Пути развития альтернативной энергетики - ABCD42.RU

Пути развития альтернативной энергетики

Пути развития альтернативной энергетики

Глобальный спрос на энергию увеличивается примерно на 3% в год – в 2025 году энергопотребление составит 22,8 млрд т у. т. Мировые запасы традиционных энергетических ресурсов, по оценкам специалистов, составляют: угля – более 1500 млрд тонн, нефти – 170 млрд т, газа – 172 трлн куб. м. По прогнозам, мировых запасов угля, нефти и газа при непрерывном росте промышленности как основного потребителя энергетической отрасли хватит на 100 лет и более.

Существуют «традиционные» виды альтернативной энергии – энергия воды, Солнца, ветра, энергия морских волн, приливов и отливов, – без которых трудно представить энергетику ближайшего будущего.

Растет мощность малых ГЭС

К числу основных возобновляемых источников энергии относится гидроэнергетика. Экономический потенциал гидроэнергетики (без малой) в мире составляет около 8100 ТВт*ч в год. На сегодня доля гидроэнергии в общем производстве электроэнергии составляет 16%, в мировом топливном балансе – 6%. В мире действуют более 7000 ГЭС общей мощностью 715 ГВт. Крупнейшими производителями являются Бразилия, Канада, США, Китай, Россия. В ближайшие годы в мире планируется строительство новых гигантских ГЭС общей мощностью до 140 ГВт, что позволит увеличить производство гидроэнергии на 20%. Для многих стран малая и возобновляемая энергетика уже в настоящее время является важным компонентом энергообеспечения. Она играет существенную роль в энергоснабжении Дании, Исландии, Новой Зеландии, Канады, Германии, Норвегии, Испании и других стран.

За последние десятилетия устойчивое положение в мировой электроэнергетике заняла малая гидроэнергетика. В международной терминологии выделяются малые ГЭС мощностью от 1 до 10 МВт, мини-ГЭС мощностью от 100 кВт до 1 МВт и микро-ГЭС менее 100 кВт. Установленная мощность малых ГЭС от общей мощности в Китае 46%, в Японии 6%,
в России 2%.

В России сегодня эксплуатируются около 300 малых ГЭС суммарной мощностью 1 ГВт, планируется увеличение мощности малых и микро-ГЭС в 2015 году до 2200 МВт. Ожидается, к 2020 году общая мощность малых ГЭС в мире увеличится вдвое.

Энергия солнечного излучения, поступающая на земную поверхность, почти в 40 раз превышает всю энергию, потребляемую человечеством. Солнце ежесекундно дает Земле 80 тысяч млрд кВт, что в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира.

Привлекательность солнечной энергетики обусловлена неисчерпаемостью, доступностью в каждой точке нашей планеты, экологической чистотой, но солнечное излучение непостоянно во времени суток и зависит от погодных условий. Из‑за этого каждая установка должна иметь либо устройство для аккумулирования энергии, либо дублирующую установку с другим источником энергии. Потенциальные ресурсы энергии Солнца в России в год оцениваются в 2300 млрд т у. т. Но при всем при этом используется ничтожная доля поступающей на Землю солнечной энергии

Потенциал вулканического тепла

Тепловая энергия вулканических источников используется в 62 странах, за последние годы рост использования геотермальной энергии для производства электричества и теплового потребления составляет 4% в год. В настоящее время в мире строятся ГеоТЭС общей мощностью более 2 ГВт, в ближайшие годы проектируются ГеоТЭС мощностью 11,5 ГВт. Активное использование геотермальных ресурсов ведется в 58 странах мира, в т. ч. в Новой Зеландии, Франции, Исландии, США, Венгрии. Среди нетрадиционных способов получения энергии – ветрового, солнечного, приливного и пр. геотермальная энергетика занимает самое значительное место – ее вес в балансе альтернативных источников сейчас превышает 60%.

