых источников. К примеру, после того, как в Крыму к концу 2017 года подключат солнечную электростанцию мощностью 110 МВт, ВИЭ займут 50% от общей мощности выработки энергии в этом российском регионе.

Ставка на солнце

Берлин несколько лет назад сделал ставку на масштабное развитие солнечной генерации, решив постепенно отказаться от атомных объектов для выработки электроэнергии. Определенных успехов в этой области Германия достигла в июле 2015 года, когда солнечные батареи, установленные по всей стране, произвели столько же электроэнергии, что и атомные электростанции: объем генерации и тех, и других составил по 5,18 ТВт/час.

Уже в 2014 году ветер, солнце, биомасса и вода обеспечили 26,2% всей произведенной в Германии электроэнергии, впервые обогнав по этому показателю традиционного для отрасли лидера – бурый уголь, на долю которого пришлось 25,4%.

Некоторые эксперты считают, что к 2030 году страна может полностью перейти на ВИЭ при производстве электроэнергии, уйдя от всех ископаемых, а также ядерных источников получения энергии.

На примере Германии видно, к каким последствиям способно привести чисто политическое решение по отказу от стабильного источника энергии, в данном случае атомной генерации. В числе внутренних последствий – рост стоимости электрической энергии для конечных потребителей, в числе внешних – потеря важнейших компетенций в высокотехнологичной атомной отрасли, и это на фоне того, что в мире вновь бурно развивается строительство АЭС и все новые страны заявляют о планах создания собственной атомной генерации.

Высокая зависимость ВИЭ от государственной поддержки делает «зеленую» энергетику уязвимой в кризисной экономической ситуации. К тому же ВИЭ имеют те самые родовые недостатки, заключающиеся в том, что объем производства энергии на объектах альтернативной генерации сильно зависит от погоды, в случае с солнечной генерацией – еще и от времени суток.

Для обеспечения энергоснабжения крупного промышленного производства солнечной генерацией надо покрыть панелями колоссальную территорию в десятки квадратных километров. К тому же солнечная генерация не работает в вечерние, пиковые часы потребления, а значит необходимо аккумулировать в огромных объемах энергию, полученную в течение светового дня, что приведет к еще большему удорожанию и так далеко не дешевой фотовольтаики.

Сторонники альтернативной генерации называют ее экологически чистой, критики в ответ на это подчеркивают несколько существенных моментов: строительство крупных ГЭС приводит к затоплению огромных территорий, уничтожению флоры и фауны и необратимому изменению климата в регионе, ветроэлектростанции являются реальной угрозой для птиц и причиной эрозии почвы из-за постоянной вибрации, а производство пластин для фотовольтаики не только очень дорогое и энергозатратное, но и крайне токсичное.

Инвестиции растут

Но очевидно, что все эти проблемы представляют собой технологические задачи, решаемые в обозримой перспективе, тем более что поток инвестиций в ВИЭ постепенно растет.

Мировые инновационные гиганты, такие как Apple и Google, активно вкладываются в совершенствование технологий альтернативной генерации, в частности компания Apple инвестировала в 2015 году больше $800 млн в развитие солнечной фермы в Сан-Франциско.

В то же время инвестиции Евросоюза в ВИЭ в прошедшем году упали на 21%, с $62 млрд до $48,8 млрд. В других регионах мира инвестиции растут. К примеру, страны Ближнего Востока и Африки увеличили вложения в ВИЭ на 58% – до $12,5 млрд.

И это не могло не сказаться на росте альтернативной генерации в мире: согласно данным британской BP, доля ВИЭ в производстве электроэнергии в 2015 году уже достигла 2,8% мирового потребления энергоресурсов.

Активное развитие ВИЭ не заставило ЕС, где эксплуатируется 131 АЭС общей мощностью около 121 ГВт, отказаться от атомной генерации. Европейский союз намерен инвестировать в атомную энергетику, в том числе в разработку и строительство современных реакторов для мини-АЭС, первую из которых предполагается ввести в эксплуатацию не позднее 2030 года.

Дело в том, что при всех сложностях в использовании атомной генерации она обладает важной особенностью – вклад АЭС в выбросы парниковых газов близок к нулю. Замещение с помощью АЭС тепловой генерации приводит к ожидаемому снижению эмиссии СО₂.

Поэтому постепенная замена выбывающих старых атомных мощностей на новые ядерные энергоблоки в странах, давно эксплуатирующих «мирный атом», и вхождение все новых государств в мировой атомный клуб – это естественная тенденция как минимум нескольких ближайших десятилетий. Обусловлена она как задачей обеспечения стабильного и надежного энергоснабжения, так и необходимостью ввода новых, экологически безопасных объектов генерации.

Проекты будущего

На фоне «дележа пирога» мирового энергобаланса между классической генерацией и ее молодой соперницей в лице ВИЭ, особняком стоят проекты, которые в итоге могут сыграть ключевую роль в формировании энергетики будущего. Человечество ищет надежный, безопасный и дешевый источник энергии, который бы не только не загрязнял окружающую среду, но и решал накопившиеся проблемы.

В этом плане надо обратить внимание на Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР), строительство которого идет во французском Кадараше. Это крупнейший мировой научный проект, на территории Франции реактор возводят практически всем миром: участвуют ЕС, Швейцария, Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США. Страны Европы вносят около 50% объема финансирования проекта, на долю России приходится примерно 10% от общей суммы, которые будут инвестированы в форме высокотехнологичного оборудования.

В основе реактора отечественная технология токамака, и это будет первая крупномасштабная попытка использовать для получения электроэнергии термоядерную реакцию, подобную той, что происходит на Солнце. Если ИТЭР будет успешным (появления первого прототипа коммерческой термоядерной электростанции мир ожидает к концу века), все участники получат полный доступ к технологиям для строительства объектов термоядерной генерации. Запасы топлива для такой станции на планете практически неисчерпаемы, к тому же термоядерная генерация экологически безопасна.

«ИТЭР – это ворота в термоядерную энергетику, через которые мир должен пройти», – говорил почетный президент НИЦ «Курчатовский институт», академик РАН Е.П. Велихов.

Еще один проект, способный повлиять на формирование облика энергетики будущего, – «Прорыв», реализуемый в Росатоме. Он предусматривает создание ядерных энергетических технологий нового поколения на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах (БН). Развитие атомной генерации на основе реакторов БН позволит решить проблему накопленных радиоактивных отходов, топлива для таких реакторов человечеству должно хватить на очень длительный период.

«Цель проекта «Прорыв» – это не только уникальный результат научно-исследовательских или опытно-конструкторских работ, но и создание конкурентоспособной технологии, с помощью которой атомная отрасль России сможет не только сохранить, но и усилить свое лидерство на мировом рынке в ближайшие 30 лет», – считает генеральный директор Росатома Сергей Кириенко.

В мире поиском генерации будущего занимаются не только государства и крупные корпорации, но и частные инвесторы, вкладывающие свои средства в передовые проекты. К примеру, компания TRI ALFA ENERGY разрабатывает компактную термоядерную электростанцию – возможного конкурента ИТЭР.

Билл Гейтс инвестировал в компанию TerraPower, которая создает инновационный ядерный реактор на бегущей волне и планирует построить его прототип к 2020 году.

Активно совершенствуются системы аккумулирования энергии – Илон Маск в 2015 году представил новую компактную систему Tesla Powerwall, которая способна днем накапливать электроэнергию от солнечных панелей для использования в ночном режиме. Подобные аккумуляторы не являются чем-то новым, но важен сам факт совершенствования и удешевления данных систем для того, чтобы их можно было использовать в домашних условиях.

Скупые очертания будущей мировой энергетики можно увидеть в планах развития распределенной генерации, в повышении энергоэффективности и проектах модернизации действующих объектов тепловой генерации, а также вывода старых мощностей из эксплуатации.

У России сегодня сильные позиции в ряде энергетических направлений, в том числе в атомной сфере, мы и в перспективе точно должны оставаться в лидерской группе стран, создающих инновационные технологии энергогенерации, которые и определят  энергетическое будущее человечества.      

Андрей Ретингер, независимый эксперт в энергетической отрасли

Суда на батарейках — будущее судоходства?

 

Развитие мирового судостроения сегодня определяется не только экономической эффективностью строительства и последующей эксплуатации судна, но и систематически ужесточающимися экологическими требованиями. Наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями.

Согласно Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов 1972 г. с изменениями 1978 г., количество вредных выбросов с судов с каждым годом должно неуклонно снижаться. Наибольшее влияние на виды используемого топлива оказывают правила MARPOL приложение I (загрязнения моря) и приложение VI (загрязнение атмосферного воздуха).

С учётом данных реалий, на протяжении последних десятилетий в отрасли, параллельно с классическим судостроением, активно развивается проектирование и строительство судов, использующих в качестве топлива альтернативные источники энергии.

В частности, согласно Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года, утверждённой распоряжением правительства Российской Федерации от 28 октября 2019 г. № 2553-р, одним из трендов российского судостроения является создание судов и морской техники, обеспечивающих соблюдение международных экологических норм и правил в акватории морей и в портах, а также защиту природной среды Арктики.

Из основных альтернативных источников энергии, работа над которыми ведётся в отрасли, можно отметить следующие: энергия ветра, водород, природный газ (в том числе СПГ), электроэнергия. Наиболее проработанными на сегодняшний день являются последние.

Использование СПГ уже активно применяется на судах различных типов и назначений: ледоколы, двухтопливные танкеры типоразмера «Афрамакс», буксиры.

Водородные двигатели и ветроэнергетика распространены гораздо меньше вследствие высокой стоимости и низкой производительности. В частности, единственным судном, использующем ветроэнергетику является построенное в 2010 году на верфи Cassens Werft (Германия) судно E-Ship 1. На судне, в дополнение к двум дизель-генераторам суммарной мощностью 7 МВт установлены 4 турбопаруса, позволяющие вырабатывать до 1,5 МВт в зависимости от погодных условий. Вместе с тем, конструкция ветрогенераторов значительно повышает ветровое сопротивление при движении судна, а выдаваемая мощность не позволяет применять данный вид топлива в качестве основного на судах.

Также следует отметить единственный в мире катамаран Energy Observer, использующий уникальную комбинацию возобновляемых источников энергии – ветер, солнечная энергия и водород. Данное судно построено научно-исследовательским институтом CEA-Liten, (Франция) и является плавучей лабораторией. Основным источником энергии на судне являются солнечные панели и две ветряные турбины, а система водородного источника – бортовой электролизер, который расщепляет морскую воду на кислород и водород. Последний хранится в газообразной форме в баках и используется в дни, когда безветренно и пасмурно.

Однако наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями. Сегодня в мире строится и эксплуатируется несколько десятков таких судов. Информация о некоторых из них приведена в таблице 1.

