Что делать, когда нефть заканчивается? Обзор альтернативных источников энергии и взгляд экспертов на рынок.

По прогнозам экспертов ассоциации «Глобальная энергия» (в их число входят 20 ученых из различных стран мира), к 2100 году доля нефти и угля в мировом топливно-энергетическом балансе составит 2,1% и 0,9% соответственно, термоядерная энергетика займет десятую часть рынка и более четверти всей мировой электроэнергии будет производиться благодаря солнцу. При этом через 50 лет лидирующие позиции на рынке энергетики отойдут к России (19%), Китаю (18%) и США (17%). К 2100 году первое место перейдет к Китаю, а Россия и США займут вторую и третью строчки рейтинга.

Насколько прогнозы экспертов соотносятся с доступной информацией о современных трендах мировой энергетики и как развиваются новые и перспективные направления энергетического рынка, журнал "Rusbase" выясняет в этом материале. Предлагаем обзор основных тенденций.

1. Солнечная энергетика

Одним из главных трендов последних лет остается развитие солнечной энергетики. Энергия солнца используется для генерации тепла и электричества как в промышленных, так и в бытовых масштабах. Годовая выработка солнечной электроэнергии в мире выросла с 2,6 ТВт/ч в 2004 году до 301 ТВт/ч в 2016 году, и этот сектор продолжает стремительно набирать обороты. По оценкам экспертов Международного энергетического агентства (IEA), к 2050 году солнечная энергетика сможет обеспечить 20–25% потребностей человечества в электричестве. 

Быстрое развитие этой индустрии подталкивает рост конкуренции на мировом рынке возобновляемой энергии и последовавшее за ним падение цен на энергоресурсы. Кроме того, в последние пять лет себестоимость производства солнечной энергии сократилась примерно на 80%. 

Значительный вклад в развитие отрасли в последние годы внесли страны Ближнего Востока, сконцентрировавшиеся на строительстве солнечных электростанций. В 2017 году власти Дубая объявили об увеличении еще на 700 МВт мощностей самой крупной в мире сети солнечных электростанций — Солнечного парка имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума. А в апреле 2018 года СМИ сообщили, что правительство Саудовской Аравии намерено построить в своей стране станцию мощностью 200 ГВт, которая будет в 100 раз больше, чем любая из существующих солнечных электростанций в мире. Объем инвестиций в проект составит $200 млрд. 

Кроме того, солнечную энергетику в составе энергетического комплекса продолжают активно развивать Китай (суммарная мощность — 52 ГВт), США (12,5 ГВт), Индия (9 ГВт), Япония (5,8 ГВт) и Германия (2,2 ГВт). 

Солнечный парк имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума
Фото: Arabian Business

2. Энергия ветра

Другой стремительно развивающейся отраслью мирового ТЭК считается ветроэнергетика. К 2016 году общая установленная мощность всех ветрогенераторов в мире составила 432 ГВт, таким образом превысив аналогичный показатель для атомной энергетики. Но следует отметить, что использованная мощность ветрогенераторов, как правило, в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работают в режиме установленной мощности. 

Динамика этой отрасли выглядит следующим образом: если в 2000 году на установленные мощности ветроэнергетики приходилось 31,2 ГВт, то уже к 2013 году эта цифра достигла 318,5 ГВт. При этом ветряки сегодня производят 2,5% всего электричества в мире, а лидирующие позиции на рынке уверенно удерживают Китай, США и Германия. 

Энергия ветра имеет особенно большое значение для развития энергетики некоторых стран и регионов. Так, в 2014 году 39% электроэнергии в Дании вырабатывалось с помощью ветрогенераторов. В том же году на ветряные электростанции Германии пришлось 8,6% от всего произведенного в стране электричества. А в декабре 2014 года ветроэнергетика обеспечила 164% электроэнергии для домохозяйств Шотландии. Своеобразный рекорд был установлен осенью 2017 года в Европе: за счет мощных ураганов, которые пронеслись по континенту в октябре прошлого года, ветрогенераторы смогли произвести за сутки четверть всей электроэнергии, необходимой для региона. 

3. Атомная энергетика

Ключевое значение в будущем также должна будет сохранить ядерная энергетика. По данным ассоциации «Глобальная энергия», только на термоядерную энергетику в 2100 году будет приходиться десятая часть мирового энергетического рынка. 

Атомные станции относятся к «зеленой» энергетике, поскольку они характеризуются низкими выбросами углерода в атмосферу. АЭС высокопроизводительны, а запасов топлива для их работы может хватить практически на неограниченное время: кроме ископаемого урана, атомные станции могут использовать также отработавшее ядерное топливо. 

На сегодняшний день АЭС производят примерно 11% мировой электроэнергии. При этом самое большое количество атомных реакторов расположено в США (около 20% мирового производства) и во Франции, за ними следуют Китай, Россия и другие страны. 