В США установленная мощность подходит к отметке 3000 МВт. В Мексике геотермальная составляющая в энергобалансе страны превышает 4%, но лидером являются Филиппины – десятки ГеоЭС совокупной мощностью 2000 МВт вырабатывают пятую часть всей электроэнергии страны. Россия располагает обширными запасами геотермальных ресурсов, энергия которых в 10‑12 раз превышает потенциал органического топлива. Пока в нашей стране действуют 3 геотермальные электростанции на Камчатке: Паужетская, Верхне-Мутновская и Мутновская ГеоЭС. Их суммарная мощность составляет 70 МВт. Используя геотермальную энергию для теплоснабжения городов и поселков, Россия могла бы экономить 20‑30% ископаемого топлива в течение ближайших 5‑10 лет. Например, до сих пор почти три миллиона человек в Краснодарском крае пользуются горячей водой, нагретой с помощью геотермальной энергиии.

«Приливные» территории мира

Общий объем энергии приливов на Земле оценивается примерно в 3 млрд кВт*ч в год, что составляет примерно 15% всей потребляемой людьми электроэнергии, однако имеются только около 100 мест, где сооружение приливных электростанций может оказаться экономически эффективным. Сегодня
действуют промышленная ПЭС Ранс во Франции – 240 МВт, опытная ГЭС в Канаде – 20 МВт, экспериментальная Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове в РФ – 450 кВт. Планируется создание новых мощных приливных станций в России, Норвегии и других странах.

Одним из чрезвычайно бурно развивающихся в последние годы направлений научно-технического прогресса в энергетике стала ветроэнергетика.
Ветроэнергетика во многих странах является приоритетным направлением энергосбережения и использования экологически чистой возобновляемой энергии.

Установленная мощность ветроэлектростанций (ВЭС) в мире за 10 последних лет увеличилась в 10 раз и, по-видимому на конец 2005 г. могла составлять около 50000 МВт.

С 1996 г. установленная мощность ветроэнергетических установок росла во всем мире со среднегодовым темпом роста, близким к 20‑40%. В течение последнего десятилетия объем установленной мощности удваивался примерно каждые два с половиной года. В течение 2004 г. введено в эксплуатацию более 10000 МВт новых генерирующих мощностей. В 2000 г. суммарная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) в 55 странах мира составляла примерно 17700 МВт, из них в Германии – 6100 МВт, в США и Испании – 2500 МВт, в Дании – 23 МВт, в Индии – 1100 МВт. На долю этих 5 ведущих стран приходилось свыше 82%, а на долю 10 ведущих стран (включая Нидерланды, Италию, Великобританию, Китай и Швецию) – 92% общей установленной мощности ВЭУ мира.

Средняя мощность устанавливаемых ВЭУ, как ожидается, вырастет в течение следующего десятилетия с сегодняшнего значения в 1300 кВт (1,3 МВт) до 1,5 МВт в 2007 г. и до 2,5 МВт в 2012 г. Модульная компоновка ВЭС и все возрастающая единичная мощность ВЭУ с 2,5‑3,0 до 5,0 МВт и более позволяют обеспечивать условия для создания крупных энергосистем в масштабе страны и даже суперэнергосистемы, объединяющей энергосистемы различных стран (транснациональные энергосистемы). Благодаря этому будут существенно улучшены надежность и эффективность функционирования ВЭС. Следовательно, развитие ветроэнергетики за рубежом идет, с одной стороны, по пути увеличения единичной мощности ВЭУ и количества их в составе ВЭС, а с другой стороны, по пути их объединения для создания крупных энергосистем. Все это создает условия для получения дешевой конкурентоспособной электрической и тепловой энергии.

По данным Американского электроэнергетического института (EPRJ) стоимость одного кВт-ч электроэнергии на современных ВЭС за последние десять лет снизилась с 15 – 20 до 4 – 7 центов и сегодня сравнима со стоимостью электроэнергии, получаемой на традиционных электростанциях ,– 5 – 9 центов/кВт*ч. на АЭС, 4 – 5 на ТЭС на угле и газе и 5‑20 – на ГЭС различной мощности. Современные ветроэлектростанции по своим основным показателям сравнимы с современными электростанциями традиционных типов.

Это подтверждается цифрами стоимости установленной кВт мощности, что в настоящее время составляет:
– для ГЭС – 1000‑2500 долл/кВт
– для ТЭС – 800 – 1400
– для ВЭС – 800 – 3000
– для АЭС – 2000 – 3000 долл/кВт.

