Мировой рынок электротехники переполнен уникальными идеями. Если они станут реальностью – энергетика изменится до неузнаваемости. Однако для России процессы трансформации несут как новые возможности, так и серьёзные риски. С одной стороны, страна обладает огромными природными и человеческими ресурсами, в то время как на другую чашу весов положено технологическое отставание, зависимость от трансфера технологий и высокая конкуренция на внешних рынках.
Российская электроэнергетика. Взгляд в завтра
Как будет выглядеть электроэнергетика в ближайшем будущем? Какая из компаний, которая сегодня закладывает в бюджет расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), сделает правильный выбор (читаем, угадает) и таким образом создаст хороший задел для долгосрочного преимущества? Какие технологии придут на смену привычным для нас методикам?
На сегодняшний день в России всем участникам рынка удалось отыскать точки соприкосновения, которые определили облик, а вместе с ним и стратегию развития ближайшего будущего новой отечественной энергетики. Например, в разных регионах страны энергетики активно проводят реконструкцию объектов электросетевой инфраструктуры. При этом взамен изношенного или морально устаревшего оборудования устанавливаются новые современные модели, оснащённые технологическими новинками из сферы информационных технологий.
Так, в Уфе уже заканчивается строительство цифровой коммуникации из разряда «интеллектуальной» энергетики в целом районе, реализуется стратегия кибербезопасности, активно развивается альтернативная энергетика, заметны положительные изменения в сфере распределенной генерации, а «умные» приборы учёта, которые уже на протяжении нескольких лет устанавливаются в России, создают прочную базу для энергетики будущего. Ожидается, что вектор её развития определит Энергостратегия Российской Федерации на период до 2035 года, которую в Минэнерго обещают доработать уже к концу этого года. А как картина выглядит в деталях?
Сегодня правительство России активно вовлекает в инновационную деятельность крупные производственные предприятия, в то время как для компаний с государственным участием планы инновационного развития уже вышли за рамки рекомендаций и стали обязательными. Наряду с этим, проводится работа по усовершенствованию законодательной базы. В Государственной Думе разрабатываются критерии инновационной технологической продукции и критерии оценки по жизненному циклу инновационной продукции для более детальной проработки программ государственной поддержки.
Помимо этого, принята Национальная технологическая инициатива (НТИ) – государственная программа мер по поддержке развития в России перспективных отраслей, которые в течение ближайших 20-ти лет могут быть положены в основу мировой экономики. Она призвана содействовать разработке и экспорту отечественной высокотехнологичной продукции на внешние рынки. Начиная с 2016 года, в рамках НТИ действует группа EnergyNet, на которую выделено финансирование. В 2017 году эта сумма составила 10 млрд. руб.
Для содействия НИОКР Фонд Бортника – некоммерческая государственная организация, которая оказывает финансовую поддержку новаторам и малым предприятиям, действующим в научно-технической сфере, а также крупным компаниям, которые взаимодействуют с малым бизнесом – ежегодно проводит конкурсы, способствующие преодолению барьеров НТИ. Размер гранта может составлять как 500 тыс. руб. (программа «Умник»), так порядка 25 млн. руб. в рамках программы «Кооперация».
«На территории Российской Федерации сформирована одна из самых больших централизованных электроэнергетик мира. Однако в некоторой степени, это тормозит развитие. Поэтому сегодня формируется новое направление развития – децентрализация. Если говорит о мировых трендах, то здесь тон задаёт альтернативная энергетика. Хотя в России, несмотря на то, что создаётся законодательная база и на практике постоянно вводятся новые мощности, пока ещё она развита слабо», - говорит заместитель председателя Комитета по энергетике Государственной Думы РФ Сергей Есяков.
«Зеленой» микрогенерации дали зелёную улицу
Летом 2017 года в правительстве России был утверждён план мероприятий по стимулированию развития энергогенерирующих объектов на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) с установленной мощностью до 15 кВт. Соответствующий документ, подписанный вице-премьером РФ Аркадием Дворковичем, был опубликован на сайте правительства России 24 июля.
План предусматривает внесение ряда изменений в действующие законодательные акты. В частности, изменения коснутся основных принципов договорных отношений, которые будут заключаться между частными владельцами объектов «зелёной» микрогенерации с одной стороны и гарантирующими поставщиками и сетевыми компаниями – с другой.
Также в документ включён пункт, в котором рассматривается возможность освобождения от уплаты налогов физических лиц, реализующих излишки электроэнергии, выработанной для обеспечения своих потребностей с помощью солнечных панелей, ветроэлектрических, а возможно и других экологически чистых установок малой мощности (до 15 кВт).
Ожидается, что проект закона о стимулировании микрогенерации Минэнерго РФ совместно с Минэкономразвития РФ и федеральной антимонопольной службой России подготовит к январю 2018 года. К апрелю будущего года в правительстве должен быть разработан проект постановления об упрощённом технологическом присоединении объектов микрогенерации к сетям единой энергосистемы России, а также документ, регламентирующий начало работы поставщиков электроэнергии с населением.
По оценкам аналитиков, успешная реализация плана позволит максимально упростить процедуру размещения объектов микрогенерации ВИЭ и создаст благоприятные условия для их владельцев в случае продажи излишков генерируемой их установками электроэнергии в региональные сети. В результате, это будет способствовать улучшению экологической обстановки в стране и даст новый стимул для развития российской альтернативной электроэнергетики.
Будь готов! Всегда готов?
О том, насколько российские производственные компании готовы к глобальным изменениям в отечественной электроэнергетической сфере специалисты рассуждали в рамках 26 Международной выставки электрооборудования для энергетики и электротехники, автоматизации и промышленной светотехники «Электро-2017», которая проводилась в Москве с 17 по 20 апреля этого года.