4. Биоэнергетика

Борьба за экологию в будущем должна продолжиться также благодаря биоэнергетике. Термином «биоэнергетика» обозначают производство энергии из биотоплива различных видов: щепа, гранулы из древесины и брикеты, а также биогаз, водород и биодизель. Особое значение развитие биоэнергетики получает в контексте решения проблемы утилизации органических отходов и уменьшения загрязнения окружающей среды. При этом наибольшие перспективы для использования биотоплива имеют развитые аграрные регионы, для которых свойственен переизбыток органических отходов. 

Объем биотопливного рынка в мире вырос с $15,7 млрд в 2005 году до $97,8 млрд в 2013 году, а главными производителями топлива из растительного и животного сырья на сегодняшний день являются США, Бразилия и страны ЕС. 

5. «Интернет энергии» и «умные электросети»

Между тем, эксперты видят будущее энергетики не только в переходе на чистые источники энергии. Изменить подход к организации отрасли должен также рост рынка «умной» энергетики. 

Интеллектуальные сети уже сейчас начинают внедрять правительства разных стран. В Европе правила разработки «умных» электросетей определяет «Платформа европейских умных сетей электроснабжения» (Smart Grid European Technology Platform). В России этот подход поддерживает «дорожная карта» EnergyNet. 

В основе энергетического рынка нового уклада должны будут лежать интеллектуальные системы и сервисы, построенные на открытой сетевой архитектуре. Это позволит создать новую систему энергообмена между производителями и потребителями энергии. В результате подключаться к сети можно будет так же легко и быстро, как к интернету, свободно обмениваясь ресурсами и услугами из любой точки. 

Управление энергосистемой станет более децентрализованным, а покрытие пиков, надежность, качество и доступность энергии будут формироваться не крупными электростанциями, а за счет распределенной генерации и технологий управления нагрузками и накопления энергии. При этом главными решениями для «умной сети» станут малая и микрогенерация, накопители энергии, «переговаривающиеся» друг с другом «умные» устройства, регулирующие нагрузку, электротранспорт и промышленный интернет вещей. Результатом таких трансформаций должна стать значительно более дешевая энергия, имеющая качественно лучшие потребительские свойства. 

«Умные» электросети также позволят защитить нашу планету
Фото: NASA

Хранение энергии — перспективное технологическое направление

С развитием возобновляемой энергетики все большее значение приобретают технологии хранения энергии. Методы накопления электричества в последние годы значительно улучшились, открыв возможности для аккумулирования энергии от разных возобновляемых источников. Причем новые и перспективные решения в развитых странах уже выходят на стадию «предкоммерческого» использования. 

Главной особенностью электроэнергетики, отличающей ее от других «физических» отраслей, является невозможность хранения электричества в промышленных масштабах. В каждую единицу времени станции должны производить ровно столько электроэнергии, сколько нужно рынку. Проблема накопления энергии особенно актуальна для ВИЭ-генерации, солнечных и ветряных ферм, выработка которых зависит от природных факторов и поэтому непостоянна и сильно колеблется. Выходом из этой ситуации могут стать новые технологии хранения электроэнергии. 

Уже сегодня специалисты говорят о перспективности и большом будущем таких технологий накопления, как сжиженный воздух, расплавленная соль, окислительно-восстановительные проточные батареи, а также более традиционных гидроаккумулирующих электростанций и аккумуляторов, работающих по принципу батарей в ноутбуках и смартфонах. 

Довольно давно известно, что для хранения электроэнергии можно использовать сжатый воздух, который закачивается под давлением в специальные резервуары, например, в подземные полости. Но швейцарская компания Alacaes усовершенствовала этот метод, разработав технологию, которая позволяет полости в горных породах заполнять воздухом, охлажденным до жидкого состояния. В результате должна значительно увеличиться энергоемкость и эффективность хранения электроэнергии. 

Перспективные технологии хранения энергии испытывают также в лаборатории Alphabet X. Сейчас сотрудники компании изучают возможности использования расплавов солей и антифриза. Такая технология, по расчетам исследователей, позволит дольше хранить излишки энергии, полученной от солнца и ветра. 

Данила Шапошников

Партнер North Energy Ventures

О будущем сжиженного природного газа

Перспективных технологий энергетики достаточно много, но остановлюсь только на одной платформенной технологии, понятной широкому кругу читателей — сжиженный природный газ (СПГ). 

Главное преимущество сжиженного газа перед трубопроводным газом состоит в том, что при хранении и транспортировке он занимает объем в 620 раз меньший, чем его аналог, перекачиваемый по трубам. Такая разница заметно сокращает затраты. Причем из всех углеводородных источников энергии сжиженный газ является наиболее чистым. Так, при использовании этого вида топлива для производства электричества уровень выбросов CO₂ в атмосферу вдвое меньше, чем при использовании угля. 

Российский рынок сжиженного природного газа уже превышает $5 млрд. С помощью СПГ сегодня производится экологичное синтетическое дизельное топливо с низким содержанием серы, которое можно использовать в двигателях внутреннего сгорания без дополнительных модификаций. 

Сжиженный природный газ — долгосрочный тренд. В заводы по производству СПГ вкладываются многие компании, в том числе «Газпром» и Shell. Под него не нужно менять инфраструктуру. Рост этого сегмента в мире может сильно скорректировать развитие рынка электромобилей и альтернативных вариантов топлива, включая биотопливо. Хотя затраты на создание мощностей для СПГ пока достаточно высоки, тем не менее они продолжают снижаться, а производительность таких заводов остается высокой — от 10 тысяч баррелей в сутки и выше. 