К сожалению, Россия, ставшая (еще в 30‑е годы ХХ века) пионером развития ветроэнергетики, в настоящее время серьезно отстает от промышленно развитых стран, особенно в практическом использовании энергии ветра. Для примера можно назвать такие цифры:
– объем серийного производства ВЭУ в 1950 – 1956 гг. составил 37523 ед. с установленной мощностью 80 мВт; в 1987 – 2002 годы 2000 ед. мощностью менее 1 МВт.

Однако, по мнению специалистов, развитие малой ветроэнергетики позволило бы решить ряд проблем, связанных с энергообеспечением северных и других труднодоступных территорий, не подключенных к общим электросетям, в которых проживает более 10 млн человек, а также способствовать улучшению экологической обстановки. Небольшой позитивный пример – это самый крупный в России ветропарк в Калининградской области, состоящий из 21 ветроэнергетической установки. В настоящее время в области ведутся работы по возведению ветропарка мощностью 50 МВт морского базирования, на стадии проектирования Ленинградская – 75 МВт и Черноморская – до 40 МВт.

Альтернативная энергетика: за чем будущее?

Сегодня весь мир обеспечен электроэнергией благодаря сжиганию угля и газа (ископаемое топливо), эксплуатации водного потока и управлению ядерной реакцией. Эти подходы достаточно эффективны, но в будущем нам придётся от них отказаться, обратившись к такому направлению, как альтернативная энергетика.

Во многом эта необходимость обусловлена тем, что ископаемое топливо ограничено. Кроме того традиционные способы добычи электроэнергии являются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Поэтому мир нуждается в «здоровой» альтернативе.

Предлагаем свою версию ТОПа нетрадиционных способов получения энергии, которые в будущем могут стать заменой привычным электростанциям.

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

  • микротурбинные электростанции;
  • газотурбинные электростанции;
  • паровые котлы;
  • солнечные батареи;
  • ветряки;
  • тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

5 место. Сжигание возобновляемого топлива

Вместо угля на электростанциях можно сжигать так называемое «биотопливо». Таковым является переработанное растительное и животное сырьё, продукты жизнедеятельности организмов и некоторые промышленные отходы органического происхождения. В качестве примера можно привести обычные дрова, щепу и биодизель, который встречается на заправках.

В энергетической сфере чаще всего применяется древесная щепа. Она собирается при лесозаготовке или на деревообрабатывающем производстве. После измельчения она прессуется в топливные гранулы и в таком виде отправляется на ТЭС.

Читайте также  Стоики и стоицизм

К 2019 году в Бельгии должно завершиться строительство крупнейшей электростанции, которая будет работать на биотопливе. Согласно прогнозам, она должна будет производить 215 МВт электроэнергии. Этого хватит на 450 000 домов.

Интересный факт! Многие страны практикуют выращивание так называемого «энергетического леса» – деревья и кустарники, наилучшим образом подходящие для энергетических нужд.

Будет ли альтернативная энергетика развиваться в направлении биотоплива пока маловероятно, ведь есть более перспективные решения.

4 место. Приливные и волновые электростанции

Традиционные гидроэлектростанции работают по следующему принципу:

  1. Напор воды поступает на турбины.
  2. Турбины начинают вращаться.
  3. Вращение передаётся на генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Строительство ГЭС обходится дороже ТЭС и возможно только в местах с большими запасами энергии воды. Но самая главная проблема – это нанесение вреда экосистемам из-за необходимости строительства плотин.

Приливные электростанции работают по схожему принципу, но используют для выработки энергии силу приливов и отливов.

«Водные» виды альтернативной энергетики включают такое интересное направление, как волновая энергетика. Её суть сводится к генерации электричества посредством использования энергии волн океана, которая гораздо выше приливной. Самой мощной волновой электростанцией на сегодня является Pelamis P-750, которая вырабатывает 2,25 МВт электрической энергии.