«Сегодня большинство инновационных технологий приходит к нам из-за рубежа. Необходимо стимулировать развитие собственных высокотехнологичных производств, всячески поддерживать отечественного производителя. Наряду с этим, я выступаю за глубокую локализацию производственных мощностей иностранных корпораций, которые открывают свои производственные центры на территории нашей страны», - сказал член Комитета Государственной Думы РФ по экономической политике, промышленности, инновационному развитию и предпринимательству, председатель Экспертного совета по энергетическому машиностроению, электротехнической и кабельной промышленности Александр Козловский.
«В России уже есть реализованные проекты из категории «новой энергетики». Однако когда речь заходит об очередной инвестиционной программе, специалисты чаще всего говорят о цифровых подстанциях, хотя в мировой практике для развития электроэнергетики используется гораздо больше инновационных цифровых и технических решений. Например, создаются нейронные сети, внедряется машинное обучение для прогностического анализа расчётов выхода оборудования из строя, используется блокчейн в энергетике, применяются накопители и создаются микрогриды (в том числе, и внутри обычных, привычных для нас сетей), проектируются виртуальные электростанции и разрабатываются проекты по управлению спросом. Все эти новинки можно внедрять уже сегодня и при этом существенно сократить свои расходы. Однако российская законодательная база ещё не готова охватить все эти ноу-хау», - поделилась свей точкой зрения ведущий эксперт Энергетического центра бизнес-школы СКОЛКОВО, менеджер проекта «InternetofEnergy» Анастасия Голомолзина.
В ходе выставки состоялась конференция «Энергетика будущего: новый взгляд на технологии, меняющие мир». Она была организована АО «Экспоцентр» при поддержке Торгово-промышленной палаты России и Комитета Госдумы РФ по энергетике. В рамках этого мероприятия прошёл круглый стол, на котором обсуждались перспективы использования smart-технологий и дальнейшей «интеллектуализации» электроэнергетического комплекса России. Выступивший на круглом столе начальник Центра изучения мировых энергетических рынков Института энергетических исследования РАН Вячеслав Кулагин рассказал, что на сегодняшний день в России ключевым фактором, который определяет перспективы внедрения новых технологий, является стоимость проекта. В числе дополнительных факторов он назвал экологическую составляющую и законодательные инициативы.
«В перспективе основополагающими мировыми трендами в развитии технологий генерации энергии всё же станет использование неископаемых источников энергии, внедрение новых методик добычи и переработки ископаемых видов топлива, технологий хранения, транспортировки и передачи электроэнергии, а также добыча нетрадиционных углеводородов. Например, таких как торф и сланцевый газ», - озвучил свои прогнозы Вячеслав Кулагин.
Если говорить о перспективах развития российского электротранспорта и автономного транспорта, то здесь я хотел бы процитировать директора по консалтингу HIS Russia Максима Нечаева: «Сейчас доля электромобилей в России крайне мала. По оценкам экспертов, она не превышает 0,05% от мирового автопарка. При этом прогнозируется, что к 2035 году этот показатель поднимется до 5%. В то время как автономный автопарк и вовсе пока что экспериментальная технология, которая если и будет внедряться, то в массовое потребление она выйдет очень не скоро. Хотя она могла бы кардинально изменить жизнь в городах: от трансформации городской инфраструктуры до совершенно новых социальных практик».
Соединительная технология. Что в тренде?
1. Интенсификация сетей и миниатюризация. Внедрение цифровых технологий вносит свои коррективы в методику сетевых соединений так, что с каждым днём всё большее количество продуктов и отдельных элементов нуждается в обмене данными. Это приводит к тому, что ещё большие массивы информации должны передаваться с ещё большей скоростью. Непрекращающийся рост производительности микрочипов двигает диджитализацию вперёд и, в сумме с необходимостью повышения эффективности использования ресурсов, способствует переходу на использование более компактных продуктов.
Сегодня вычислительная мощность смартфона не уступает мощности суперкомпьютера 1990-х годов выпуска. При этом габаритные размеры современного гаджета намного меньше, точно так же, как и энергопотребление. Безусловно, в свою очередь это оказывает влияние на технологию промышленных соединений. Роботы и другая техника становятся миниатюрнее, однако они требуют большего количества подключений к данным. Поэтому на смену обычным проводам приходят специальные кабельные конструкции – гибридные кабели, которые не только позволяют экономить место, но и в одной оболочке объединяют сразу несколько полезных элементов: силовой кабель, кабель передачи данных, пневматические и гидравлические шланги. При передаче больших массивов информации один высокоскоростной кабель кат.7 Industrial Ethernet эффективнее нескольких более медленных аналогов, а один стекловолоконный может заменить несколько медных. Также минимизироваться должны и габаритные размеры соединителей и модульных соединительных систем. А поскольку цифровые технологии активно внедряются на объектах электросетевого хозяйства, то стандартные типы кабельной продукции, предназначенные для офисов, не подходят для эксплуатации в производственных условиях. Таким образом, перед производителями кабельно-проводниковой продукции ставятся новые задачи, которые нуждаются в взвешенных продуманных решениях.
2. Соединители вместо прямой проводки. «Индустрия 4.0» способствует тому, что технологическое оборудование становится более гибким. В случае необходимости, отдельные модули заменяются другими, шкафы пускозащитной аппаратуры и производственные циклы в кратчайшие сроки комплектуются новыми элементами. Несмотря на то, что раньше в течение многих лет использовались неподвижные соединения и паяные установки, сегодняшняя гибкость систем требует установки разъёмов, которые даже после десятков переставленных модулей остаются прочными и надёжными.
3. Постоянный ток (DC) приходит на смену переменному (АС). С одной стороны, постоянно совершенствующиеся технологии генерации электрической энергии и активное «наступление» накопителей, обеспечивающих подачу постоянного тока, который преобразуется в переменный для подачи в сеть, а с другой – всё большее количество аппаратуры, нуждающейся в постоянном токе, который сначала надо трансформировать из переменного тока – ставит вполне закономерный вопрос о том, а имеет ли смысл использовать АС.