Основными трендами рынка СПГ являются: 

— создание новых, экономичных технологий по сжижению, хранению, разжижению сжиженного природного газа; 
— развитие технологий риформинга, очистки, инновационных катализаторов и прочее; 
— создание компактных установок (мини-СПГ), которые способны производить до 1 тысячи баррелей сжиженного газа в сутки (такие установки подходят для размещения на месторождении или на морской платформе); 
— создание новых автомобильных и авиационных видов топлива на основе СПГ. 

Перспективные направления в энергетики: мнения экспертов

К перспективным направлениям мировой энергетики можно отнести развитие аккумуляторов и водородных топливных элементов для электромобилей, а также накопителей, использующихся в электроэнергетике. Важную роль в будущем будут играть технологии, повышающие энергоэффективность компаний. Здесь можно отдельно выделить набирающие оборот технологии цифровизации: от «умных» домов до «интеллектуальных» месторождений. 

В ближайшие 20 лет доля альтернативных энергоносителей в мировом энергобалансе будет расти, однако господство все же останется за углеводородами. Но для энергетического баланса это и хорошо — безоговорочная победа одного или двух энергоносителей приведет к манипуляции рынком и снижению конкуренции. Таким образом рост неуглеродной энергетики будет способствовать диверсификации энергобаланса и повышению уровня рыночной конкуренции. 

Екатерина Грушевенко
Эксперт Центра энергетики МШУ Сколково

Юрий Мельников

Старший аналитик по электроэнергетике Центра энергетики МШУ Сколково

Мы живем в беспрецедентную эпоху «энергетического перехода» (Energy Transition), эпоху трех «Д»: 

• децентрализация — приближение центров производства энергии к конечному потребителю и их разукрупнение; 
• диджитализация — повсеместное проникновение в энергетику постоянно дешевеющих цифровых технологий; 
• декарбонизация — стремление предотвратить глобальное изменение климата за счет перехода на безуглеродную генерацию — возобновляемые источники энергии и атомную энергетику. 

Энергетический переход уже сейчас приводит к революционным изменениям в бизнесе крупнейших мировых энергокомпаний и определяет их долгосрочные стратегии. В то же время, во всех странах он будет развиваться по-разному, «старая» и «новая» энергетика будут сосуществовать еще десятилетия. Окончательной победы ВИЭ не будет, да и вряд ли она нужна — каждый из энергоресурсов имеет свою нишу. 

Технологиям возобновляемой энергетики для прорыва потребуется продолжение тренда удешевления, а еще в большей степени — распространение эффективных технологий хранения энергии. Сейчас на это место претендуют электрохимические аккумуляторы и водородные технологии. 

Традиционная энергетика, например, газовая или угольная генерация, будет вынуждена перестроиться. В первую очередь изменения коснутся роста эффективности и экологичности этого сектора и его способности работать совместно с возобновляемыми источниками энергии, компенсируя нестабильность их выработки. 

Борьба между традиционной и альтернативной энергетикой (а также их взаимное сотрудничество) в обозримом будущем будет продолжаться. В этой связи хорошим примером является электроэнергетическая отрасль. 

В каждую единицу времени в электроэнергетике производится ровно столько энергии, сколько нужно потребителю. Эта особенность отрасли определяет специфические требования рынка к обеспечению потребителей электроэнергией: необходимо либо создавать дорогие резервные генерирующие мощности, либо строить сложные географически распределенные энергосистемы. 

Портфель источников энергии должен соответствовать не только требованиям экономической оптимальности, но и обеспечивать то самое равенство в любой момент времени объема производства объему потребления. Нельзя иметь в энергосистеме только атомные электростанции (они не умеют быстро сбрасывать или набирать нагрузку) или только возобновляемые источники энергии (солнце и ветер непостоянны). Поэтому нужно сохранять значительную долю традиционной генерации на ископаемых ресурсах, например, на газе. Этот сектор сможет обеспечить и надежность, и маневренность энергосистемы, чтобы удерживать для нее необходимый резерв. 

Остается актуальным также вопрос экономики. Коэффициент использования установленной мощности ветряной генерации составляет 22%, солнечной — 15%. А это значит, для того, чтобы заменить 1 ГВт электроэнергии, произведенной на АЭС, нужно построить 6 ГВт для ВИЭ. 

Развитие технологий хранения электроэнергии в значительных объемах может изменить ландшафт индустрии в будущем. Но пока, наоборот, мы видим сокращение объемов венчурных инвестиций в возобновляемую энергетику. Сектор ВИЭ сегодня растет в основном за счет рынка Китая. При этом компании США, Японии и ЕС продолжают сокращать инвестиции в возобновляемые источники. К слову, в Штатах, активно пропагандирующих ВИЭ, основное внимание сейчас уделяется расширению рынка газовой генерации, а возобновляемая энергетика пока так и остается субсидируемой отраслью. 

Источник

Заодно короткое познавательное видео: