Сергей Алексеенко: Какой должна быть завтрашняя российская...
23 ноября 2018 в 11:10

Сергей Алексеенко: Какой должна быть завтрашняя российская энергетика

Уйти от сжигания углеводородов можно не только за счет энергии солнца и ветра — помогут и технологии переработки мусора, и даже заброшенные нефтяные скважины

Сегодня во всем мире наблюдается тенденция смещения энергобаланса в сторону возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Согласно прогнозам, их доля в глобальном энергопотреблении к 2030 году возрастет до 20%. Ключевыми факторами опережающего развития являются экологические преимущества ВИЭ по сравнению с традиционными источниками энергии и постепенное удешевление стоимости оборудования для альтернативной энергетики.

Однако Россия не входит в число лидеров по использованию ВИЭ. Ожидается, что к 2020 году доля ВИЭ в энергобалансе страны составит лишь 1%. Однако вопрос необходимости перехода к альтернативным источникам энергии поднимается представителями власти, бизнеса и науки все чаще. Так, на недавнем общем собрании РАН, где обсуждалась стратегия научно-технического развития России, среди семи вызовов и приоритетов науки была выделена тема перехода к экологически чистой ресурсосберегающей энергетике.

ВИЭ включает в себя разные источники: это не только давно знакомая и успешно используемая гидроэнергетика, но и относительно новые виды — солнечная энергетика, ветроэнергетика, геотермальные источники (тепло приповерхностных нагретых вод и тепло сухих пород на больших глубинах), энергия волн океана и энергия от переработки отходов. При нынешних темпах добычи газа и нефти в мире хватит на ближайшие 40–60 лет, а если сделать такой подсчет для России — то на 80 и 20 лет соответственно. Чуть лучше дело обстоит с углем: в мире его хватит на 200 лет, в России — на 400. А резервы ВИЭ практически не ограниченны.

В России многие регионы труднодоступны для централизованного энергоснабжения: по разным оценкам, от 50 до 70% территории страны с населением 20 млн человек им не охвачены. ВИЭ же есть везде. Даже солнечная энергетика доступна нам больше, чем мы думаем: да, в России холодно, но солнечных дней хватает, и не только на юге, но и в таких городах, как Челябинск, Саратов, Улан-Удэ, Горно-Алтайск. Если говорить о ветроэнергетике, то тут у нашей страны самый высокий потенциал — ветра точно хватит на всех.

Однако главное достоинство ВИЭ в том, что эти источники энергии — «зеленые», то есть экологически чистые. Мировым сообществом принято Парижское соглашение по климату, в соответствии с которым мы пытаемся удержать рост средней температуры на планете в пределах 1,5–2 градусов. Главным виновником процесса потепления объявлена энергетика на органическом топливе. Поэтому предусмотрен масштабный переход на возобновляемые источники энергии, чем теперь и заняты ответственные страны.

Земное тепло

С точки зрения конкуренции с традиционной энергетикой наиболее интересными видами ВИЭ считаются солнечная, ветровая и геотермальная энергия. Однако особенно перспективной можно считать петротермальную энергию, добываемую из тепла сухих пород на глубинах от 3 до 10 км, где температура может достигать 350 градусов. Есть основания считать, что ее достаточно для вечного обеспечения человечества топливом. Метод ее добычи очень прост: бурятся две скважины, по одной подается холодная вода, по другой извлекается горячая или пар; главное, чтобы между скважинами были проницаемые породы. Сегодня в мире существует более 20 опытных установок по добыче петротермальной энергии с глубины 5 кмв США, Австралии, Франции, Великобритании и Японии. В США даже запущена первая коммерческая станция пока совсем небольшой мощностью — 1,7 МВт. По подсчетам MIT, при нынешнем энергопотреблении США хватит доступного петротермального тепла на 50 тыс. лет. В планах Министерства энергетики США к 2050 году вывести установленную мощность станций на петротермальном тепле на 10% от всей установленной мощности. В пересчете на Россию это составило бы порядка 40% от всей получаемой в нашей стране мощности.