Раскачиваясь на волнах, эти огромные конвекторы («змеи») изгибаются, вследствие чего внутри приходят в движение гидравлические поршни. Они прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь вращают электрогенераторы. Полученное электричество доставляется на берег через кабель, который проложен по дну. В перспективе количество конвекторов будет многократно увеличено и станция сможет вырабатывать до 21 МВт.

3 место. Геотермальные станции

Альтернативная энергетика неплохо развита и в геотермальном направлении. Геотермальные станции вырабатывают электричество, фактически преобразуя энергию земли, а точнее — тепловую энергию подземных источников.

Существует несколько типов таких электростанций, но во всех случаях они основываются на одинаковом принципе работы: пар из подземного источника поднимается по скважине и вращает турбину, подключенную к электрогенератору. Сегодня распространена практика, когда в подземный резервуар на большую глубину закачивается вода, там она под воздействием высоких температур испаряется и в виде пара под давлением поступает на турбины.

Лучше всего для целей геотермальной энергетики подходят районы с большим количеством гейзеров и открытых термальных источников, которые разогреваются вследствие вулканической активности.

Так, в Калифорнии работает целый геотермальный комплекс под названием «Гейзеры». Он объединяет 22 станции, вырабатывающие 955 МВт. Источник энергии в данном случае – очаг магмы диаметром 13 км на глубине 6,4 км.

2 место. Ветряные электростанции

Энергия ветра – один из самых популярных и перспективных источников для получения электричества.

Принцип работы ветрогенератора прост:

  • под воздействием силы ветра вращаются лопасти;
  • вращение передаётся на генератор;
  • генератор вырабатывает переменный ток;
  • полученная энергия обычно накапливается в аккумуляторах.

Мощность ветрогенератора зависит от размаха лопастей и его высоты. Поэтому их устанавливают на открытых территориях, полях, возвышенностях и в прибрежной зоне. Эффективнее всего работают установки с 3 лопастями и вертикальной осью вращения.

Интересный факт! На самом деле энергия ветра является разновидностью солнечной энергии. Объясняется это тем, что ветры возникают из-за неравномерного прогрева солнечными лучами земной атмосферы и поверхности.

Чтобы сделать ветряк, не нужны глубокие познания в инженерии. Так, многие умельцы смогли себе позволить отключиться от общей электросети и перейти на альтернативную энергетику.

Для производства электричества в промышленных масштабах используются ветровые электростанции, состоящие из множества ветряков. Крупнейшей является электростанция «Альта», расположенная в Калифорнии. Её мощность – 1550 МВт.

1 место. Солнечные электростанции (СЭС)

Наибольшие перспективы имеет солнечная энергетика. Технология преобразования солнечного излучения с помощью фотоэлементов развивается из года в год, становясь всё эффективнее.

Гелиотермальные электростанции также зарекомендовали себя неплохо. Их работа основана на использовании солнечного тепла для нагрева воды и получения пара, который раскручивает электротурбину.

В России солнечная энергетика развита относительно слабо. Однако некоторые регионы показывают отличные результаты в этой отрасли. Взять хотя бы Крым, где функционирует несколько мощных солнечных электростанций.

В будущем возможно может развиваться космическая энергетика. В этом случае СЭС будут строиться не на поверхности земли, а на орбите нашей планеты. Самое главное преимущество такого подхода – фотоэлектрические панели смогут получать гораздо больше солнечного света, т.к. этому не будет препятствовать атмосфера, погода и времена года.

Заключение

Альтернативная энергетика имеет несколько перспективных направлений. Её постепенное развитие рано или поздно приведёт к замещению традиционных способов получения электричества. И совершенно необязательно, что во всём мире будет использоваться только одна из перечисленных технологий. Подробнее об этом смотрите в ролике ниже.

Альтернативная энергетика – вчера, сегодня, завтра

Энергия всегда являлась важнейшим фактором существования и прогресса человеческой цивилизации. Без нее немыслима какая-либо деятельность людей, от нее решающим образом зависит экономика стран и в конечном счете – людское благосостояние. Рядовой человек настолько привык и приспособился к различным ее проявлениям, что просто не замечает проблемы, бездумно потребляя кажущиеся бесконечными ресурсы.