Таблица 1

Судно	Место постройки	Год постройки	Район эксплуатации	Мощность	Главные размерения и основные характеристики
BB Green	Latitude yachts (Латвия)	2016	Стокгольм, Швеция	2х280 кВт	Длина — 20 м Ширина — 6 м, Высота борта — 3 м
Ampere	Fjellstrand (Норвегия)	2014	Линия Лавик – Оппедаль, Норвегия	1000 кВт	Длина — 80 м Ширина — 21 м Вместимость — 360 чел. и 120 автомобилей.
Tycho Brahe	STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB	1991 (модернизация — 2018)	Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)	4,16 МВт	Длина – 111 м Ширина – 28 м Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров
Aurora	STX Norway Offshore Langsten (Норвегия), модернизация – Öresund (Швеция) совместно с ABB	1991 (модернизация — 2018)	Линия Хельсингёр (Дания) – Хельсингборг (Швеция)	4,16 МВт	Длина – 111 м Ширина – 28 м Вместимость — 240 автомобилей и 1000 пассажиров
Elektra	Crist (Польша)	2017	Архипелаг Турку (Финляндия)	2х530 кВт	Длина – 97,87 м Ширина – 15,47 м Вместимость — 90 автомобилей
Ellen	Havyard Group (Норвегия)	2019	Линия Сёбю – Фюнсхав (Дания)	4,3 МВт/ч	Длина – 60 м Ширина – 13 м

 

Разработки электрических судов также ведутся в Финляндии, Нидерландах, Великобритании, Франции, Китае, Японии, Республике Корея и США.

Как видно из таблицы 1, суда на электродвижении уже не являются штучным товаром для частных заказчиков. На электродвижение переводятся всё более крупные суда, осуществляющие в том числе коммерческие перевозки, что свидетельствует об экономической эффективности их эксплуатации.

Именно данный показатель является определяющим в дальнейшей реализации аналогичных проектов. Применение классического подхода или альтернативных видов топлива, а также определение конкретного вида такого топлива должно осуществляться исходя из района эксплуатации судна, его типа, необходимой автономности, продолжительности рейса, количества экипажа и пассажиров. В частности, согласно исследованиям компании Siemens (реализовавший систему электродвижения на пароме Ampere), экономически оправдывают себя электрические паромы, эксплуатирующиеся на коротких дистанциях.

Согласно данным компании-оператора парома Ampere, опыт его эксплуатации показал сокращение на 95% вредных выбросов в атмосферу и уменьшение на 80% эксплуатационных расходов. На борту судна находится батарея 800 кВт*ч весом 11 тонн, которая и питает два электромотора. Паром использует всего 150 кВт*ч в пути на отрезке в 6 км через фьорд, а стоимость электричества для перевозки 360 пассажиров и 120 машин составляет всего около 6 $. На фоне данных результатов правительство Норвегии обязало перевозчиков закупать только экологически чистые паромы, гибридные или полностью электрические. Так власти борются с вредными выбросами в атмосферу и экономят на дизельном топливе. В этом регионе Норвегии повсеместно используются гидроэлектростанции и электроэнергия для парома получается экологически чистой, и даже косвенно электропаром не загрязняет окружающую среду.

Российские судостроители также не остаются в стороне. В рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы и государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений» за период 2009-2019 годы было выполнено (выполняется) более 20 НИОКР по разработке систем электродвижения и их компонентов.

Однако, несмотря на оснащение некоторых судов системами электродвижения, в качестве основных источников электроэнергии на отечественных кораблях и судах до недавнего времени применялись дизель- и газотурбогенераторы, либо атомные энергетические установки. Аккумуляторные батареи в основном применялись в качестве вспомогательных и аварийных источников питания.

Перелом произошёл в прошлом году, когда на выставке «Нева-2019» компания «Морсвязьавтоматика» представила публике созданное в инициативном порядке 18-метровое судно Ecovolt пассажировместимостью до 86 человек. Судно приводится в движение электромоторами, работающими на общей шине постоянного тока. Источником энергии выступают высокоэнергетические батарейные накопители. Эксплуатация таких судов планируется в Санкт-Петербурге.

Также в 2019 года по заказу Минпромторга России началась разработка среднемагистрального автомобильно-пассажирского экологически чистого парома на электроходу, предназначенного для линии Балтийск – Балтийская коса (Калининградская область). Электрический паром заменит на Балтике два меньших по размеру дизельных — 1974 и 1960 годов выпуска.

В качестве основного источника питания на судне будет предусмотрена установка аккумуляторных батарей. Также как альтернативный вариант подзарядки в проекте будет рассмотрена возможность использования индукционной береговой зарядной станции. Вместимость создаваемого парома — 100 человек и 15 легковых автомобилей. По оценке головного исполнителя — Калининградского государственного технического университета и проектанта – АО «Нордик Инжиниринг», создание парома на электрической тяге позволит вдвое снизить эксплуатационные расходы за счет отказа от классических двигателей внутреннего сгорания, которые потребляют дизельное топливо и требуют регулярного обслуживания. Ввод парома в эксплуатацию планируется в 2021 году.

Электрический паром является судном нового типа. То есть его создание возможно только при проведении научно-технических и опытно-конструкторских, а также проектных работ, в ходе которых будет использован ранее созданный научно-технический задел и созданы новые результаты интеллектуальной деятельности. Следует отметить, что в настоящее время существует 9 изобретений и полезных моделей по всем направлениям деятельности, которые могут быть использованы при создании парома. Но ни одно из этих изобретений не может быть использовано непосредственно по лицензионному договору, т.к. каждое из них необходимо доработать на уровне формулы. Изменение конструкции повлечёт изменение дизайна и конструктивных решений внешнего вида парома. По этой причине его дизайн будет охраноспособным в статусе промышленного образца. По состоянию на сегодня ни один из промышленных образцов в части паромов не может быть использован при создании электоропарома. Создание электрического парома также потребует разработки принципиально новой системы управления судном, т.к. в настоящее время не зарегистрировано ни одной программы для ЭВМ, которая могла бы быть использована для данных целей.

Опыт строительства и эксплуатации судов данного типа позволит оценить эффективность внедрения электропаромов и в других регионах, во многих из которых водный транспорт является безальтернативным. Всего в Российской Федерации на 2020 год по данным Российского Речного Регистра насчитывается 120 речных паромов (не считая барж, барж-площадок, буксиров и толкачей, используемых на переправах), средний возраст которых составляет 39 лет. При этом принятие решение о замене действующих паромов на электроходы должно приниматься индивидуально в каждом отдельном случае после комплексной оценки такого варианта с учётом мнения контролирующих и надзорных организаций.

Одновременно, учитывая инновационность решений, применяемых в судах на альтернативных видах топлива, представляется целесообразным рассмотреть возможность выдачи разрешительной документации при соблюдении минимально необходимого набора требований, а в отдельных случаях – и по упрощённой схеме (исходя из условий эксплуатации). Такое решение позволит сократить стоимость строительства современных судов и как следствие – увеличение числа экологически чистых судов на реках России.

Алексей Тимофеев.

Подробнее о теме электродвижения в ходе конференции «СПГ-флот, СПГ-бункеровка и другие альтернативы» 28 октября 2020 года расскажет председатель совета директоров «Нордик Инжиниринг» Николай Шабликов. Информация о конференции доступна по ссылке >>>

Еще больше интересного отраслевого контента на наших страницах в соцсетях: в FaceBook, канале в YouTube, паблике в Telegram, странице в Twitter и канале в Яндекс.Дзен
 

за какими источниками энергии будущее Таджикистана – Евразийский Банк Развития

Цены на нефть продолжают расти, а альтернативные источники энергии доступны далеко не всем: можно ли рассчитывать на новые технологии в энергетике.

ДУШАНБЕ, 5 окт — Sputnik, Вадим Попов. Нефть остается главным источником энергии для промышленности и транспорта, но альтернативные технологии лишь постепенно вытесняют традиционную энергетику.

Sputnik Таджикистан поинтересовался, какое место тот или иной источник занимает в системе энергопотребления.

Цивилизацию характеризуют источники энергии

На протяжении всей истории топливно-энергетические возможности определяли уровень общего экономического развития той или иной цивилизации. Согласно современным исследованиям, среднегодовой доход населения теснейшим образом связан со среднедушевым уровнем потребления энергии.

В настоящее время энергопотребление, например в США, в несколько десятков раз превышает аналогичный показатель значительной части государств, а общепланетарные потребности в энергии продолжают расти, несмотря на создание технологий энергосбережения.

Весь транспорт, производство, обогрев и кондиционирование, электроника, полеты в космос, быт домашних хозяйств — все нуждается в энергии. Но как это не странно, эта область хорошо известна только специалистам, от внимания других людей проблемы энергетики обычно ускользают, напоминая о себе лишь счетом за свет и отопление в квартплате. Между тем энергетическую инфраструктуру ежедневно обслуживают тысячи профессионалов и от их деятельности напрямую зависит круглосуточный доступ к теплу и свету.

Помимо технической необходимости постоянно поддерживать энергосети в рабочем состоянии, на их существование также требуются значительные финансовые средства. Угроза дефицита и дороговизны важнейшего ресурса заставляет ученых и инженеров искать альтернативные источники энергии. Но нефть по-прежнему доминирует на рынке энергоносителей.

Есть ли альтернатива нефти?

Важнейшей характеристикой любого топлива является его энерго­емкость, или теплота сгорания. По этому показателю лидируют нефть и газ.

К 2030-му по прогнозу той же компании ВР (British Petroleum) потребление нефти наряду с природным газом продолжит занимать свое лидирующее положение и составит порядка 30% в мировом энергобалансе.

Так, основную нагрузку в ЕЭС России в 2017-м несли тепловые электростанции (ТЭС), выработка которых составила 611,3 миллиардов кВт/ч. Выработка ГЭС составила 178,9 миллиардов кВт/ч. АЭС выработано 202,6 миллиардов кВт/ч.

© Sputnik / Асылбек уулу Данияр
Мировое потребление энергии

Например, чтобы произвести столько же энергии, сколько ее содержится в нефти, необходимо построить порядка 4 000 атомных станций по 1,5 ГВт каждая. На сегодня в мире примерно 440 действующих атомных реакторов общей мощностью около 363 ГВт. Если построить еще 4 000 атомных реакторов в соответствии с существующими технологиями, то все известные запасы урана будут израсходованы буквально за 10 лет.

Атомные станции хороши для выработки электричества, но трудно себе представить автомобили с ядерным реактором. Пока технологии не достигли такого развития. И для автомобильного транспорта нефть практически незаменима. Даже газ имеет ряд неудобных свойств. Например, водород за неделю теряет более половины своего объема в топливном баке.

Кроме того, под нефтепродукты «заточена» вся современная инфраструктура. Для ее перестройки потребуются время и деньги. Поэтому бензин, керосин и дизельное топливо еще долго будут использоваться на транспорте.

© Sputnik / Асылбек уулу Данияр
Топливная способность различных видов топлива

Теплотворная способность биотоплива в два раза ниже углеводородов. А для производства биогазов требуются большие посевные площади, что отнимает земельные ресурсы у традиционных сфер пищевой части аграрного сектора.