В России уже есть все необходимое для запуска первых опытных установок для добычи петротермальной энергии. Что имеется в виду? Во-первых, у нас никак не используются несколько тысяч скважин глубиной до 5 км, где ранее добывали нефть или газ. Для того чтобы запустить их в работу по добыче петротермальной энергии, достаточно провести ряд исследований, в частности выяснить температуры в каждом конкретном месте и проверить проницаемость пород. Не так давно подобное исследование было проведено на Северном Кавказе, в Дагестане. По полученным данным, с имеющихся там скважин можно получать до 300 МВт электрической энергии.

Во-вторых, в России давно разработана геотермическая карта и определены несколько наиболее перспективных регионов для размещения опытных установок — это вся Западная Сибирь, Северный Кавказ, Камчатка и район Байкала: места, где присутствуют тектонические разломы.

Еще один источник, из утилизации которого можно получать возобновляемую энергию, — это сбросное тепло от промышленных предприятий и жилого сектора. Здесь потенциал энергосбережения России огромен, он составляет порядка 40%.

Мусор как ресурс

К ВИЭ относят также и твердые коммунальные отходы (ТКО). Концепция Waste-to-Energy означает извлечение полезной энергии из горючей части мусора. Самый эффективный подход в ее реализации — создание комплексной системы обращения с отходами, которая включает в себя полный цикл: от сокращения отходов на стадии производства и до захоронения обезвреженных остатков. Современные технологии позволяют утилизировать ТКО с получением тепловой и электрической энергии на уровне, который удовлетворяет всем экологическим требованиям.

В России есть программа по переработке мусора. Институт теплофизики РАН в рамках федеральной целевой программы разработал базовый проект термической переработки ТКО: сжигание отходов производится в барабанной вращающейся печи с последующим вихревым дожиганием. Проект называется КРТС — комплексная районная тепловая станция. В год подобная станция может переработать до 40 тыс. т мусора, что равносильно обслуживанию района с населением около 100 тыс. человек. При этом уровень вредных выбросов будет эквивалентен выбросам от двух работающих «КамАЗов»!

Главные проблемы ВИЭ

Разумеется, ВИЭ — это не только плюсы, но и затраты: сегодня возобновляемая энергетика существует в основном благодаря господдержке. Поскольку добываемые потоки энергии довольно малы, им необходимы большие территории для размещения преобразующих устройств, таких как солнечные панели и ветрогенераторы, диаметр лопастей которых достигает 100 м.

Кроме того, одна из ключевых особенностей почти всех возобновляемых источников энергии — периодичность действия. Поскольку солнце не светит ночью и не всегда есть ветер, развитие возобновляемой энергетики немыслимо без создания систем накопителей энергии в самых разных ее видах. Наиболее известные из них: ГАЭС (гидроаккумулирующая электростанция), ТАЭС (твердотельная аккумулирующая станция), электрохимические аккумуляторы, топливные элементы, маховики, суперконденсаторы.

Наиболее перспективными технологиями накопления энергии, которые активно развиваются в мире и в России, являются литий-ионные аккумуляторы и водородные топливные элементы, которые, правда, не очень безопасны и дороги в производстве. Стоит отметить, что в Институте теплофизики разработали альтернативные топливные элементы на совершенно безопасных веществах, таких как боргидриды и алюминий. Не так давно в Ирландии при участии Института теплофизики впервые в мире было запущено серийное производство топливных портативных элементов на основе боргидридов мощностью 1 Вт. Сейчас их месячное производство составляет порядка 1,5 млн штук. Что касается топливного элемента на алюминии, то уже разработаны опытные образцы мощностью до 100 Вт, которые мы надеемся вскоре также увидеть в серийном производстве.

Будущее

В Европе уже существуют довольно амбициозные программы развития возобновляемой энергетики. Так, Германия планирует, что к 2050 году 80% генерации энергии будет осуществляться за счет возобновляемых источников. Более того, поддержка солнечной генерации у немцев привела к тому, что появился даже избыток солнечных панелей, а в отдельные дни доля солнечной энергии в генерации электричества достигала 87%.

В целом вклад ВИЭ в производство электроэнергии в мире вырос от 2% в 2003 году до почти 10% сегодня, то есть в пять раз за 15 лет. Прогноз на 2020 год — 11,2%. Это означает, что во многих странах уже происходит массовый переход на альтернативные источники энергии.