Однако пределы и возможности традиционных источников энергии не являются неисчерпаемыми. Об этом красноречиво свидетельствует энергетическая политика большинства крупнейших экономически развитых стран планеты, ООН и других ведущих мировых организаций. Все заинтересованные стороны уже более полувека ведут активные поиски и разработку иных, альтернативных способов получения электроэнергии и тепла.

Развитие альтернативной энергетики тесно связано с масштабными проблемами экологии. Глобальное загрязнение среды обитания, мирового океана, ужасающие цифры статистики по выбросам в атмосферу вредных соединений – все это недвусмысленно указывает на то, что в XXI веке альтернативная энергетика и экология будут неразрывно связаны между собой.

Разработка и поиск нетрадиционных источников энергии – одна из важнейших задач, стоящих перед мировым научным сообществом. От ее решения зависит экология планеты, ситуация с надвигающимся тотальным энергетическим кризисом, дальнейшее экономическое развитие стран и, как следствие, уровень жизни их населения.

Краткая история вопроса

Человечество давно осознало необходимость получения энергии и научилось ее использовать, приобретая осязаемые преимущества.

Использование ветровой энергии привело к появлению паруса, боевых и торговых кораблей. Возникли военные флоты, начала развиваться морская торговля.

Изобретение мельниц для производства хлеба было основано на использовании энергии воды, добываемой посредством движения водяного колеса. Их появление положительно повлияло на демографическую ситуацию стран древнего мира, резко увеличилась продолжительность жизни людей.

Использование как топлива бытовых отходов и останков вымерших растений испокон веков помогало готовить еду, послужило основой для возникновения ранней металлургии.

Затем пришли на помощь человечеству важные геологические открытия. Научно-технологический прогресс и промышленная революция привели к тому, что уже в конце XIX века основным источником для получения энергии стало углеводородное сырье. Парус, весла, мускульная сила лошадей и других животных были заменены дешевыми двигателями, сжигающими ископаемое топливо.

Экономики подавляющего большинства государств перестроились на углеводородные носители, попутно развивалась гидроэнергетика, а с середины XX века «на сцену» вышла энергетика атомная.

Такое поступательное развитие могло продолжаться и дальше, если бы уже к 60–70-м годам XX века цивилизация не столкнулась с проблемой глобального загрязнения Земли, тесно связанным с ней антропогенным изменением климата.

Современная энергетика уверенно держит пальму первенства в химическом, радиоактивном, аэрозольном и других видах загрязнения окружающей среды. Решение ее соответствующих проблем прямо скажется на положительной возможности устранения проблем экологических.

Основная сложность проблемы современной энергетики заключена в том, что эта производственная отрасль расширяется очень быстро. Для сравнения – если численность населения Земли удваивается в среднем за полвека, то удвоение потребления энергии человечеством происходит каждые 15 лет.

Таким образом, наложение темпов увеличения населения и роста энергетической сферы приводит к лавинному эффекту: потребности и требования по части энергии в пересчете на душу населения постоянно растут.

На данный момент нет никаких признаков уменьшения ее потребления. Для того чтобы эти требования постоянно удовлетворять в ближайшем будущем, человечество должно скорейшим образом ответить для себя на несколько важных вопросов:

  • какое реальное воздействие оказывают на ноосферу (сферу человеческой деятельности) ключевые виды энергетики, как изменится их вклад в энергетический баланс в ближайшем и отдаленном будущем;
  • как нивелировать негативный эффект от применения традиционных способов получения энергии, ее эксплуатации;
  • какие существуют возможности, имеются ли доступные технологии получения альтернативной энергии, какие для этого можно использовать ресурсы, есть ли будущее у альтернативных источников энергии.

Альтернативная энергия, как безальтернативное будущее человечества

Что такое альтернативная энергетика? Под этим понятием скрывается совершенно новая отрасль, объединяющая всевозможные перспективные разработки, направленные на поиск и использование альтернативных источников энергии.