Нефть когда-нибудь закончится, но до этого момента потребление нефти, скорее всего, будет сокращаться в тех областях, где ее можно относительно просто заменить на другие источники энергии.

В частности, ряд стран увеличил свое потребление угля. Например, Таджикистан и такой индустриальный гигант, как Китай.

Использовать уголь — плохая идея

Добыча угля и сжигание его предприятиями и ТЭЦ сопровождается многосторонним негативным воздействием на окружающую среду. Чем больше масштабы и объемы добычи угля, тем больше будет экологических проблем. Это касается как деградации земель при добыче, так и загрязнения водных ресурсов и, естественно, загрязнения атмосферы.

Все больше стран заявляют о планах в ближайшие 10-20 лет полностью отказаться от угля для производства электроэнергии. В последние годы отворачиваться от угля стали и крупнейшие международные банки и фонды. Они сокращают капиталовложения или полностью изымают свои средства из угольных проектов. Инвесторы осознают, что угольный бизнес не только «грязный», но и чрезвычайно рискованный в плане экономических потерь.

Но некоторым государствам не обойтись без угольной энергетики. Таджикистан намерен повысить уровень производственных мощностей угольной промышленности к 2020-му, чтобы обеспечить не только внутренние потребности, но и наладить экспорт угля за рубеж. Это вынужденная мера, так как для покупки нефти и газа требуется дорогостоящая валюту, которую, по большей части, приходится брать в кредит. Но есть надежда на гидроэнергетику, благо, воды в Таджикистане много.

Солнце, море и ходьба — новые технологии в энергетике

Альтернативные источники энергии это не миф, но их использование пока не настолько развито. Во-первых, это сопряжено с дорогостоящими устройствами, которые не по карману многим странам. Во-вторых, альтернативные технологии не дают достаточного количества энергии, чтобы ими заменить традиционные нефть, газ и уголь.

По некоторым классификациям гидроэнергетику тоже относят к альтернативной, но ее человечество знает достаточно давно. Проблема в том, что не везде есть реки, а там, где условия позволяют использовать энергию воды, есть другие препятствия. Как, например, в Центральной Азии, где строительство ГЭС затягивается по политическим причинам, из-за претензий государств в сфере совместного водопользования.

Тем не менее, гидроэлектростанции вносят большой вклад в производство энергии во всем мире. Так, Итайпу (Парагвай) обеспечивает 90 процентов потребностей страны в энергии.

© AFP 2018 / JOAO ABREU MIRANDA
Волновой генератор электроэнергии, архивное фото

Наиболее перспективным направлением использования воды стала морская гидроэнергетика. В 2008-м Португалия протестировала первую в мире морскую энерго-ферму (плавающее хранилище энергии), расположенную в пяти километрах от береговой линии. Также успешно внедряются технологии извлечения энергии морских приливов.

И если ветряками, солнечными батареями и биотопливом сегодня никого уже не удивишь, то специальные тротуары, которые собирают энергию ходьбы, еще никто не видел, но они есть. Эксперимент показал, что если разместить подобные плитки на оживленной улице или в метро, то в течение дня можно будет собрать энергию, необходимую для питания небольшого торгового центра 12 часов. Ходьба, езда на велосипеде, движение автомобилей, все это может быть использовано.

В отдаленном будущем проблем с выработкой энергии у человечества наверное не будет, главное направить ее в нужное русло, а сегодня мир пока еще зависим от ограниченных ресурсов, что делает конкуренцию за них одной из главных движущих сил развития.

Где возьмет энергию Таджикистан

Одной из стратегических целей Таджикистана является переход от аграрно-индустриальной к индустриально-аграрной экономике, а для этого потребуется много энергии.

Доказанные запасы нефти (с учетом газового конденсата) в Таджикистане незначительны и составляют 1,6 миллиона тонн. Разговоры о больших месторождениях нефти и газа в республике появились едва ли не сразу после распада СССР. Данные разведки советского периода предполагали наличие 100 миллионов тонн нефти и более 800 млрд кубометров газа.

За последний десяток лет неоднократно создавались консорциумы по геологическому изучению Таджикистана и соседнего Афганистана. Но, к сожалению, безуспешно. Таджикские углеводороды залегают на большой глубине, их добыча обойдется очень дорого.

Эксперты уверены, что в Таджикистане можно обнаружить и более перспективные месторождения, но надо создать коммерчески привлекательный вариант экспорта, а эта задача до сих пор не решена. Транспортная изоляция и угроза терроризма с юга, а именно в этой части страны специалисты надеются найти большие залежи нефти и газа, остаются серьезным препятствием.

По этим причинам Российская корпорация «Газпром» прекратила геологическую разведку на направлениях Сарыкамыш и Западный Шохамбар, объявив об этом в июле.

Но в Таджикистане большие надежды возлагают на гидроэнергетику. Запуск самого известного таджикского долгостроя — Рогунской ГЭС планируется уже в ноябре. В перспективе Таджикистан сможет обеспечивать не только себя электроэнергией, но и снабжать всех соседей.

Гидроэнергетический потенциал Таджикистана оценивают в 60% всех потребностей Центральной Азии.

Главным вопросом для Таджикистана остается: где взять автомобильное топливо? Технологии внутренней переработки не позволяет производить топливо высокого класса в нужных объемах. Его республика вынуждена закупать.На черном рынке качество продаваемого бензина также оставляет желать лучшего.

Летний взлет цен на бензин и газ вызвал недовольство среди населения. К чисто техническим проблемам в этой области добавляется политический аспект. Нужно договариваться, у кого, что и за сколько покупать, чтобы сохранить дружеские отношения со всеми.

Вопрос о том, что выгоднее Таджикистану, приобретать бензин в Казахстане или России, импортировать узбекский газ или перерабатывать иранскую нефть на китайском заводе в «Дангаре» остается открытым. Но автомобильный транспорт еще долго будет оставаться основным средством передвижения в республике и потребность в топливе будет только расти.

Как бы там ни было, трудности Таджикистана в этой области не так уж и велики, а перспективы достаточно прозрачны, но энергетика — это та сфера, заниматься которой надо непрерывно, только так можно быть уверенным, что стране хватит энергии для развития.

ОПЕК не видит альтернативы нефти в ближайшую четверть века

Нефть останется доминирующим источником энергии в мире вплоть до 2045 г., сохранив свою долю в мировом энергобалансе на уровне около 30%. Об этом говорится в ежегодном обзоре ОПЕК World Oil Outlook 2020, опубликованном 8 октября. В целом на ископаемые виды топлива – нефть, газ и уголь – совокупно придется 72,5% мирового энергобаланса, следует из доклада организации.

В целом, как ожидает ОПЕК, спрос на первичные источники энергии – нефть, газ, уголь, АЭС и возобновляемые источники – вырастет с 289,1 млн барр. нефтяного эквивалента (н. э.) в сутки в 2019 г. до 361,3 млн в 2045 г. При этом нефть останется топливом с наибольшей долей в энергобалансе, хотя она и сократится с 31,5% в 2019 г. до 27,5% в 2045 г., а доля газа за тот же период возрастет с 23,1 до 25,3%. В абсолютном выражении спрос на нефть может вырасти за тот же период с 91 млн до 99,5 млн барр. н. э./сутки, а спрос на газ – с 66,9 млн до 91,2 млн барр. н. э. в сутки. В то же время в ОПЕК прогнозируют сокращение доли угля с 26,7% в 2019 г. до 19,7% в 2045 г. Остальные 27,5% в энергобалансе займут атомная генерация, а также гидростанции и другие возобновляемые источники энергии (ВИЭ). А самые быстрые темпы роста среди всех источников энергии продемонстрируют солнечная, ветряная и геотермальная энергия – суммарно на 6,6% в год.

Таким образом, в долгосрочной перспективе ОПЕК продолжает придерживаться консервативных взглядов на будущее энергетики. В прошлогоднем докладе организация прогнозировала, что в 2040 г. доля газа в мировом энергобалансе будет составлять 25,2% (90,3 млн из 357,5 млн барр н. э./сутки), а доля нефти – 28,2% (при росте в абсолютном выражении до 100,7 млн барр./сутки). В новом докладе ОПЕК расширила горизонт прогнозирования еще на пять лет, однако взгляд на перспективы глобального энергобаланса существенно не изменился.

Анализируя эти прогнозы, нужно делать поправку на то, что они представлены ОПЕК – организацией, деятельность которой связана именно с нефтью, говорит директор по исследованиям Vygon Consulting Мария Белова. В базовых сценариях большинства существующих сегодня прогнозов (от Международного энергетического агентства, IEA, и Мирового энергетического совета, WEC) предполагается, что нефть будет основным источником энергии до 2035 г., тогда как ОПЕК дает прогноз до 2045 г., добавила она. Белова отмечает, что изменение структуры глобального топливно-энергетического баланса происходит медленно: 25 лет назад доля нефти составляла 39% против текущих 33%, а газа – 21% против 24%. Прежде всего это связано с инвестиционными циклами и неэластичностью спроса на углеводороды на коротком временном промежутке, объясняет эксперт. «Но ВР прогнозирует, что в следующие 30 лет доля возобновляемых источников будет расти темпами, которые не были свойственны ни одному энергоресурсу с 1900 г.», – добавляет Белова.

В последние 10 лет промышленные компании ищут альтернативу нефти, и эти попытки оказываются удачными. Например, электротранспорт в его различных формах – от электросамокатов до электромобилей – отвоевывает долю на рынке, говорит доцент кафедры экономической теории РЭУ им. Г. В. Плеханова Олег Чередниченко. Это влияет на расстановку сил в глобальном энергобалансе. Но до 2045 г. кардинальных изменений ждать не стоит, полагает он.

Основная проблема развития возобновляемых источников заключалась в стоимости технологий, но она постепенно снижается, отмечает директор практики оказания консультационных услуг компаниям энергетической отрасли PwC в России Дмитрий Стапран. По его словам, с 2010 по 2019 г. стоимость создания ветряных электростанций снизилась на 30–40%, а солнечных – примерно на 80%. Другая проблема – нестабильность выработки электроэнергии, говорит аналитик. По его словам, ее можно решить за счет накопителей электроэнергии, стоимость которых также падает с каждым годом. Стапран отмечает, что «зеленая энергетика не выделяет парниковых газов и в этом смысле ее вклад в замедление глобального потепления сложно переоценить, хотя в цепочке создания стоимости есть кремний, алюминий и т. д. (которые также оказывают негативное влияние на окружающую среду. – «Ведомости»)». Так или иначе, возобновляемые источники уже занимают до четверти в энергобалансах в Германии, Португалии, Испании, Великобритании и эта доля будет расти, уверен Стапран.

Как мы используем энергию, промышленность — Национальные академии

Промышленность

Около одной трети энергии, использованной в США в 2015 году, ушло на промышленность. Это понятно, учитывая широкий спектр деятельности в этом секторе экономики. Каждый продукт, на который мы полагаемся — от бензина и автомобилей до продуктов питания, зданий, машин и приборов — требует энергии для производства. Использование энергии в промышленности напрямую влияет на каждого гражданина через стоимость товаров и услуг, качество производимой продукции, силу экономики и наличие рабочих мест.

Использование энергии в промышленности напрямую влияет на каждого гражданина через стоимость товаров и услуг, качество производимой продукции, силу экономики и наличие рабочих мест.

Промышленный сектор использует энергию разными способами. Одно из основных применений заключается в повышении температуры компонентов в производственном процессе, что называется технологическим нагревом. Примером этого является переработка сырой нефти, при которой тепло используется для разделения различных дистиллятов.Еще одно распространенное использование энергии в промышленности — нагревание котла, вырабатывающего пар или горячую воду.

Некоторые отрасли промышленности используют очень большую долю энергии в промышленном секторе. Нефтепереработка является основным потребителем, за которым следует химическая промышленность. Эти пользователи, а также целлюлозно-бумажная и металлургическая промышленность, составляют 78% от общего объема промышленного потребления энергии.

Промышленность и обрабатывающая промышленность в значительной степени зависят от природного газа (30% всей энергии, потребленной промышленным сектором в 2015 году), нефти и других жидкостей (26%) и электроэнергии (10%), а остальную часть составляют уголь, возобновляемые источники энергии и биотопливо. .

По прогнозам, потребности промышленности в энергии вырастут на 31% в течение следующих 25 лет, когда на них будет приходиться около 38% от общего потребления в США. Частично это увеличение может произойти из-за того, что некоторые производственные предприятия, ранее находившиеся за границей, возвращаются в Соединенные Штаты в ответ на недавнюю тенденцию к снижению цен на природный газ, вызванную увеличением внутреннего производства.

Использование энергии в промышленности

США — высокоразвитая индустриальная страна.В 2020 году на промышленный сектор приходилось 36% от общего конечного потребления энергии в США и 33% от общего потребления энергии в США. ¹

Промышленность использует множество источников энергии

• Природный газ
• Нефть, такая как дистиллят, мазут и жидкие углеводородные газы (HGL)
• Электричество
• Возобновляемые источники, в основном биомасса, такая как жидкости для варки целлюлозы (так называемый черный щелок , ) и другие отходы производства бумаги и отходы сельского хозяйства, лесного хозяйства и лесопиления
• Уголь и кокс угольный

Большинство отраслей закупают электроэнергию у электроэнергетических компаний или независимых производителей электроэнергии.Кроме того, некоторые промышленные предприятия также вырабатывают электроэнергию для собственных нужд, используя топливо, которое они покупают, и / или остатки производственных процессов. Например, многие бумажные фабрики имеют теплоэлектростанции, которые могут сжигать покупный природный газ или уголь и черный щелок, произведенный на их фабриках, для получения технологического тепла и выработки электроэнергии. Некоторые производители производят электроэнергию с помощью солнечных фотоэлектрических систем, расположенных на их объектах. Некоторые промышленные предприятия продают часть вырабатываемой электроэнергии.

• Тепло в производственных процессах и отопление помещений в зданиях
• Котельное топливо для производства пара или горячей воды для технологического отопления и выработки электроэнергии
• Сырье (сырье) для производства таких продуктов, как пластмассы и химикаты

Промышленный сектор использует электроэнергию для работы промышленных двигателей и оборудования, освещения, компьютеров и оргтехники, а также оборудования для отопления, охлаждения и вентиляции помещений.

Энергопотребление по отраслям промышленности

В промышленном секторе наибольшая доля годового потребления энергии промышленностью приходится на обрабатывающую промышленность, за которой, как правило, следуют горнодобывающая промышленность, строительство и сельское хозяйство. Горнодобывающая промышленность включает добычу полезных ископаемых, неминеральных продуктов, таких как камень и гравий, уголь, нефть и природный газ. Сельское хозяйство включает сельское хозяйство, рыболовство и лесное хозяйство. Производство — это физическое, механическое или химическое преобразование материалов или веществ в новые продукты.Управление энергетической информации США (EIA) делает прогнозы потребления энергии этими четырьмя основными видами промышленной деятельности в Ежегодном энергетическом обзоре , который включает типы и объемы использования энергии по типам отрасли и производителям.

• производство 77%
• горнодобывающая промышленность 12%
• строительство 7%
• сельское хозяйство 5%

Категории обрабатывающей промышленности в прогнозах УЭО в целом согласуются с Североамериканской отраслевой классификационной системой (NAICS), используемой в Обследовании потребления энергии в обрабатывающей промышленности (MECS).EIA проводит MECS каждые четыре года для сбора подробной информации об использовании энергии и расходах, а также других данных производственными предприятиями США. Согласно MECS 2018, комбинированное использование энергии шестью энергоемкими подсекторами обрабатывающей промышленности — химикаты, нефть и угольные продукты, бумага, первичные металлы, продукты питания и продукты неметаллических минералов — составило 16,9 квадриллиона БТЕ, или 87% от общего потребления энергии в обрабатывающей промышленности. На три самых энергоемких производственных подсектора — химическая промышленность, нефть и угольные продукты и бумага — в совокупности потреблялось почти 70% от общего объема энергопотребления в обрабатывающей промышленности в 2018 году.

Потребление энергии в производстве включает топливные и нетопливные источники

Производители потребляют два основных типа источников энергии — топливных и нетопливных . Потребление топлива — это использование горючих источников энергии для производства тепла и / или выработки электроэнергии (которая, по мнению производителей, в основном используется для собственных нужд), а также использование электроэнергии для работы оборудования и связанных производственных мощностей. Нетопливные источники — это сырье (сырье), которое используется для производства продукции.Согласно MECS 2018, на использование топлива приходилось около 68%, а на нетопливные источники / сырье приходилось около 32% от общего первого использования энергии производителями США в 2018 году. ²

Энергопотребление в производстве по подсекторам и видам энергии в 2018 г. (трлн британских тепловых единиц)

Подсектор	Топливо	Нетопливный	Всего
Химия	2 815	4 326	7 141
Нефть и угольные продукты	3 342	903	4 245
Бумага	2,488	3	2,491
Первичные металлы	1,734	307	2,041
Продукты питания	1,511		1,511
Неметаллические полезные ископаемые	1,161		1,161
Все остальные	247	599	846
Итого	13 298	6,138	19 436

HGL (без природного бензина) составили 46% от общего количества U.S. использование производственного сырья в 2018 году. HGL — это сырье для производства пластмасс и химикатов. Природный газ, следующий по величине нетопливный источник энергии для производства, является основным сырьем для производства удобрений.

• HGLs 2,834 TBtu 46%
• природный газ 958 ТБТЕ 16%
• уголь 425 ТБТЕ 7%
• прочие 1,920 ТБТЕ 31%

На уголь приходилось 7% от общего объема использования энергетического сырья для производства в 2018 году, из которых около 60% было использовано производителями первичных металлов (в основном для производства чугуна и стали), а оставшаяся часть использовалась производителями нефти и угольных продуктов.Другое сырье включало кокс и мелочь и нефтепродукты — остаточное и дистиллятное жидкое топливо, асфальт / битум, смазочные материалы, парафины и нефтехимические продукты.

Среди производителей основными потребителями нетопливной энергии / сырья являются подсекторы химикатов, нефти и угля, а также первичных металлов. В 2018 году на производителей химической продукции приходилось около 70% от общего объема нетопливного энергетического сырья, используемого производством, и 22% от общего объема использования топливной и нетопливной энергии / сырья в производственном секторе США.

Последнее обновление: 2 августа 2021 г.

Каковы основные источники и потребители энергии в США?

Серия «Объяснение энергии» Управления энергетической информации: Энергия в Соединенных Штатах и ​​как Соединенные Штаты используют энергию

Источники энергии в США

«На три основных ископаемых топлива — нефть, природный газ и уголь — вместе взятых приходится около 77.6% производства первичной энергии в США в 2017 году:

• Природный газ: 31,8%
• Нефть (жидкости для заводов по производству сырой нефти и природного газа): 28%
• Уголь: 17,8%
• Возобновляемая энергия: 12,7%
• Атомная электроэнергетика: 9,6%

Энергопотребление в США

«Соединенные Штаты — высокоразвитое и индустриализированное общество. Американцы используют много энергии в домах, на предприятиях и в промышленности. Американцы также используют энергию для личных путешествий и перевозки товаров.Есть пять энергопотребляющих секторов:

• Промышленный сектор [32% всего потребления энергии, включая электричество] включает объекты и оборудование, используемое для производства, сельского хозяйства, горнодобывающей промышленности и строительства.
• Транспортный сектор [29% всего потребления энергии, включая электричество] включает транспортные средства, которые перевозят людей или товары, такие как автомобили, грузовики, автобусы, мотоциклы, поезда, самолеты, лодки, баржи и корабли.
• Жилой сектор [20% всего потребления энергии, включая электричество] состоит из домов и квартир.
• Коммерческий сектор [18% всего потребления энергии, включая электричество] включает офисы, торговые центры, магазины, школы, больницы, гостиницы, склады, рестораны, места отправления культа и общественных собраний.
• Электроэнергетический сектор потребляет первичную энергию для выработки большей части электроэнергии, потребляемой другими четырьмя секторами ».

Подробнее на веб-сайте «Energy Explained» Управления энергетической информации.

Подробнее:

• Наша энергетическая система (интерактивная диаграмма), Национальные академии
  Визуализация источников энергии, которые используются в США, включая солнечную, ядерную, гидроэнергетическую, ветровую, геотермальную, природный газ, уголь, биомассу и нефть.Показывает, какой объем каждого первичного источника энергии используется, сколько идет на производство электроэнергии и в каких секторах используется каждый источник энергии.
  
• Monthly Energy Review (Data), Energy Information Administration
  Ежемесячная статистика производства и потребления энергии для нефти, природного газа, угля, электроэнергии (из возобновляемых и невозобновляемых источников), ядерной энергии и возобновляемых источников. Также включает статистику выбросов по источникам энергии.
  
• International Energy Outlook (Отчет), Управление энергетической информации
  Годовой отчет об источниках и использовании энергии во всем мире, включая прогнозы использования в будущем.
  
• Международное производство и потребление энергии (веб-инструмент), Международное энергетическое агентство
  Диаграмма потока («Санки»), показывающая производство (по источникам) и потребление (по секторам) энергии в мире и в отдельных странах каждый год с 1973 года.

Первичный источник энергии — обзор

14.3.1 Прерывистые возобновляемые источники энергии и надежные невозобновляемые источники энергии

Первичные источники энергии обычно классифицируются как возобновляемые или невозобновляемые в зависимости от того, используют ли они истощающийся энергоресурс.Ископаемое топливо невозобновляемо, тогда как гидроэнергетика, энергия ветра, солнца и волн обычно считается возобновляемой. На границе находятся атомная электростанция ¹⁶ , которая истощает запас топлива, но относительно медленными темпами, и геотермальная энергия (Уильямсон, глава 11 этого тома), которая в большинстве случаев использует подземный резервуар тепла, достаточно большой, чтобы обеспечить его истощение. следует игнорировать в рамках обычных горизонтов планирования энергоснабжения. ¹⁷ Здесь геотермальная энергия рассматривается как возобновляемая.Кроме того, это технология, которая относительно безвредна с точки зрения выбросов углерода — выбросы низкие, но не нулевые.