Планируемый в России показатель — 1% к 2020 году — несопоставим со среднемировым. Необходим рост доли ВИЭ до 5% по установленной мощности к 2035 году, иначе мы отстанем от мировых тенденций навсегда, а возобновляемая энергетика не будет существовать как отрасль экономики.

Именно поэтому нашей стране, как никакой другой, требуется разработка мер по стимулированию и государственной поддержке отрасли.

589
Комментарии (10)
  • 26 ноября 2018 в 14:37 • #
    Андрей Константинович

    Не читал весь текст - "многабукафф".
    Россиийская энергетика должна быть многоплановой: там, где это целесообразно, там использовать те виды топлива, что наиболее выгодны исходя из экономической точки зрения.
    Надеюсь понятно изложил? Если у вас с регионе навалом угля и он дёшев, то используйте его. Если много газа или нефти и это дешевле, чем везти к вам уголь или строить АЭС, то используйте их. Если у вас много солнечной энергии и всё остальное для вас более затратно, то стройте электростанции, преобразующие солнечную энергию в электрическую. Ну и так далее. Это же вам не какая-нибудь страна ЕС, чья площадь сравнима с площадью одной области в России.

  • 26 ноября 2018 в 18:46 • #
    Валерий Краснов

    Есть резервы. Один пример - работаю на большой обогатительной фабрике. Отопление сгнило и демонтировано в цехах ещё 20 лет назад. После приватизации 5 лет назад новый владелец решил, что глобальное потепление и отопление восстанавливать не стал (ещё проблема - раньше котельная была одна на два предприятия, шахта и фабрика, как единый комплекс. После приватизации фабрики котельная осталась на госшахте). Но шахта глубокая - более 1200 м. Внизу температура от 55 градусов, молодёжь и проверяющие получают тепловой удар и их бывает вывозят в лежачем положении продышаться. Поэтому шахта тратит деньги на промышленную вентиляцию и кондиционеры, выгоняя тепло на поверхность по трубе большого диаметра (несколько кв.м.). Прямо у стен фабрики. Но тепло никак не используется.

  • 2 декабря 2018 в 20:39 • #
    Сергей Мищук
    Однако главное достоинство ВИЭ в том, что эти источники энергии — «зеленые», то есть экологически чистые. Мировым сообществом принято Парижское соглашение по климату, в соответствии с которым мы пытаемся удержать рост средней температуры на планете в пределах 1,5–2 градусов. Главным виновником процесса потепления объявлена энергетика на органическом топливе.

    Это просто пестня!!! Откуда вылез сей аффтар? Уж не из ВШЭ случаем? Статья проходная, то есть годится в качестве введения к диплому студента колледжа.
    Развиваться будет у нас то, что дешевле и более никак. Если дешевле поставить в тайге ветряк - будет ветряк. Если на него денег нет, будут топить дровами.

  • 4 декабря 2018 в 22:57 • #
    Иван Колбин

    "Что касается топливного элемента на алюминии, то уже разработаны опытные образцы мощностью до 100 Вт". СРОЧНО сообщите Дерипаске,а то он весь свой алюминий в закрома отгрузитв полтора раза дороже биржевой цены. Тем самым и закрома спасете, и Дерипаска хлеб у Чубайса отберет, тот тоже недешевые АКБ делает.

  • 23 января в 16:18 • #
    Владимир Дятлов

    Всё правильно написано.Обидно, что мы как всегда плетёмся в хвосте. А ведь есть шанс стать первыми в мире по всем показателям включая рост ВВП. В свободное время размышляя проработал варианты изготовления недорогих ветроустановок, причём безопасных экологически (в отличии от современных монстров излучающих вредоносные волны). И ветроэнергию надо сразу аккумулировать электролизёрами в водород. Водород сжимать и помещать в трубчатые (практически безопасные)композитные баки и применять в автомобилях. Современные аккумуляторы это тупиковый путь аккумулирования. Раньше даже в захудалом заводе был главный по перспективному развитию. а мы даже в стране не можем найти такого. Назначаем размытого руководителя в лице РАН и у 7-ми нянек... Приняли национальные проекты такие же размытые... , причём только по тратам финансов, а по результатам -опять авось... Надо давать деньги и требовать отдачи денег в результате.