Преобразование предполагает огромные потери электроэнергии. По мнению аналитиков, часть электростанций можно было бы остановить, если сети постоянного тока внедрить в домохозяйства и оснастить или промышленные предприятия. Конечно, в теории эта идея выглядит намного проще, чем может оказаться на практике. Любая масштабная трансформация неизбежно влечёт за собой целую цепочку новых вопросов и дополнительных сложностей. Так и в этом случае: обычные переключатели и разъёмы не подходят для постоянного напряжения, поскольку полярность напряжения не изменяется и при выключении отсутствует обрыв дуги, а это опасно. Потребуются новые соединители и аппаратура автоматического выключения. С новыми проблемами могут столкнуться и производители кабельной продукции. Специалисты утверждают, что материалы, которые используются в качестве изоляции, под действием создаваемых постоянным током полей стареют по-разному. В настоящее время несколько исследовательских групп работает над решением этих вопросов.
4. Сочетание кабельных и беспроводных технологий. В наши дни беспроводные технологии приобретают необычайную популярность. Они активно используются как в быту, на объектах социальной инфраструктуры, так и на производственных предприятиях. Эта технология экономична, она обеспечивает высокую гибкость при изменении систем. Однако это не означает, что кабельно-проводниковая продукция отойдёт в небытие. Скорее всё будет происходить с точностью до наоборот: развитие технологий потребует ещё большего количества кабелей для удовлетворения потребностей потребителей.
Помимо этого, кабель прочнее и надёжнее беспроводных технологий. К тому же он передаёт информацию в миллисекунды, что имеет значение для сложных производственных циклов, где важна предельная точность. К тому же, многочисленные беспроводные соединения нередко создают помехи и препятствуют работе друг друга, а также они сильнее подвержены несанкционированному вмешательству посторонних, включая участившиеся в последнее время хакерские атаки. Поэтому новые технологии нацелены не на вытеснение кабельной продукции с рынка, а на грамотное сосуществование, где обе технологии только дополняют друг друга.
Новый курс обозначен
Даже если в электроэнергетическом комплексе России ещё остались скептики, которые не ждут революционных перемен в отечественной электротехнике, правительство уже обозначило курс на трансформацию отрасли и на переход к цифровым технологиям. Однако обновление, как правило, требует инвестиций, а порой и не малых. Поэтому на этом этапе важно правильно расставить приоритеты и обосновать организационно-технические решения.
«Мы видим, что отраслевая политика в электроэнергетическом секторе российской экономики, в первую очередь, делает ставку на генерацию и сетевое хозяйство. При этом она до конца не понимает, как реагировать на появление новых технологий. Речь идёт о накопителях электроэнергии, высоковольтных линиях и сетях постоянного тока. Также она не знает, как воспринимать наметившуюся тенденцию к интеграции в сети возобновляемых источников энергии большой мощности, на появление «активных потребителей», на вызовы Internet of Things и «Индустрии 4.0». Россия – это последняя индустриально развитая страна, у которой до сих пор не разработана и не принята государственная программа, направленная на поддержку исследований и внедрения в экономику накопителей энергии. Хотя эти технологии развиваются очень быстро. Уже совсем скоро они внесут свои коррективы в представление о работе электросетей, а также изменят ситуацию с энергобезопасностью», - говорит генеральный директор Всероссийского электротехнического института Евгений Осоченко.
Вместе с тем, руководитель ВИЭ обращает внимание на три ключевых направления развития электротехнического рынка, на которых следует сфокусироваться в первую очередь:
· Технологии накопления энергии по широкому спектру – от совсем небольших батарей в несколько килоджоулей до крупных аккумуляторов гигаджоулевого и тераджоулевого класса. Установка таких устройств в энергосистему России позволит повысить качество электроснабжения и решить проблему энергодефицитных регионов. Сегодня такие накопители электроэнергии ещё не стали привычным явлением в сетевой инфраструктуре ни одной из стран мира. Скорее, это пока только опытные модели и единичные образцы. А само направление до сих пор недостаточно исследовано даже в таких развитых странах, как Китай, США и страны Евросоюза;
· Технологии постоянного тока. На сегодняшний день они входят в эпоху своего возрождения. Линии постоянного тока высокого напряжения дают возможность объединить между собой большие региональные электросети. Это открывает широкие возможности и уникальные перспективы. Например, с помощью таких линий можно соединить в единое целое разрозненные энергосистемы, разделённые тысячами километров водного пространства, а также использовать потенциал удалённых или географически локализованных объектов. В данном случае речь идёт как о генерации, так и о накоплении электроэнергии. Например, линии постоянного тока помогут соединить объединённую европейскую энергосистему с гигантским потенциалом будущих ГАЭС Швейцарии и скандинавских стран;
· Технологии цифрового электричества. По сути, это дискретное электричество, которое содержит любые служебные данные. Технология была запатентована в США ещё в начале 2000-х годов. Однако её активное использование началось совсем недавно и сейчас она применяется для передачи электроэнергии и информации по тому же принципу, что используется в сети Интернет. Максимально высокий результат, которого на данный момент удалось достичь – выйти на передачу до 100 Вт по одному кабелю. Ожидается, что уже в скором времени этот показатель увеличится до 200 Вт. По мнению экспертов, в перспективе «цифровое электричество» может стать основным технологическим решением для электроприборов любого класса напряжения. В то время как внедрение этого решения в России позволит создать современную полностью интегрированную информационно-энергетическую платформу для «Индустрии 4.0».
Экологичное топливо: рецепт от сибиряков
Сегодня парниковый эффект является одной из самых серьёзных угроз для современной экологии. В результате работы транспорта, тепловых электростанций и предприятий металлургической промышленности в атмосферу ежегодно выделяются миллиарды тонн углекислого газа.