Важное различие между возобновляемыми и невозобновляемыми источниками энергии заключается в степени гибкости и управляемости темпов и сроков генерации. Хорошо спроектированный портфель электростанций, работающих на ископаемом топливе, можно эксплуатировать в соответствии с нагрузкой с небольшими ограничениями. Генерация на основе возобновляемых источников, напротив, зависит от естественных процессов для обеспечения первичной энергии, а это означает, что электрические системы с очень высокой долей возобновляемой генерации должны проектироваться с учетом ограничений, которые находятся вне контроля системного оператора: ветра и волновые колебания, осадки, суточный цикл солнечной радиации, регулярное, но изменяющееся во времени движение приливов и отливов.Эту неустойчивость необходимо каким-то образом компенсировать — технологиями хранения, которые позволяют разделить производство и потребление электроэнергии в режиме реального времени, или полагаться на невозобновляемые генераторы, способные наращивать и уменьшать объемы, чтобы заполнить пробелы в возобновляемом предложении, или на стороне спроса. который может в реальном времени реагировать на ценовые сигналы, отражающие колебания предложения.

Эксплуатационная разница между полностью возобновляемой системой и полностью невозобновляемой системой заключается не в части спектра базовой нагрузки, а в характере и степени вариаций производительности на предприятиях, не являющихся базовой нагрузкой (Рисунок 14.4).

Рисунок 14.4. Схематическое сравнение возобновляемых и невозобновляемых технологий.

В портфеле невозобновляемых источников энергии системный оператор может использовать пиковую установку для отслеживания колебаний нагрузки, что означает, что адекватность и надежность поставки напрямую определяются человеческими решениями по строительству, техническому обслуживанию, закупке топлива и диспетчеризации системы. Таким образом, «возрастающая изменчивость» в левой части рисунка 14.4 является положительной чертой портфеля генерации.

В портфеле возобновляемых источников энергии «возрастающая непостоянство» в правой части рисунка 14.4 отражает изменения выпуска, которые вызваны не следствием нагрузки, а естественными процессами, которые в значительной степени не коррелируют с пиками спроса. Следовательно, системный оператор должен иметь некоторый управляемый компонент всей системы, который может быть задействован для постоянного поддержания баланса спроса и предложения. Эти вопросы обсуждаются в связи с ветроэнергетикой Уайзер и Хэнд (глава 9 в этом томе).

Исследования, проведенные Комиссией по электроэнергии Новой Зеландии [13, 14, 15, 16], показывают, что нет физического предела осуществимости для интеграции ветра в систему Новой Зеландии примерно до 50 процентов от общей генерации, но, вероятно, будет расти затраты на вспомогательные услуги для поддержания надежности поставок, и эти затраты будут отражены в оптовых ценах ([1], Раздел 7).

В большинстве электроэнергетических систем ветровая генерация рассматривается как неотправляемый источник колебаний остаточного спроса, с которым сталкиваются центральные генераторы [18, 19].В отличие от этого, новые крупные ветряные электростанции Новой Зеландии включены в центральный диспетчерский график системного оператора на основе «прогноза устойчивости» их производства на 2 часа вперед и по ограниченной цене предложения, равной нулю или 0,01 новозеландского доллара за штуку. МВтч ([1]; Правило управления электроэнергетикой 3.6.33 ¹⁸ ). Отгрузка возможна, потому что практически все ветряные электростанции принадлежат крупным розничным продавцам генераторов с достаточно диверсифицированными портфелями генерации, чтобы обеспечить внутрифирменное резервное копирование, обычно за счет гидроэнергетики, и из-за относительно высокого коэффициента ветровой нагрузки в Новой Зеландии, обычно 30–45 процентов.Фактическое отсутствие распределенной ветровой генерации, вводящей мощность ниже точек выхода из сети, означает, что изменчивость остаточной нагрузки на сеть из-за распределенного ветра еще не была проблемой в Новой Зеландии.

В Новой Зеландии гидроэнергетика исторически обеспечивала контролируемую изменчивость. Hydro — это высококачественный возобновляемый источник, сочетающий базовую нагрузку и пиковую мощность, хотя он сталкивается с ограничениями, налагаемыми реками Новой Зеландии, которые допускают только ограниченное хранение и которые подлежат минимальным и максимальным ограничениям стока по экологическим причинам.Однако разработка гидроресурсов в Новой Зеландии достигла зрелой стадии: несколько крупных рек остались неповрежденными, а затраты на их освоение для производства электроэнергии растут — не только затраты на строительство, но и растущая альтернативная ценность диких и живописных рек для туризма в стране. промышленность, которая в настоящее время является основным источником поступления иностранной валюты.

Таким образом, запланированный возврат к возобновляемым источникам энергии на 90 процентов должен будет зависеть в основном от геотермального развития в сочетании с ветровой, волновой и приливной генерацией.Чтобы компенсировать непостоянство этих трех последних технологий, традиционным решением было бы строительство пиковой электростанции, работающей на газе или жидком топливе, для работы в периоды, когда спрос высок, а ветер и волны отключены. Однако, если такие новые мощности, работающие на ископаемом топливе, будут построены и разрешено участвовать в торгах на поставку, рынок будет склонен «выбирать» значительный объем электроэнергии от этих станций, работающих на ископаемом топливе, что исключит использование 100-процентной системы возобновляемых источников энергии и может сделать даже 90 процентов проблематичными.

Комбинация коммерчески управляемого оптового рынка генерации и растущей системной потребности в резервной мощности, которая будет работать только часть времени, поднимает вопросы разработки контрактов и регулирования, которые не были решены. В последнее время предполагаемая нехватка резервных мощностей для покрытия в засушливые годы (когда выработка гидроэлектростанций низкая) привела к тому, что правительство построило пиковую станцию, которая блокируется регулированием от участия в торгах на рынке, за исключением случаев штрафных оптовых цен (более 200 долларов за штуку). МВтч).Если рост доли возобновляемых источников энергии сопровождается увеличением потребности в резервных мощностях, и если поддерживающей технологией является поставка на ископаемом топливе, ограничение выработки тепловой энергии ниже 10 процентов от общей выработки, вероятно, потребует либо очень высокого налога на выбросы углерода, либо нормативных ограничений для отгрузка тепловой мощности после того, как стоимость строительства будет понизена, или и то, и другое. На данном этапе такие вопросы политики не обсуждались, по крайней мере, публично.

Очевидно, что проблема прерывистости гораздо меньше в электроэнергетической системе, которая связана с другими странами, такими как Соединенное Королевство (при поддержке ЕС) и большинство штатов США, кроме Гавайев.В таких случаях целевой показатель доли возобновляемых источников энергии в отечественной генерации может быть достигнут, даже если значительная часть спроса удовлетворяется за счет внешних невозобновляемых источников энергии.

Новая Зеландия, как Гавайи и Исландия, представляет собой островную систему, не имеющую связи с какой-либо другой страной, хотя два основных острова страны связаны между собой и обеспечивают взаимную поддержку. Интеграция возобновляемых источников энергии в принципе более сложна для островных систем, чем для континентальных, из-за отсутствия внешней поддержки.Когда островной рынок невелик, он также страдает от неспособности получить экономию от масштаба и масштаба при поддержании стандартов надежности.

Многое, конечно, зависит от того, какой именно набор возобновляемых источников энергии фактически установлен [23]. Диверсификация помогает: ряд технологий, распространенных в разных местах, может сгладить последствия перебоев на уровне отдельного энергоблока [42]. Распределение ветряных электростанций на обширной географической территории должно привести к более надежному потоку генерации, поскольку скорость ветра варьируется от места к месту, а колебания скорости ветра с меньшей вероятностью будут коррелированы между широко рассредоточенными участками.Неустойчивые модели ветра, волн, приливов и осадков могут компенсировать друг друга, так что вероятность обеспечения надежного, а значит, легко управляемого потока электроэнергии возрастает по мере увеличения количества взаимосвязанных технологий [22].

4. Источники энергии

Обучение источникам энергии поддерживается 7 ключевыми концепциями:

4.1 Люди передают энергию из окружающей среды и преобразуют ее в формы, полезные для человеческих усилий. Основными источниками энергии в окружающей среде являются такие виды топлива, как уголь, нефть, природный газ, уран и биомасса.Все виды топлива из первичных источников, кроме биомассы, не являются возобновляемыми. Первичные источники также включают возобновляемые источники, такие как солнечный свет, ветер, движущаяся вода и геотермальная энергия.

4.2 Использование энергии человеком ограничено и ограничено. Промышленность, транспорт, городское развитие, сельское хозяйство и большинство других видов деятельности человека тесно связаны с количеством и видом доступной энергии. Доступность энергетических ресурсов ограничивается распределением природных ресурсов, доступностью доступных технологий, социально-экономической политикой и социально-экономическим статусом.

4.3 Ископаемое и биотопливо — это органические вещества, содержащие энергию, улавливаемую солнечным светом. Энергия в ископаемых видах топлива, таких как нефть, природный газ и уголь, поступает из энергии, которую производители, такие как растения, водоросли и цианобактерии, давно улавливали из солнечного света. Энергия в биотопливе, таком как пища, древесина и этанол, поступает из энергии, которую производители улавливали из солнечного света совсем недавно. Энергия, хранящаяся в этих видах топлива, высвобождается во время химических реакций, таких как горение и дыхание, которые также выделяют углекислый газ в атмосферу.

4.4 Люди переносят энергию с места на место. Топливо часто не используется у источника, а транспортируется, иногда на большие расстояния. Топливо транспортируется в основном по трубопроводам, грузовикам, судам и поездам. Электроэнергия может быть получена из различных источников энергии и может быть преобразована практически в любую другую форму энергии. Электрические цепи используются для распределения энергии в отдаленные места. Электричество — это не первичный источник энергии, а энергоноситель.

4.5 Люди вырабатывают электричество разными способами. Когда магнит движется или магнитное поле изменяется относительно катушки с проволокой, электроны движутся по проволоке. Таким образом происходит большая часть производства электроэнергии человеком. Электроны также можно заставить течь через прямое взаимодействие с легкими частицами; это основа, на которой работает солнечный элемент. Другие способы производства электричества включают электрохимические, пьезоэлектрические и термоэлектрические.

4.6 Люди намеренно накапливают энергию для дальнейшего использования различными способами.Примеры включают батареи, резервуары для воды, сжатый воздух, водород и аккумуляторы тепла. Хранение энергии связано с множеством технологических, экологических и социальных проблем.

4.7 Различные источники энергии и разные способы преобразования, транспортировки и хранения энергии имеют разные преимущества и недостатки. Данная энергетическая система, от источника до потребителя, будет иметь собственный уровень энергоэффективности, денежных затрат и экологического риска. Каждая система также будет иметь последствия для национальной безопасности, доступа и справедливости.