  • А почему забываете такой способ аккумулирования, как гидроаккумулирующие станции (ГАЭС)? Одна такая работает под Сергиевым посадом. Там два водохранилища - верхнее и нижнее. Когда потребление электричества невелико, избыточная энергия крутит насосы, перекачивающие воду из нижнего бьефа в верхний. В час пик вода из верхнего бьефа поступает в нижний через гидротурбины. Мощность в турбинном режиме 1200 мегаватт, в насосном - 1320 мегаватт. Поделите эти цифры и получите очень высокий КПД преобразования (90%). Уверяю вас, что при хранении в аккумуляторах с учетом необходимости конвертировать постоянный ток в переменный КПД будет намного ниже

  • Надо иметь в виду, что электроэнергия-это примерно 15% ВСЕЙ потребляемой энергии, включая отопление, транспорт и т.д. Так что если кто-то гордо говорит, что у нас, дескать, аж 15% электроэнергии за счет ВИЭ, доля от общей энергии будет 0,15х0,15 = 0,0225, т.е. чуть более 2%! Всего лишь!. Вот представьте, у вас частный дом, на который падает вся солнечная энергия, приходящаяся на площадь дома, допустим, 100 кв.м Так вот, в зимнее время при этом иногда обеспечивается температура всего лишь -30 град.С. Как зимним солнцем отопить дом??? Расположить солнечные батареи на площади, превышающей площадь дома раз в 10, т.е 1000 м2, и этой энергией подтапливать дом??? А если, как в декабре прошлого года, солнце за ВЕСЬ месяц в Москве светило всего 4 часа??? При том что в пасмурную погоду выработка энергии на солнечных батареях падает в 10-15 раз??? Получается не абсурд, а абсурдище!!! Я в отличие от большинства на "профессионалах" не коммерс, а технический специалист, которого в технических вопросах надуть невозможно (хотя в каких-либо финансовых или юридических меня задурить можно). Солнечная энергия это хорошо, но в средней полосе в среднем с учетом смены дня и ночи, земли и лета падает на квадратный метр земной поверхности 200 Вт, при КПД солнечных батарей 20% хорошо в среднем по году хорошо если 40 ватт с кв. метра получится.
    Конечно, совсем другая история где-нибудь в Саудовской Аравии, пасмурных дней почти нет, а основная энергия тратится на кондиционирование, т.е. как раз тогда, когда солнце наиболее сильно греет. Вот тут идеальное совпадение производства и потребления. А у нас как раз потребность в энергии максимальна, когда производство на солнечных батареях минимально. Это только по солнечной энергии. Вот тепло земных недр более реально

  • 26 февраля в 15:39 • #
    Владимир Дятлов

    Да. тепло земных недр весьма реально. Скажу больше- это вместе с ветро и гидро может стать одним из основных. Для этого просто надо развивать тепловые насосы. Тепловые насосы могут забирать энергию из небольших положительных температур, а с более глубокими слоями можно запускать в режиме зацикливания т.е. двигатель-компрессор который перекачивает тепло будет питаться от этого же тепла. Своего рода "вечный двигатель второго рода". Если сейчас применяют в основном для частников тепловые двигатели с условным КПД 300-500%, то с более тёплыми слоями условный КПД может быть значительно выше и при этих условиях вполне реально с двигателем 100КВт получать 1МВт энергии , при этом тратить 200КВт (КПД 0,5)для питания двигателя и получать 800КВт чистой прибыли энергии.

  • Все бы хорошо, только глубина скважин должна измеряться сотнями метров. Если не ошибаюсь, на каждые 100 метров глубины температура недр в среднем растет всего на 3 градуса. Я где-то читал, бурятся рядом две скважины, потом взрывается заряд, между скважинами возникают трещины, в одну закачивается холодная вода, которая проходит через трещины во вторую скважину т поднимается на поверхность

  • 5 марта в 08:38 • #
    Владимир Дятлов

    В принципе я и имел ввиду что-то по глубинам шахт- в районе километра. Конечно надо прикидывать стоимость таких скважин и т.п., но в районах где есть шахты можно исследовать этот вариант и применять уже сейчас.


Выберите из списка
2019
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008