Чтобы предотвратить появление парникового эффекта, необходимо сократить выбросы СО2. Однако тотальная индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения Земли приводят к повышению спроса на электроэнергию, бОльшая часть которой генерируется за счёт сжигания ископаемых энергоресурсов.
Учёные всего мира занимаются поиском вариантов переработки углекислого газа. Один из таких способов предлагают новосибирские учёные. Он заключается в переработке СО2 в метан и синтетическое газовое топливо.
Перерабатывать избыточный углекислый газ можно с помощью альтернативных источников энергии – ВЭС и СЭС. Да, возобновляемые энергоресурсы не заканчиваются, однако их основным недостатком является нестабильность. Ведь ветер может не появиться в тот момент, когда энергосистема нуждается в дополнительной генерации. И напротив, «лишнюю» электроэнергию необходимо как-то аккумулировать. Например, если ночью поднялся сильный ветер, соответственно, увеличивается и выработка. Однако в это время суток может быть не так уж и много потребителей. Следовательно, излишек надо как-то сберегать. Вопрос: как? Например, превратить его в топливо, которое можно долго хранить.
Первым этапом такой трансформации является электролиз воды. В результате выделяются водород и кислород, который, кстати, поступает обратно в атмосферу. Второе вещество – Н2 – это экологически чистый источник энергии. Однако он взрывоопасен. Поэтому возникает необходимость в новом преобразовании. Речь идёт о реакции Сабатье: в результате взаимодействия водорода с углекислым газом в присутствии катализатора под действием высокой температуры образуются метан (СН4) и вода.
«Получается, что образовавшийся в результате электролиза водород используется для дальнейшей трансформации в метан. При его сжигании вырабатывается энергия, но только уже не электрическая, а тепловая. Примечателен тот факт, что в этом виде топлива энергия содержится в форме химических связей, поэтому её можно использовать не сразу, а по мере необходимости. Дополнительным аргументом в пользу этого метода является уже существующая инфраструктура: газопроводы, хранилища и сформированная система доставки потребителям», - поясняет научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук кандидат химических наук Жанна Веселовская.
. Метан также может быть использован в качестве топлива для автомобилей. Например, в Германии уже создана разветвлённая сеть метановых заправок, а концерн «Ауди» разработал авто, двигатель которого рассчитан на СН4.
Особенность идеи новосибирских учёных заключается в том, что первоначальное сырьё - СО2 - они предлагают брать непосредственно из воздуха, а не из дыма тепловых электростанций. Безусловно, на месте выработки концентрация выше. Однако возникают трудности с его транспортировкой к месту дальнейшей переработки.
«Разработанный нами материал демонстрирует хорошие показатели, однако его ещё надо совершенствовать. Например, на данный момент метан вырабатывается при температуре +300°С, но когда удастся добиться её уменьшения, то это позволит снизить и затраты. Если затронуть тему новизны нашей работы, то хотелось бы сказать, что свойства карбоната калия были открыты до нас. Точно также как и полученные на его основе сорбенты. Учёные изучали их и раньше. Однако работ, в которых предлагается использовать эти материалы для очищения воздуха от чрезмерного концентрации углекислого газа, практически не было. Точно так же, как не было и работ, связанных с совмещением технологий концентрирования СО2 с его последующим метанированием», - делится подробностями работы российских учёных над инновационными решениями Жанна Веселовская.
Полученное таким методом топливо можно использовать для заправки автомобилей или в качестве источника тепла при отоплении помещений. В перспективе, новая технология позволит получать метан непосредственно там, где построен объект «зелёной» генерации. Это может стать оптимальным выходом для жителей труднодоступных регионов, куда из-за особенностей климата или ландшафта топливо доставлять сложно либо дорого.
Российские шкафы: выход на рынок
Дальнейшее развитие российского рынка монтажных конструктивов находится в прямой зависимости от состояния сферы информационных технологий и от обстановки, которая складывается на рынке электроэнергетики в целом. Если говорить о шкафах, то в 2014 году отечественный сегмент мирового рынка сильно пострадал из-за нестабильности курса рубля и до настоящего момента полностью он так и не восстановился.
Сегодня одним из основных направлений, где разрабатываются и реализуются какие-то значимые проекты, является сектор B2G. В России, как и в мировой практике, под термином business-to-government подразумеваются отношения между государством и производственными компаниями. В своё время снижение объёмов промышленного производства спровоцировало падение спроса со стороны корпоративного сегмента. Также сократился бюджет проектов с государственным финансированием.
Сложная экономическая ситуация привела к тому, что при выборе нового оборудования большинство компаний, в первую очередь, стали обращать внимание на бюджетные решения. Поэтому на территории нашей страны начали активно открываться новые производства и вскоре отечественный рынок заполонили аналоги телекоммуникационных и электротехнических шкафов ведущих зарубежных производителей.
В результате снижения объёма импортных поставок монтажных конструктивов практически вдвое увеличилось их производство в России, поскольку многие зарубежные корпорации приступили к локализации производственных мощностей на территории РФ. Примечателен тот факт, что с каждым годом интерес западных производственных компаний только увеличивается. Об этом свидетельствуют объёмы их инвестиций в строительство промышленных мощностей в нашей стране.
Именно по такой схеме действуют многие крупные компании, независимо от сферы деятельности и разработанной бизнес-модели. Например, германский концерн Siemens активно развивает сеть франчайзинговых партнёров по выпуску лицензионного оборудования на основе нового поколения низковольтных комплектных устройств Sivacon S8. На сегодняшний день деловые партнёры Siemens, которые используют известный бренд, действуют практически по всей территории России. Они самостоятельно изготавливают «под ключ» лицензионное оборудование, применяют технологии и интеллектуальную собственность франчайзера. Однако весь процесс производства контролируется специалистами Siemens. Это гарантирует, что качество изготовленного в России оборудования не уступает качеству аналогичных моделей, сошедших с конвейера на заводе в Германии.
Несколько перспективных направлений локализации производственных мощностей развивает и французская энергомашиностроительная компания Schneider Electric: от выпуска оболочек российскими производителями до полной локализации. В активе компании уже несколько таких производств. Например, ООО «Шнейдер Электрик Эквипмент Казань», ЗАО «ГК «Электрощит» — ТМ Самара» и др. Они поставляют на рынок электротехники современные модели шкафов в сборе.
Одним из мировых трендов, который сегодня задаёт вектор развития всему сектору констуктивов, является «Индустрия 4.0». Это так называемая четвёртая революция, при которой происходит массовое внедрение киберфизических систем в технологические процессы. При этом осуществляется обмен данными между всеми участниками производственной цепочки: машинами, сырьём, информационными продуктами, установками, системами планирования, персоналом и т.д.
Отдельные составляющие компоненты «Индустрии 4.0» уже сегодня нашли своё применение в технологических процессах многих предприятий. Чтобы обеспечить хранение больших массивов информации, их обработку, защиту и транспортировку потребуется много центров обработки данных (ЦОД). Поэтому спрос на «оболочки» для систем автоматизации и оборудования, относящегося к сфере информационных технологий, будет только увеличиваться. В России, как и в других странах мира с развитой экономикой, «умные» шкафы будут востребованы.
Наряду с этим, спрос на телекоммуникационные и технологические конструктивы формируется под действием государства. Так, в рамках программы импортозамещения были разработаны специальные программы и проекты дорожных карт, а затем для их реализации выделены средства, которые направляются на развитие различных отраслей российской экономики, в т.ч. и электроэнергетику.
Для производителей шкафов это означает, что будет возрастать спрос на навесные и напольные конструктивы для распределения, пульты, консоли, АСУ и системы диспетчеризации. Также интересом потребителей будут пользоваться решения по менеджменту энергетики, системы распределения электроэнергии и мониторинга.
В ногу со временем
В последние годы в мире наметилась одна ярко выраженная тенденция, которая сегодня уже разрослась до масштабов модного мирового тренда. Речь, конечно же, идёт о «зелёной» энергетике. Одной из китайских провинций удалось целую неделю прожить на экологически чистой энергии, выработанной с помощью возобновляемых источников энергии. Калифорния планирует полностью отказаться от ископаемого топлива к 2045 году, Атланта немного раньше – к 2035-ому.
Россия с каждым годом становится ближе к мировым трендам. Сегодня один из таких проектов реализуется в Красном Яре Ульяновской области. Финская корпорация Fortum при участии Роснано, который рассматривает регион как базовую точку для локализации изготовления отдельных компонентов для объектов ВИЭ, на территории региона строит парк альтернативной энергетики. Изначально его пуск был запланирован на 2017 год, однако, по последним данным, ввод в эксплуатацию первой в России промышленной ветроэнергостанции перенесён на 1-ый квартал будущего года.
По оценкам экспертов стоимость проекта оценивается в 65 млн. евро. В ходе его реализации энергетики планируют возвести 14 ветробашен. Мощность каждой из них составит 2,5 МВт. На момент запуска энергогенерирующих установок в эксплуатацию установленная мощность станции достигнет 35 МВт. В СМИ сообщается, что ветропарк будет подключён к единой энергосистеме России.
В продвижении этого проекта, а также в дальнейшем развитии ветроэнергетики в Ульяновской области принимают участие специалисты регионального наноцентра ULNANOTECH.
Наряду со строительством первого ветропарка в регионе проводится комплекс необходимых исследований для возведения ещё нескольких аналогичных объектов. Статус перспективных получили сразу три площадки: в Карсуне, Новоульяновске и Николаевке с мощностями до 90, 190 и 400 МВт соответственно.
По итогам федерального конкурса проектов по строительству ветропарков в субъектах Российской Федерации победителем стала заявка инвестиционного фонда Fortum и Роснано, который получил право на строительство парков суммарной мощностью 1 ГВт. Из них на Ульяновскую область будет выделено 236 МВт, которые распределятся между 6-ю объектами. Они будут построены в регионе до 2021 года. По предварительным оценкам сумма инвестиций составит более 25 млрд. руб.
Ядерный прорыв или новая революция в энергетике
Учёные Массачусетского технологического института (МІТ) совместно с американскими и бельгийскими учёными разработали инновационное термоядерное топливо, которое способно генерировать в десять раз больше энергии, чем любой из существующих до этого видов.
Для изучения его характеристик используется токамак — тороидальная камера для магнитного удержания плазмы. В ней создаются условия для управляемого термоядерного синтеза. Исследования проводятся на базе токамака Alcator C-Mod, который принадлежит МІТ.
Последний запуск токмака состоялся в сентябре 2016 года, однако расшифровать полученные в ходе эксперимента данные, учёным удалось лишь несколько месяцев спустя. Благодаря этим результатам и был разработан уникальный вид термоядерного топлива, которое значительно увеличивает энергию ионов в плазме. Его характеристики были настолько впечатляющими, что эксперт провели повторно. Для этого был использован токмак «Объединённый европейский тор» (JET). Результаты испытания только подтвердили эффективность нового топлива.
Повысить продуктивность атомного топлива учёным удалось за счёт добавления незначительного количества гелия-3 (не более 1% от общего состава) – стабильного изотопа, обладающего лишь одним нейтроном. В составе вещества, которое ранее использовалось в Alcator C-Mod, было только два типа ионов: водорода и дейтерия. На долю дейтерия, стабильного изотопа водорода с одним нейтроном в ядре (в атоме обычного водорода нейтроны отсутствуют), приходится около 95%.
Какова роль гелия? Как показывают результаты исследования, его ионы имеют решающее значение. Учёные сфокусировали радиочастотный нагрев на незначительном количестве этого вещества, тем самым им удалось поднять энергию ионов до уровня мегаэлектронвольт (МэВ). До этого эксперимента с ядерным топливом такой высокий показатель был для атомщиков практически недосягаемой вершиной.
Что это открытие значит для электроэнергетики? Какие перспективы оно открывает? Аналитики уже окрестили инновационное топливо прорывом в технологической сфере. Ядерный синтез в промышленных масштабах может произвести революцию в генерации энергии. Его энергетический потенциал невероятен, а в состав входят самые распространённые химические элементы – водород и гелий. К тому же учёные утверждают, что в процессе сгорания термоядерного топлива вредные для здоровья человека вещества не выделяются.
Конец эпохи угля
Началом конца эпохи угля можно назвать договорённость 25-ти стран и регионов к 2030 году отказаться от использования угля в качестве источника энергии. Эксперты считают, что принятию такого решения способствовало удешевление экологически чистых источников генерации на мировом рынке. Об этом событии в сфере энергетики 17 ноября 2017 года сообщила Financial Times. Британо-канадскую инициативу поддержали Нидерланды, Франция, Италия, Португалия, Финляндия, Мексика и Новая Зеландия, а также американский штат Вашингтон и две канадские провинции – Альберта и Онтарио.
В рамках этой договорённости её участники договорились, что поэтапно откажутся от использования угля на своих электростанциях. При этом некоторые из них пообещали, что трансформируют свою энергосистему раньше установленного срока.
Например, Великобритания официально отказалась от использования этого вида ископаемых энергоресурсов уже с 2025 года. В этой стране последняя подземная угольная шахта была закрыта 18 декабря 2015 года. С того момента угольная промышленность Соединённого Королевства была представлена небольшим количеством карьеров с объёмом производства до 8 млн. т в год. В свете последних событий британская энергетическая компания DRAX, которая длительное время специализировалась исключительно на технологиях для угольной генерации, приступила к перепрофилированию своей деятельности.
В настоящее время большая часть угольных электростанций Британии переведена на переработку биомассы. Наряду с этим, разрабатывается масштабный проект, который ориентирован на перевод 2-х угольных генераторов электростанции, расположенной в графстве Северный Йоркшир, на природный газ. В ходе технической переоснастки объекта будут построены газовые мощности объёмом 3,6 ГВт и аккумуляторная система хранения на 200 МВт. На момент ввода в эксплуатацию она может стать самым большим накопителем энергии, собранным из батарей.
Сегодня рекордсменом считается энергохранилище, построенное компанией Tesla на территории Австралии. В перспективе оно будет использоваться в качестве резервного источника питания. Инновационная система состоит из аккумуляторов Powerpack суммарной мощностью 100 МВт. Ввод объекта в эксплуатацию запланирован на 1 декабря.
Основатель и глава компании Tesla Илон Маск обещал построить энергохранилище в течение 100 дней. Если бы этого сделать не удалось, он был согласен выполнить работу бесплатно. К реализации проекта специалисты компании приступили в конце сентября, и уже в ноябре строительство было полностью завершено. Следовательно, Tesla не только уложилась в установленные сроки, но и справилась с задачей гораздо быстрее. Стоимость проекта оценивается в 50 млн. долл.
«Уголь уже не вернётся. Экономическое обоснование очевидно. Возобновляемые источники энергии развиваются и дальше. С каждый днём «зелёная» энергия становится более дешёвой», - говорит министра окружающей среды и изменений климата Канады Кэтрин МакКенна.
Альтернатива ископаемым видам топлива
Рынок деревянных пеллет вырос с 6 млн. т (2006 г.) до 26 млн. т (2015-2016 г.г.). Такие цифры приводят специалисты Международного энергетического агентства (МЭА) в недавно опубликованном докладе о состоянии мирового сектора производства и торговли древесными гранулами (пеллетами) - Global Wood Pellet Industry and Trade Study 2017.
На сегодняшний день сфера применения пеллет ограничивается двумя основными направлениями:
1. Генерация тепловой энергии с использованием печей (котлов).
2. Производство электроэнергии. Древесные гранулы используются в качестве добавки к основному топливу на угольных станциях или в виде основного энергоресурса на специальных или модернизированных угольных станциях.
Крупнейшим регионом по производству пеллет является Евросоюз. На его территории производится около 54% древесных гранул. Втрое место в рейтинге с показателем 35% занимает Северная Америка. Наиболее динамичное развитие отмечено в Канаде. Здесь в течение года объёмы экспорта выросли с 1,6 млн. т в 2015 году до 2,4млн. т по итогам 2016-го.
В разрезе стран пальма первенства по производству пеллет с показателем 7,4 млн.т (2015 г.) и 6,3 млн. т (2016 г.) принадлежит США. За ней с большим отрывом следуют уже названная Канада, затем Германия (2,2 млн. т) и Швеция (1,5 млн. т).
Как ситуация обстоит в России? На территории нашей страны построены крупные производственные мощности. Однако они загружены не более чем на 35%, при этом крайне неравномерно. Объём экспорта постепенно увеличивается, но выше отметки в 1,1 млн. т этот показатель пока не поднимался. Складывается аномальная ситуация, когда страна, обладающая такими богатыми ресурсами, поставляет на рынки Европы и Азии в несколько раз меньше древесных гранул, чем, например, США.
Причина такого отставания, в первую очередь, кроется в логистике: огромная территория, большие расстояния и высокие транспортные расходы, несомненно, накладывают свой отпечаток на развитие ситуации. Вместе с тем, материально-техническая база российских производственных компаний нуждается в обновлении. Только после этого она сможет соответствовать всё более ужесточающимся требованиям к качеству продукции.