Тема источников энергии может быть одной из определяющих в жизни наших студентов

По мере того, как нефтяные ресурсы становятся все более пугающими, разведка раздвигает границы того, что технологически возможно, например, бурение в глубоких морских водах.

Происхождение: Фотография из галереи изображений Microsoft.
Повторное использование: Если вы хотите использовать этот элемент за пределами этого сайта способами, которые выходят за рамки добросовестного использования (см. Http://fairuse.stanford.edu/), вы должны получить разрешение от его создателя.

Идет энергетический переход. Знаменательное Парижское климатическое соглашение 2016 г. стало четким сигналом о необходимости перехода всего мира к низкоуглеродной энергии. Несмотря на то, что США намереваются выйти из Парижского соглашения, переход на чистую энергию не ослабевает, во главе с другими странами мира, а также штатами, городами и корпорациями США.

Истоки нашего энергоснабжения — увлекательная и увлекательная тема для студентов, и это отличный способ узнать о различных способах производства энергии, а также о воздействии и социальных последствиях различных типов энергии.Эти концепции вращаются вокруг энергии, которая используется в человеческих целях, включая возобновляемые и невозобновляемые источники энергии, хранение энергии, производство электроэнергии и транспортировку энергии с места на место.

Важной отправной точкой для этой темы является концепция возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Многие студенты уже знакомы с идеей о том, что ископаемое топливо восстанавливается гораздо медленнее, чем мы его используем, поэтому оно невозобновляемо. Возобновляемая энергия бывает разных форм: гидроэлектрическая, солнечная, ветровая, геотермальная и биотопливо.Каждый из них предлагает множество связанных тем и нюансов. Например, солнечная энергия может вырабатываться на одной крыше или на крупных солнечных фермах. Солнечная энергия также может быть получена путем концентрации солнечных электростанций, которые используют массив зеркал для направления солнечной энергии на центральную башню. Этот тип солнечной энергии может доставлять энергию даже ночью. Детальное изучение производства энергии может предотвратить чрезмерно упрощенную маркировку определенных видов энергии как хорошей или плохой.

Также стоит затронуть практические и технологические аспекты энергетики.Распределение энергетических ресурсов по всему миру неравномерно, поскольку в одних регионах источников энергии много, а в других их нет. Области, где энергия используется наиболее интенсивно, не обязательно являются теми же местами, где естественным образом существуют энергетические ресурсы. Например, богатые месторождения нефти и газа находятся в прибрежной морской среде, а ветряные электростанции расположены в сельской местности. В обоих случаях эта энергия передается туда, где она потребляется. Более того, конечное использование энергии зависит от географии, времени года и времени суток.Таким образом, энергию необходимо транспортировать, хранить и преобразовывать из одной формы в другую, чтобы она была доступна тогда и там, где это необходимо.

Изучение источников энергии предлагает практические уроки Сегодняшние студенты становятся свидетелями возрождения энергетических технологий. После десятилетий использования энергии, в которой преобладали ископаемые виды топлива, предстоит изучить широкий спектр инновационных возможностей. Переход мира от углеродоемких видов топлива — важная тема, которая предлагает богатые, актуальные и многогранные возможности обучения.К изучению источников энергии можно подходить с точки зрения инженерии, здравоохранения, экономики или международной торговли, что делает идеальным мультидисциплинарный подход (эти идеи также рассматриваются в Энергетических решениях).

Так же, как экосистемы зависят от поступления энергии, человеческое общество также зависит от энергии для инфраструктуры, транспорта, продуктов питания и большинства других видов человеческой деятельности. Однако существуют пределы того, сколько энергии доступно данному обществу. Даже возобновляемые виды энергии зависят от географического положения и технологической доступности.Запасы невозобновляемой энергии ограничены и влияют на их добычу, транспортировку и потребление. Ценообразование на энергию, энергетическая справедливость и энергетическая безопасность — все это факторы, которые определяют, насколько легко энергия доступна различным слоям общества. Некоторые общества обладают изобилием энергии, в то время как другие борются за удовлетворение своих основных потребностей. Изучая эти концепции, студенты могут начать понимать, как люди зависят от использования энергии, но также ограничены практическими аспектами использования энергии.

Помогаем студентам понять эти идеи

График Управления энергетической информации, который показывает распределение использования энергии по различным источникам. Это изображение обновляется ежегодно, а текущую информацию можно найти по адресу https://www.eia.gov/energyexplained/us-energy-facts/.

Происхождение: Управление энергетической информации США
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может использоваться повторно без ограничений.

Большинство студентов уже понимают, что энергия может происходить из многих источников.Однако они могут иметь неправильные представления о том, откуда берется их собственная энергия или сколько энергии получается из различных источников. Например, студенты могут быть удивлены, узнав, что лишь небольшая часть энергоснабжения США поступает от ветряных турбин и других возобновляемых источников (11% в 2018 году), в то время как 80% приходится на ископаемое топливо. Ядерная энергия обеспечивает 8% энергоснабжения США (Управление энергетической информации, эта страница обновляется ежегодно). Несмотря на популярность и важность технологий использования возобновляемых источников энергии, важно понимать, что ископаемые виды топлива по-прежнему составляют подавляющую часть нашего энергетического портфеля, и, по прогнозам, так и останется в ближайшие десятилетия (источник: Управление энергетической информации, 2020).

Это иллюстрирует экстраординарные проблемы, с которыми мы сталкиваемся, выходя за рамки ископаемого топлива. Переход от ископаемого топлива приводит к возникновению нового набора вопросов, таких как накопление энергии, технология аккумуляторов и энергоснабжение, которое объединяется из многочисленных прерывистых источников, а не из нескольких стационарных электростанций.

Сегодняшние студенты, вероятно, будут в восторге от возобновляемых источников энергии, что является отличным способом их заинтересовать. Но важно, чтобы они узнали о проблемах и реалиях капитального ремонта энергетической системы.Например, рассмотрим огромные установки возобновляемых источников энергии, которые потребуются для замены 80% энергии, поступающей из ископаемого топлива, и логистику размещения ветряных турбин, солнечных электростанций или другой новой энергетической инфраструктуры. Цифры важны. Количественный анализ этих вопросов показывает, что нам предстоит пройти долгий путь в обеспечении надежного, безопасного и экологически чистого энергоснабжения.

Реализация этих идей в вашем классе

Наше энергетическое будущее больше, чем многие темы, которые мы преподаем, и это проблема, на которую нет однозначного ответа.Это может быть захватывающим призывом к действию для студентов. Возможно, они будут частью дизайнерских решений? Стандарты науки следующего поколения делают упор на инженерии, дизайне, междисциплинарном мышлении и решении проблем. Эти способы мышления необходимы для решения этой проблемы.

Энергия является частью жизни каждого студента и используется повсюду вокруг нас. Поэтому легко найти актуальность в обучении источникам энергии. В упражнении «Источник энергии» командам учеников предлагается создать концептуальный эскиз электричества, который начинается с их собственного выключателя света, и проследить его как можно дальше.Это задание можно использовать с любым классом, и оно служит вводным заданием, которое может побудить к дальнейшим исследованиям, а также может выявить неправильные представления. Студенты могут развить эту концепцию и разработать свои собственные энергетические портфели на основе интернет-исследований о различных источниках энергии.

Студенты также могли изучить передовые энергетические инновации, такие как солнечная черепица, энергия из водорослей или новые способы хранения энергии. Почти каждый день мы узнаем о новой возможности. Обратной стороной этого является то, что педагогам может быть трудно поспевать за быстрыми изменениями.Например, цены на возобновляемые источники энергии падают каждый год, а установки возобновляемых источников энергии опережают прогнозы во всем мире. Педагоги должны помнить о том, чтобы предоставлять актуальную информацию, что может включать проверку и обновление цифр каждый год. Управление энергетической информации предлагает множество данных, карт, графиков и прогнозов, которые можно использовать для исследования ряда вопросов.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• «Энергия для вас» показывает учащимся, как исследовать типы энергетических ресурсов в их родном штате.
• Биотопливо из водорослей: новая возобновляемая энергия — учащиеся изучают основные жизненные потребности водорослей (фитопланктона) посредством практического опыта и интерактивной игры.
• «Океаны энергии» посвящен исследованию океана как способу научиться улавливать, контролировать и распределять возобновляемые энергетические ресурсы океана. Студенты исследуют один источник энергии океана с помощью Интернета, а затем строят микрогидрогенератор.

Средняя школа

• The Great Energy Debate позволяет студенческим командам сформулировать ключевые моменты плюсов и минусов назначенного им источника энергии и сравнить их с другими.
• «Соединенные Штаты энергетики» — это увлекательная интерактивная карта и база данных, которые иллюстрируют производство и потребление энергии в разных штатах. Полезно для интернет-исследований, проводимых студентами, или для сравнения энергии в разных состояниях.
• Wind Maps — это карта средней годовой скорости ветра на высоте 80 метров над землей. Эту карту можно использовать для оценки потенциала ветроэнергетики в США.

Колледж

• Энергия ветра Использование Google Планета Земля использует семь крупных ветряных электростанций, разбросанных по всему миру, для сравнения потенциальной мощности ветровых ресурсов каждой фермы.
• «Наша энергетическая система» — это интерактивная диаграмма от Национальной академии наук, которая показывает, как мы полагаемся на различные первичные источники энергии для обеспечения энергией четырех секторов конечного потребления (жилой, коммерческий, промышленный и транспортный).
• Обозреватель данных по электроэнергии содержит самые свежие данные о производстве электроэнергии в США. Данные можно фильтровать и отображать в виде графиков разными способами, и они полезны для уроков по вопросам производства энергии.
• Natural Gas and Marcellus Shale использует тематический подход к изучению гидроразрыва пласта.
• Выбор участков для проектов в области возобновляемых источников энергии использует Google Планета Земля для исследования различных источников возобновляемой энергии и выбора участков в Соединенных Штатах, которые могут быть подходящими для развития возобновляемых источников энергии.

Найдите занятия и наглядные пособия для преподавания этой темы

Поиск по классу: средняя школа старшая школа введение колледж высший колледж поиск все классы

Список литературы

Общее производство и потребление энергии по штатам — это интерактивная карта США.S., что приводит к производству, потреблению и источникам энергии для каждого штата. Вкладки вверху каждой страницы содержат подробную информацию об энергии в каждом состоянии. На момент написания этой статьи данные были за 2017 год, и вполне возможно, что Управление энергетической информации продолжит обновлять эту страницу.

Hourly Electric Grid Monitor от Управления энергетической информации показывает графики в реальном времени источников электроэнергии, работающих в различных регионах США. Выпадающее меню в верхнем левом углу предлагает дополнительные инструменты для анализа электроэнергии.

Annual Energy Outlook от Управления энергетической информации. Это «вечнозеленый» источник, который обновляется каждый год. В отчете представлены тенденции в использовании энергии, производстве электроэнергии, выбросах CO ₂ и т. Д.