Быстрейший переход к альтернативным источникам энергии необходим в силу следующих факторов:

  1. Экологический. Вред от стандартных способов энергодобычи очевиден. Безопасность и экономическая эффективность атомной энергии являются вопросом постоянных дискуссий. Дальнейшее нарастающее использование традиционных технологий приведет к быстрому необратимому изменению климата.
  2. Экономический. Стоимость производства энергии из некоторых альтернативных источников даже сейчас меньше. Срок окупаемости таких станций короче. К тому же цены на обычные энергоносители растут.
  3. Общественный. Строительство новых АЭС, ГРЭС, ТЭЦ сопряжено с трудностями, связанными с подбором новых мест. Эти сооружения должны быть одновременно рентабельны, безопасны. Примеры с увеличением рисков тяжелых, в том числе онкологических заболеваний в местах расположения таких станций всем хорошо известны.
  4. Политический. Государства, которые станут флагманами альтернативной энергетики, первыми освоят экологически чистые источники энергии, наверняка будут определять ценовую политику в топливно-энергетической сфере. Посредством этого они будут влиять на экономику всего мира, оспаривать мировое господство.
  5. Эволюционный. Конечность углеводородных ресурсов, риск мировой экологической катастрофы фактически принуждают наиболее развитые страны к переходу на новые источники энергии.

Государства, использующие альтернативные виды энергии, получат бесценный бонус – фактически неисчерпаемый, безлимитный ее запас, так как львиная доля этих источников возобновляема.

Основные виды альтернативных источников энергии

За последнее время практически перепробовано немало нетрадиционных вариантов получения энергии. Статистика утверждает, что речь пока идет о тысячных долях процента от потенциально возможного использования.

Типичными сложностями, с которыми неизбежно сталкивается на своем пути развитие альтернативных источников энергии, являются полные пробелы в законах большинства стран, касающихся эксплуатации природных ресурсов, как достояния государства. С отсутствием юридической проработки тесно связана проблема неизбежного налогообложения альтернативной энергетики.

Рассмотрим получившие наибольшее распространение 10 альтернативных источников энергии.

Ветер

Энергия ветра использовалась человеком всегда. Уровень развития современных технологий позволяет сделать ее практически бесперебойной.

Электричество при этом вырабатывается с помощью ветряков, похожих на мельницы, специальных устройств. Винт ветряка посредством вращающихся лопастей сообщает кинетическую энергию ветра генератору, производящему ток.

Подобные ветряные станции особенно распространены в Китае, Индии, США, странах Западной Европы. Несомненным лидером этой области считается Дания, являющаяся, кстати, пионером ветроэнергетики: первые установки появились здесь еще в конце XIX века. Дания закрывает этим способом до 25% всей потребности в электроэнергии.

Китай только при помощи ветрогенераторов сумел в конце XX века обеспечить электричеством горные и пустынные районы.

Использование энергии ветра является, пожалуй, наиболее передовым способом энергодобычи. Это идеальный вариант синтеза, в котором соединяются альтернативная энергетика и экология. Многие развитые страны мира постоянно увеличивают долю электроэнергии, полученной этим способом, в своем общем энергобалансе.

Солнце

Попытки использования солнечного излучения для получения энергии также давно предпринимались, на данный момент – это один из самых перспективных путей развития альтернативной энергетики. Сам факт того, что солнце во многих широтах планеты светит круглогодично, передавая на Землю в десятки тысяч раз больше энергии, чем потребляется всем человечеством за год, вдохновляет на активное использование солнечных станций.

Читайте также  Способы сердечно-легочной реанимации

Большинство самых крупных станций находятся в США, всего же гелиоэнергетика распространена почти в сотне стран. За основу взяты фотоэлементы (преобразователи солнечного излучения), которые объединяются в масштабные солнечные батареи.

Тепло Земли

Тепло земных глубин преобразуется в энергию и применяется для человеческих нужд во многих странах мира. Тепловая энергетика очень эффективна в районах вулканической активности, местах, где много гейзеров.

Лидерами этой области являются Исландия (столица страны Рейкьявик полностью обеспечивается геотермальной энергией), Филиппины (доля в общем балансе – 20%), Мексика (4%), США (1%).

Ограничение по использованию этого вида источника связано с невозможностью транспортировки геотермальной энергии на расстояния (типичный локальный источник энергии).