Сегодня мировой рынок древесных гранул активно развивается. Он открывает новые перспективы, расширяет список сфер применения (например, уже в скором времени пеллеты будут использоваться в качестве ресурса для «зелёной» химии и производства материалов), но вместе с тем создаёт и новые вызовы. Стране-производителю, которая стремится занять достойное место в этом сегменте рынка, необходимо разработать и создать эффективную и экологичную инфраструктуру на всех этапах производственной цепочки – от поставки исходного сырья до хранения и транспортировки готовой продукции.
Перспективная интеграция
Датская компания KK Wind Solutions, которая специализируется на производстве оборудования и систем управления для ветряной энергетики, планирует наладить выпуск ветротурбин с встроенными накопителями электроэнергии. По мнению специалистов, технологическое решение позволит минимизировать любые случайные отклонения выработки на 90%. Однако для этого необходимо, чтобы мощность аккумуляторных батарей составляла не менее 8% от установленной мощности ВЭС.
Цель проекта заключается в разработке кардинального нового модульного решения, основанного на комбинации современной технологии хранения электроэнергии и программных продуктов, которые позволят мониторить состояние встроенной батареи. Аналитики считают, что расширение функционала ветряной установки в перспективе улучшит качество работы оборудования, повысит его надёжность и срок службы, а также позволит исключить расходы на закупку и обслуживание дополнительной аппаратуры.
В реализации проекта примут участие ещё несколько компаний, которые до этого уже сотрудничали с KK Wind Solutions в рамках другого проекта. Тогда они занимались разработкой мегаваттных преобразователей для ветропарков. В рамках делового сотрудничества в проекте будет задействован один из крупнейших и старейших в мире производителей ветрогенераторов компания Vestas, датская инженерная фирма PowerCon и Ольборгский университет.
В опубликованном компанией KK Wind Solutions пресс-релизе сроки реализации проекта не указаны.
В последнее время в мире всё чаще реализуются проекты, в которых солнечная и ветровая генерация объединяются с накопителями энергии. Например, с участием «ветерана» ветряной энергетики компании Vestas в Австралии строится одна из крупнейших ветро-солнечных электростанций с накопителями. Большая СЭС с аккумуляторами возводится на территории Японии. Аналогичные проекты также реализуются в США, Германии и др.
Наметившаяся тенденция свидетельствует о том, что уже совсем скоро гибридные решения, в которых комбинируется несколько видов генерации и/или накопители, станут обычной практикой. К тому же исследования инвестиционного банка Lazard подтверждают дальнейшее снижение стоимости генерации в возобновляемой энергетике, в первую очередь ветровых и крупных фотоэлектрических солнечных станций, а также свидетельствуют о том, что в некоторых случаях комбинированные решения уже становятся экономически конкурентоспособными.
Следует признать, что идея с интеграцией накопителей в ветряную установку не нова. Например, американская многоотраслевая корпорация «Дженерал Электрик» впервые предложила аналогичное решение ещё в 2013 году. Однако тогда он не вызвало особого интереса. Впрочем, недавно корпорация Microsoft заключила 15-тилетнее соглашение с GE о приобретении 100% электрической энергии, которую генерирует новая ВЭС Tullahennel с установленной мощностью 37 МВт, построенная в графстве Керри (Ирландия). В рамках реализации этого проекта GE поставляла турбины с интегрированными аккумуляторами.
Вместе сильнее
Специалисты австрийского инжинирингового холдинга Luna работают над реализацией проекта по строительству трансграничной сети накопителей электроэнергии суммарной мощностью 100 МВт. Она будет стоять из нескольких связанных между собой литий-ионных аккумуляторных батарей, которые представляют собой 40-футовые ёмкости, по внешнему виду напоминающие контейнеры. Внутри каждой из них будут установлены аккумуляторы мощностью около 3 МВт.
Стоимость проекта составляет порядка 110-120 млн. евро. Разработчиком систем выступает компания из Японии Nidec. Поставку батарей наладила южнокорейская корпорация LG. Управлять работой объектов будет немецкий энергетический концерн Steag AG, который ранее уже построил и ввёл в эксплуатацию 6 промышленных сетевых накопителей на основе электрохимических аккумуляторных батарей суммарной мощностью 90 МВт.
Цель нового проекта заключается в обеспечении европейской энергосистемы резервными запасами экологически чистой электроэнергии. Эксперты утверждают, что энергии, накопленной в трансграничной сети этого типа, достаточно для того, чтобы в течение часа обеспечивать электричеством около 350 тыс. домохозяйств.
До конца 2017 года в рамках реализации проекта будут построены 3 системы хранения электроэнергии общей мощностью 60 МВт: две из них расположены на территории Германии, и одна в Австрии. На первую половину будущего года запланирован ввод в эксплуатацию оставшихся 40 МВт мощности.
Энергию прилива – в дело
Ряд японских производственных компаний и два научно-исследовательских учреждения объединились в консорциум в рамках одного проекта, и в течение 4-х дней проводили тестовые испытания новой генераторной установки для приливных электростанций. Как утверждают разработчики генератора, промышленная версия агрегата с винтами диаметром 7 м при скорости воды 4 м/с сможет дать выходную мощность в 543,6 кВт.
В основу работы генератора положен метод фазовой инверсии. Специалисты компании NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) - «Новые энергетические и промышленные технологии», которая также принимала участие тестировании эксплуатационных характеристик установки, пришли к выводу, что генератор продемонстрировал более высокие показатели, чем рассчитали разработчики этой модели на этапе проектирования. Например, на практике энергоэффективность оказалась на 43,1% выше теоретических данных. При этом агрегат позволяет генерировать электроэнергию большего напряжения, чем традиционные аналоги. Эта особенность даёт возможность снизить потери.