50 государственных целей для чистой энергии — это набор из 50 информационных бюллетеней / инфографики, показывающих конкретные планы перехода на возобновляемые источники энергии в каждом штате США. Данные включают создание рабочих мест. Данные Стэнфордского университета.

Самые используемые источники энергии в мире

Energy Business Review перечисляет наиболее используемые источники энергии в мире на основе доли каждого источника в мировом потреблении энергии за последние пять десятилетий, согласно оценкам BP.

Нефть исторически была наиболее используемым источником энергии в мире, на долю которого приходится около 39% мирового потребления энергии. Фото: любезно предоставлено ArionEstar.

Масло — 39%

Нефть, на долю которой приходится примерно 39% мирового потребления энергии, исторически была самым используемым источником энергии в мире. Несмотря на спад за последние два десятилетия, спрос на нефть оставался высоким в основном из-за спроса со стороны стран с развивающейся экономикой, особенно стран, не входящих в ОЭСР.

Потребление нефти в 2014 году выросло на 0,8% по сравнению с 2013 годом, что стало самым высоким показателем роста среди всех видов ископаемого топлива. США были крупнейшим потребителем нефти в течение последних двух десятилетий, за ними следует Китай, который потребляет все больше нефти, особенно бензина. Спрос на средние дистилляты в последние годы был вялым из-за более слабого спроса на дизельное топливо, вызванного слабым экономическим ростом, в то время как спрос на легкие дистилляты растет.

Уголь — 28%

Уголь

также стал одним из наиболее быстрорастущих видов ископаемого топлива благодаря быстрой индустриализации Китая.Потребление угля за последние десять лет выросло в среднем на 2,9%, но его доля в мировом потреблении энергии снижалась, хотя прошлый год был исключением, когда он вырос на 0,4%.

Падение потребления угля объясняется изменением спроса в Китае, который является ведущим потребителем угля. Использование угля в Китае заменяется более благоприятными видами топлива, в то время как его ценность в энергетическом секторе снизилась в результате сильного роста гидроэнергетических установок. В Индии зафиксирован самый большой в мире прирост объемов — 11.1% в потреблении угля (360,2 млн т н.э.) в 2014 г.

Потребление газа росло в среднем на 2,4% за последние десять лет. Фото: любезно предоставлено Рикцем.

Газ — 22%

Потребление газа росло в среднем на 2,4% за последние десять лет. Спрос на газ в первую очередь связан с колебаниями температуры, и в последние годы на его потребление повлиял слабый спрос в Европе из-за мягких зим.

Газ также потерял свою долю в секторе энергетики, где ископаемое топливо по-прежнему является предпочтительным вариантом.В 2014 году в Европе было зафиксировано самое большое объемное и процентное снижение потребления газа на 11,6%. Тем не менее, континент по-прежнему остается ведущим потребителем природного газа, за которым следует Северная Америка с последнего десятилетия.

Гидроэлектроэнергия — 6%

Гидроэлектроэнергия — быстрорастущий источник энергии с глобальной долей более 6%, в то время как ее средний темп роста за 10 лет составляет 3,3%. Потребление гидроэлектроэнергии неуклонно растет, при этом на Азиатско-Тихоокеанский регион приходится большая часть.В 2014 году потребление в Китае, где находится крупнейшая в мире гидроэлектростанция, плотина Три ущелья, выросло на 15,7% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.

Тенденция к росту потребления гидроэлектроэнергии является результатом ряда факторов, включая относительно низкую стоимость единицы электроэнергии.

Производство и потребление ядерной энергии все еще находятся на стадии восстановления после аварии на Фукусиме. Фото: любезно предоставлено Wizkid.

Атомная энергия — 4,4%

Потребление ядерной энергии выросло за последние пару лет и недавно превысило 10-летнее среднегодовое снижение, равное 0.8%. Производство и потребление ядерной энергии все еще находятся в фазе восстановления после аварии на Фукусиме, при этом производство по-прежнему на 10% ниже пикового уровня 2006 года. Впервые с 2009 года ядерная энергетика, похоже, увеличивает свою долю на мировом рынке, рост на 1,8% был зарегистрирован в 2014 году.

США были ведущим потребителем ядерной энергии в течение последних двух десятилетий, за ними следовала Франция. Недавно Япония стала свидетелем полной остановки производства и потребления ядерной энергии, поскольку ее последний действующий реактор был остановлен в 2013 году.Сендайская атомная электростанция, вновь введенная в эксплуатацию в августе 2015 года, является единственной действующей атомной электростанцией в Японии.

Ветер — 0,22%

Ветер, на который приходится примерно 3% мирового производства электроэнергии, продемонстрировал двузначный рост потребления, при этом в последнее десятилетие среднегодовые темпы роста составили 23,5%. Однако использование ветра в прошлом году выросло на 10,2% ниже среднего по сравнению со средним показателем за 10 лет из-за сокращения государственной поддержки в Европе и США.

Германия была ведущим потребителем энергии ветра до 2007 года, когда ее обогнали США как крупнейшего в мире производителя и потребителя энергии ветра. Ветер также становится все более популярным в азиатских странах, причем Азиатско-Тихоокеанский регион впервые в 2014 году обогнал страны Европы и Евразии по валовой установленной мощности. более высокая государственная поддержка.

Геотермальная энергия широко используется в некоторых странах, включая США, Кению, Исландию, Сальвадор и Новую Зеландию.Фотография любезно предоставлена ​​Asgegg.

Геотермальная энергия, биомасса и отходы — 0,4%

Общее потребление геотермальной энергии, биомассы и отходов за последние пять десятилетий составило более 1,6 миллиарда тонн нефтяного эквивалента, что делает их растущим сегментом возобновляемой энергии. Геотермальные источники являются хорошо известными и относительно более зрелыми из трех источников.

Геотермальная энергия широко используется в странах, включая США, Кению, Исландию, Сальвадор и Новую Зеландию. Однако его общая доля в мировом производстве электроэнергии очень мала и составляет 0.3%, так как он сосредоточен в нескольких местах. США были ведущим потребителем геотермальной энергии в течение последних нескольких десятилетий.

Солнечная — 0,03%

Солнечная энергия быстро завоевывает популярность в качестве предпочтительного источника энергии, при этом установленная мощность увеличилась более чем в четыре раза за последние четыре года. Доля солнечной энергии в мировом производстве электроэнергии за последние годы увеличилась вдвое и в настоящее время составляет примерно 0,8%.

Solar внесла примерно 15% в рост мировой энергетики в 2014 году.Германия является лидером по использованию солнечной энергии с 2005 года, в то время как Азиатско-Тихоокеанский регион также демонстрирует высокие темпы роста благодаря развитию Китая и Японии.

У вас есть интересный контент, которым вы можете поделиться с нами? Введите свой адрес электронной почты, чтобы мы могли с вами связаться.

Сила сквозь века

Кредит: Себастьян Тибо

Когда король Генрих VIII развелся с первой из своих шести жен в 1533 году, он спровоцировал события, которые глубоко изменили ход британской истории.Но, отказавшись от своей королевы и оторвавшись от католической церкви, он также начал что-то, что изменило общество так, как никто тогда не мог себе представить. Его захват церковной собственности предоставил богатые углем земли северной Англии для людей, ориентированных на прибыль, которые превратили мелкомасштабную добычу в процветающую промышленность. В течение следующих двух столетий уголь заменил древесину в качестве основного источника энергии в стране, способствуя развитию промышленности и городского населения. «Переход от древесины к углю был, пожалуй, самым значительным в истории энергетики», — говорит Роджер Фуке, исследователь энергетики Лондонской школы экономики и политических наук.«Влияние на общество было огромным».

История человеческого прогресса — от кочевых охотников-собирателей до горожан, владеющих смартфонами — это история энергии (см. «История энергии на высоких скоростях»). Использование альтернативных источников энергии привело к распространению технологий, обеспечивающих лучшее отопление, освещение, электроэнергию и транспорт, и, в конечном итоге, привело к современному миру высоких энергий. Изменения, как правило, были медленными, иногда вызванными предложением, иногда спросом, а иногда и случайными событиями, такими как пристрастие короля к новой жене.«Каждый случай индивидуален, — говорит Фуке. «В некоторых случаях преобладали новые источники энергии. В других они были скорее временным промежутком, играющим лишь эпизодическую роль в истории энергетики ».

Быстрая история энергии

~ 100 до н.э.

Китай использует природный газ, выделяемый во время глубокого бурения, для получения рассола, транспортируя газ по бамбуковым трубопроводам в печи.

~ 900

н. Э.

Персидский ученый Абу Бакр Мухаммад ибн Закария аль-Рази описывает процесс дистилляции масла для производства керосина в своем Китаб аль-Асрар ( Книга Тайн ).Кредит: Leemage / Getty

.

1086

Книга Судного дня, содержащая «великий обзор» Вильгельма Завоевателя о его новом королевстве, перечисляет 5624 водяные мельницы в Англии — по одной на 350–400 человек.

1534

Реформация Генриха VIII привела к продаже церковных земель и буму добычи угля. К 1620 году половина энергии в Англии поступает из угля Фото: Питер Барритт / Гетти

1712

Британский инженер Томас Ньюкомен строит первую практическую паровую машину для приведения в действие насоса на шахте.Предоставлено: библиотека изображений Де Агостини / Getty

.

1858-59

Эдвин Дрейк пробурил первую промышленную нефтяную скважину в Титусвилле, штат Пенсильвания. Скважина имеет глубину 21 метр и дает около 1500 литров нефти в день. Фото: Х. Армстронг Робертс / ClassicStock / Getty

1882

В Лондоне Томас Эдисон открывает первую угольную электростанцию, обеспечивающую электроэнергию для освещения, а несколько месяцев спустя — электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке, которая может зажечь 7 200 ламп.

1886

Работая по отдельности, Карл Бенц и Готтлиб Даймлер создают первые в мире легковые автомобили: простые автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине. Фото: Daimler AG

1904

В Лардерелло в Италии Пьеро Джинори Конти вырабатывает электричество, используя геотермальную энергию. В 1911 году в Лардерелло построена первая в мире геотермальная электростанция, которая снабжает электричеством железные дороги Италии.

1954

Bell Labs разрабатывает первый практический кремниевый фотоэлектрический элемент, который вырабатывает электричество из солнечного света. Нью-Йорк Таймс говорит, что это может означать новую эру, в которой мы в конечном итоге используем «почти безграничную энергию солнца». Фото: повторно использовано с разрешения Nokia Corporation

Экспериментальный реактор в Обнинске, Россия, является первым ядерным реактором, снабжающим электроэнергией энергосистему. Колдер-Холл, первый реактор промышленного масштаба, открывается двумя годами позже в северной Англии.

1975

Бразилия запускает программу Pró-Álcool по превращению сахарного тростника в этанол для топлива автомобилей. К 1981 году 90% новых автомобилей, продаваемых в Бразилии, могут работать на этаноле.