Помимо этого, генератор не нуждается в установке массивных поддерживающих устройств, поскольку воздействие водного потока снижается за счёт смещения вращающего момента винтов. Конструктивно он оборудован 2-мя винтами – спереди и сзади. Задний винт вращает внешнюю катушку и внутренний стержень агрегата в противоположных направлениях, что обеспечивает высокую эффективность генерации электроэнергии.
Экологически чистый… мусор?
В Национальном университете Сингапура разработана экологически чистая система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) «4 в 1». Её уникальность заключается в том, что работу инженерных систем обеспечивает электроэнергия, полученная в результате утилизации отходов.
Группе учёных под руководством Райсула Исламас удалось увеличить количество энергии, которая выделяется в процессе сгорания отходов. Однако продукты горения не выпускаются в воздух, а перенаправляются в специальную климатическую систему. В ней, вместе с продуктами горения, также перерабатывается и тепло, выделяемое самой системой во время эксплуатации.
В ходе исследования учёным пытались отыскать способ максимально эффективного кондиционирования воздуха в здании с минимальными потерями энергии. С этой целью они в системе кондиционирования стали использовать воду температурой +13°С…+18°С и обратили внимание на то, что в большинстве стандартных систем температурные показатели воды не превышают +4°С…+7°С. Оказалось, что в среднем, понижение температуры вода хотя бы на 1°С приводит к увеличению энергозатрат на 3,5-4%.
Ещё одним аргументом в пользу инновационной системы стали её компактные габаритные размеры. Авторы инновационной разработки утверждают, что работа системы даёт возможность на 30% снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и на 25-30% повысить энергоэффективность коммуникационных систем. Окрылённые успехом учёные рассматривают возможность коммерциализации своего изобретения.
Оконное стекло = генератор?
Уже в течение ближайших лет в технологически развитых странах генерирующее электроэнергию оконное стекло больше не будет восприниматься как сюжет для очередного блокбастера. Учёные Мичиганского университета разработали прозрачное вещество, вырабатывающее электричество с помощью фотоэффекта. В результате исследований они пришли к заключению, что потенциал «прозрачного генератора» не уступает возможностям привычных для нас солнечных панелей.
Группа учёных под руководством Ричарда Лунта разработала «люминесцентный солнечный концентратор». В его структуре присутствуют органические молекулы, которые способны поглощать световые сигналы. Исследователи научились управлять их работой так, что «приёмники» будут улавливать только ультрафиолет или часть волн инфракрасного излучения, а затем преобразовывать их в электроэнергию.
Ещё одной особенностью инновационного материала, который по внешнему виду напоминает обычный пластик, является универсальность. Его можно использовать не только в процессе нового строительства, но и наносить на уже установленные стеклянные конструкции. Учёные утверждают, что применение «энергетических» стёкол не влияет на дизайнерские идеи и эстетические решения архитектора, поскольку визуально такое окно ничем не отличается от обычного. Поэтому, по желанию владельца, «лёгким движением руки» любое здание можно превратить в электростанцию.
Исследователи утверждают, что в общей сложности на территории США установлено 5-7 млрд. м² стеклянных поверхностей. Если их оснастить прозрачной фотовольтаикой, то это позволит на 40% удовлетворить потребность страны в электроэнергии. Таким же потенциалом обладают и обычные кровельные солнечные электростанции.
Эффективность инновационного материала составляет всего 5%. Безусловно, это в несколько раз ниже, чем у обычных фотоэлектрических преобразователей. Однако их преимущество заключается в том, что «прозрачный генератор» электроэнергии можно установить на поверхностях, которые непригодны для размещения солнечных батарей. К тому же фотовольтаический эффект можно использовать не только в оконных стёклах или стеклянных крышах, но и в любых гладких прозрачных поверхностях. Например, в автомобильном стекле или на поверхности современных гаджетов и т.д.
Солнечная крыша
Специалисты французской компании Engie в рекордно короткие сроки установили солнечные панели на крыше одной из гимназий, построенных на юго-западе Франции. Новая экологичная электростанция смонтирована с помощью органических фотогальванических элементов производства немецкой компании Heliatek, которая ещё в 2012 году заявила о готовности поднять способность батарей впитывать в себя 15% солнечной энергии. На сегодняшний день этот путь уже наполовину пройден. У новых батарей это показатель составляет 13,2%. При этом представители компании утверждают, что даже в у условиях низкой солнечной активности, можно будет принимать до 17% энергии только на органических полупроводниках.
На сегодняшний день установленная в гимназии электростанция, которая оборудована органическими солнечными батареями, является самой крупной из всех когда-либо смонтированных на крыше. 400 тонкоплёночных фотоэлементов установлены на кровле площадью 500 м². Мощность энергогенерирующего объекта составляет 22,5 кВт. По оценкам экспертов она будет вырабатывать 23,8 МВт/ч электрической энергии в год. Это может обеспечивать 15% потребностей учебного учреждения в электроэнергии.
С обратной стороны солнечные батареи оснащены самоклеющейся плёнкой и оборудованы кабельной разводкой. В процессе работы специалисты компании просто наклеивали панели на поверхность крыши. Таким образом, бригада численностью 6 человек завершила монтаж в течение 8-ми часов. На кровле было установлено 400 фотоэлементов разной длины. В среднем на установку каждой панели работникам потребовалось около 2-х минут.
Подводя итоги, можно сказать, что технологии не стоят на месте. Мировой рынок электроэнергетики адаптировался к требованиям времени и постепенно переходит от традиционных технологий к перспективным инновационным цифровым и техническим решениям. Разрабатываются всё более совершенные системы хранения энергии, полученной от солнца, ветра и воды, внедряются IT-новинки, интегрируются компоненты, которые совсем недавно казались несовместимыми. То ли ещё будет… 2018-ый покажет.