1980

Первая в мире ветряная электростанция с 20 ветряными турбинами построена на горе Кротчед в Нью-Гэмпшире. Одиннадцать лет спустя Дания строит первую морскую ветряную электростанцию ​​Фото: Mogens Carreby / Ørsted

2009

В результате быстрого экономического роста Китай обогнал Соединенные Штаты по потреблению энергии.К 2015 году он использовал на 32% больше, чем Соединенные Штаты, хотя его потребление на душу населения составляло лишь одну треть от этого показателя.

По мере того, как общество вступает в следующий важный энергетический сдвиг, прошлое преподносит важные уроки. «Жизненно важно, чтобы мы совершили переход от нынешней глобальной энергетической системы, которая в основном полагается на ископаемое топливо», — говорит Бенджамин Совакул, исследователь энергетической политики из Университета Сассекса в Брайтоне, Великобритания. «Обладая знаниями из прошлых переходов, мы можем ускорить процесс и сформировать другое будущее.”

Горящие амбиции

На протяжении большей части истории человечества люди полагались на свои собственные мускулы, подпитываемые пищей, в то время как огонь давал тепло и свет. Даже когда возникло сельское хозяйство, а затем и города, мышцы человека и домашних животных по-прежнему оставались основным источником энергии. Инновационные инструменты и технологии позволили им пойти еще дальше: при правильном контроле огонь мог превращать глину в горшки и кирпичи и плавить металлы, которые затем превращались в инструменты.

К третьему веку до нашей эры люди использовали более мощный источник энергии: воду.Древние греки использовали простые водяные мельницы для вращения точильных камней. В первом веке нашей эры китайские металлурги зажигали свои печи с помощью сильфонов, работающих на воде. К концу XI века гидроэнергетика использовалась по всей Западной Европе для измельчения зерна, обработки тканей, дубления кожи, пиления древесины и измельчения руды. Дополнительная мощность повысила производительность: одна мельница и горстка людей могли перемолоть достаточно муки, чтобы накормить город, давая возможность другим развивать более широкий спектр профессий. Стоимость производства муки и хлеба упала.Для многих качество жизни стало улучшаться. Однако в случае водяных мельниц «люди, владеющие правами на воду, контролировали энергоснабжение», — говорит Арнульф Грублер, исследователь из Международного института прикладного системного анализа в Лаксенбурге, Австрия. Впервые ветряные мельницы были замечены в Персии седьмого века. Когда они достигли Европы примерно в 1150 году, они предоставили большему количеству людей доступ к власти, хотя и зависели от капризов погоды. «Ветряные мельницы были более демократичной технологией», — говорит Грублер.

По мере роста населения средневековой Европы, традиционные мелкие отрасли промышленности также росли, создавая условия для первой энергетической революции: перехода с древесины на уголь.На протяжении тысячелетий люди эксплуатировали везде, где были видимые, легко копаемые обнажения угля. Древний Китай в значительной степени подпитывал свою раннюю промышленную деятельность углем. Но большие перемены начались в Англии в шестнадцатом веке, в значительной степени обусловленные потребностями столицы страны — Лондона. Город импортировал небольшое количество угля с севера Англии с тринадцатого века, в основном для использования в печах для обжига извести и кузницах, но его неприятный запах и черный дым означали, что лондонцы придерживались древесины и древесного угля для домашнего использования.К XVI веку, однако, леса Англии стали чрезмерно эксплуатироваться, и транспортировка древесины на все большие расстояния до Лондона делала это дорого. Когда северные угленосные земли были оторваны от церкви, горнодобывающая промышленность росла — и вскоре флотилии лодок поставляли то, что лондонцы называли морским углем.

Уголь по возрастанию

Сначала уголь сжигали только бедняки, но вскоре нехватка древесины подтолкнула даже более состоятельных жителей принять его. Технологические инновации, такие как усовершенствованные камины, дымоходы и дымоходы, привели к более широкому распространению.Промышленности, от пивоварения и мыловарения до крашения и производства кирпича, присоединились к горелкам для сжигания извести и кузнецам в сжигании угля. Это было настолько популярно, что к 1661 году английский дневник Джон Эвелин сравнил Лондон с «предместьями ада», окутанными «клубами дыма и серы, такими полными вони и мрака». В одной из ключевых отраслей — черной металлургии — потребовалось больше времени для перехода: уголь выделяет сернистые соединения, которые делают железо хрупким, и эта проблема не решалась до начала восемнадцатого века с открытием способа плавки железа с использованием кокса — угля. «приготовленные» для получения почти чистого углерода.

Уголь произвел огромные изменения в обществе. «Это снизило давление на землю, потому что энергия могла быть найдена под землей», — говорит Фуке. Уголь сделал дома менее дорогими для отопления и снизил цены на металлические изделия, для производства которых требовалось тепло. «А поскольку уголь был настолько дешевым, изобретатели нашли новые способы использования тепла для производства энергии, что, в свою очередь, еще больше изменило нашу жизнь».

Для удовлетворения растущего спроса угольные шахты возникли в других регионах Великобритании. Более глубокие шахты были подвержены затоплению, поэтому для работы водяных насосов были разработаны паровые машины.Были прорыты каналы для транспортировки угля в города. Оба они сыграли фундаментальную роль в последовавшей за этим промышленной революции. «Достижения в области инженерии, технологий и культуры — все вместе положило начало промышленной революции», — говорит Фуке. «Но без угля он не заработал бы».

К 1770-м годам новое поколение более эффективных и менее требовательных к топливу паровых двигателей вызвало всплеск экономического роста. Паровые машины не нужно было находиться рядом с шахтами, поэтому их можно было использовать практически где угодно.Это привело к появлению новых промышленных центров и более крупных заводов с более специализированным оборудованием. Спрос на рабочую силу стимулировал миграцию из сельской местности в города. К концу века сеть каналов, за которой несколько десятилетий спустя проложила железная дорога, позволяла перевозить большие объемы угля, продуктов питания и промышленных товаров.

Хотя Великобритания была первой страной, перешедшей на уголь, это был медленный процесс. «Только в 1800-х годах он широко использовался для производства электроэнергии и транспорта», — говорит Фуке.«К 1880 году уголь преобладал во всех сферах обслуживания». Другие страны продолжали полагаться на древесину, пока потребности их растущей промышленности не заставили их последовать примеру Великобритании. В Германии и Франции, которые были менее густонаселенными и имели обширные леса, древесина оставалась основным источником энергии до 1850-х годов. В США уголь обогнал древесину только в 1880-х годах.

Для индустриальных стран переход на уголь принес огромные выгоды. Больше людей стали жить лучше и имели доступ к более широкому ассортименту товаров.Расширение железнодорожных сетей и пароходов изменило торговлю и предоставило обычным людям большую мобильность. Но были и недостатки. «Обратной стороной были более многолюдные, загрязненные города, плохие жилищные условия и проблемы с чистой водой и канализацией», — говорит Грублер. «Но с большим количеством денег эти проблемы можно было бы преодолеть — и по мере того, как экономический рост генерировал больше богатства, положение улучшалось».

Даже когда уголь был на подъеме, новые источники энергии начали оставлять свой след. Городской газ (полученный из угля) стал доступен для освещения и отопления в начале девятнадцатого века, первоначально в Лондоне.Но подключение к газу было дорогостоящим, и его использование было ограничено городскими районами. Газовые фонари сделали улицы города безопаснее и изменили методы работы и досуга, в том числе режим сна. Позже в том же столетии парафин (керосин) — первый продукт недавно освоенных нефтяных месторождений Пенсильвании — стал более дешевой альтернативой китовому маслу для освещения домов в бедных и сельских районах.

Мы — электричество

К концу девятнадцатого века был готов дебютировать другой тип энергии: электричество.Угольные электростанции появились в Европе и США в 1880-х годах, сначала для освещения, а затем для питания трамваев и поездов. Промышленность последовала в первой половине двадцатого века. «Электрификация заводов сделала производственные системы более гибкими и надежными, — говорит Фуке. Власть теперь приходила щелчком переключателя. Условия труда улучшились: фабрики стали чище, безопаснее и производительнее.

Электрификация изменила и дом: до 1900 года появились утюги, вентиляторы и водонагреватели, позже к ним добавились плиты, холодильники, стиральные машины и всевозможные трудосберегающие устройства.«Электричество произвело революцию в области коммуникаций, от телеграфа и телефона до радио, телевидения и Интернета», — говорит Грублер. «Благодаря электричеству у большинства из нас в развитых странах есть предметы роскоши, которых не было даже в самых роскошных домах викторианской эпохи».

Примерно в это время казалось, что нефть играет лишь незначительную роль в энергетической истории. Ситуация изменилась с изобретением двигателя внутреннего сгорания и появлением дешевых серийных автомобилей. Спрос на нефть резко вырос, и по мере расширения нефтяной промышленности были найдены новые области применения нефти, в том числе для выработки электроэнергии.

Доступность дешевой и надежной электроэнергии меняла мир, но за это пришлось заплатить. К середине двадцатого века росли опасения по поводу того, как долго может хватить запасов ископаемого топлива. Шок цен на нефть 1973 года, когда цены выросли в пять раз, побудил многие страны искать альтернативные источники энергии и разрабатывать более эффективные технологии. Некоторые страны, например Великобритания, отдают предпочтение природному газу. Те, кто мог, особенно Норвегия, использовали гидроэнергетику. Другие, такие как Франция и США, обратились к ядерной.

С течением века становилось все более очевидным, что зависимость мира от ископаемых видов топлива несет в себе другие опасности. Ухудшение качества воздуха, в основном вызванное выбросами электростанций и выхлопными газами транспортных средств, в настоящее время является одной из самых серьезных проблем общественного здравоохранения. «Электростанции, автомобили и бытовые кухонные плиты — одни из самых серьезных убийц на планете», — говорит Sovacool. Эти же выбросы также в значительной степени ответственны за изменение климата.

Сегодня происходит новая революция, движимая необходимостью удовлетворить постоянно растущий спрос на энергию — особенно в развивающихся странах — без усугубления проблем, созданных теми, кто индустриализировался первыми.«Если мы в ближайшее время не откажемся от нашей нынешней глобальной энергетической системы, будет уже слишком поздно», — говорит Совакоул.

Если прошлое нас чему-то и научило, так это тому, что на этот раз мы должны иметь возможность поступать по-другому. «Прошлые переходы были в основном хаотичными и непредсказуемыми», — говорит Совакул. «На этот раз мы можем активно планировать переход и управлять им». Текущее изменение энергии вызвано не удобством или новым открытием, а обществом. «Людям нужны новые и более чистые услуги, и они могут быть предоставлены с гораздо меньшими затратами энергии», — говорит Грублер.Он утверждает, что потребители будут стимулировать спрос на новые технологии и новые услуги, а изменения в поведении и предпочтениях будут стимулировать новые способы их предоставления. «Будущее, — добавляет он, — может сильно отличаться от сегодняшнего дня».

.