В России пока действует одна подобная станция (мощность – 11 МВт) на Камчатке. Ведется строительство новой станции там же (мощность – 200 МВт).

В число десяти наиболее перспективных источников энергии в недалеком будущем входят:

  • солнечные станции с базированием в космосе (основной недостаток проекта – гигантские финансовые затраты);
  • мускульная сила человека (востребованность, прежде всего – микроэлектроникой);
  • энергетический потенциал приливов и отливов (недостаток – высокая стоимость строительства, гигантские колебания мощности за сутки);
  • топливные (водородные) контейнеры (необходимость строительства новых заправок, дороговизна машин, которые будут ими заправляться);
  • быстрые ядерные реакторы (топливные стержни погружены в жидкий Na) – технология крайне перспективна (возможность повторного использования отработанных отходов);
  • биотопливо – уже широко используется развивающимися странами (Индия, Китай), преимущества – возобновляемость, экологичность, недостаток – использование ресурсов, земли, предназначенной для производства сельскохозяйственных культур, выгула скота (удорожание, дефицит еды);
  • атмосферное электричество (аккумулирование энергопотенциала молний), основной недостаток – мобильность атмосферных фронтов, скорость разрядов (сложность накопления).

Ватты и технологии-2: барьеры и перспективы развития ВИЭ в России

Сообщения о новых рекордных прорывах в альтернативной энергетике появляются в прессе едва ли не каждый день. Но впечатляющие темпы роста объясняются во многом низкой базой, с которой стартуют отрасли, а интерес к теме подогревается тем, что «зеленая революция» в энергетике и промышленности давно стала глобальным мейнстримом. В то же время, говоря о реальных перспективах возобновляемой энергетики, всегда приходится учитывать определенные ограничения.

Ограничения для «зеленой» генерации

Известен, например, так называемый «германский парадокс». Добиваясь рекордных показателей по наращиванию доли ВИЭ в своем энергобалансе, Германия на протяжении многих лет остается лидером среди стран ЕС по выбросам в атмосферу CO2. Последовательно закрывая атомные электростанции, немцы стали наращивать импорт угля из России, чтобы восполнить недостающую электроэнергию. Возникла парадоксальная ситуация: в стремлении максимально «озеленить» свою энергетику, страна, напротив, увеличивала «грязную» угольную генерацию.

Даже в Дании, которая планирует полностью перейти на возобновляемую энергетику к 2050 году, все равно идут споры об экономической эффективности ВИЭ в долгосрочной перспективе. И скептиков можно понять. В последние годы слишком много было громких примеров так и не реализовавшихся проектов, связанных с возобновляемой энергией.

Например, «солнечный гигант» SunEdison (США) был крупнейшей компанией в сфере солнечной энергетики с капитализацией $10 млрд, но не справился с долговыми обязательствами и объявил о банкротстве. Другая американская компания Aquion Energy, которая разрабатывала аккумуляторные батареи для хранения «зеленой» энергии, сейчас распродается по частям и сократила практически весь свой R&D-персонал.

Один из главных минусов ВИЭ — нестабильность выработки электроэнергии и зависимость от экстернальных факторов (наличия непосредственно ветра, солнечных излучений и т. д.). Компенсировать возникающие перепады приходится опять же за счет базовой генерации. Решить эту фундаментальную проблему позволят технологии, связанные с хранением и накоплением энергии ВИЭ. Именно создание промышленных накопителей, способных аккумулировать огромные объемы энергии, позволит осуществить тотальный и окончательный переход на «зеленую» энергетику.

Накопители энергии

Пока настоящего прорыва в этом направлении еще не произошло. Хотя соответствующие разработки, преимущественно на уровне стартапов, активно ведутся уже не первый год.

Например, резидент «Сколково» компания Watts Battery создала промышленный образец модульной системы для накопления электроэнергии. По данным разработчиков, это мощная батарейка, которая может заряжаться от солнца, ветра или сети и снабжать электроэнергией частные домовладения и коммерческие здания. Причем портативная система уже готова к серийным продажам. Персональная электростанция Watts была успешно опробована в этом году во время рекордного полета Федора Конюхова на воздушном шаре. На 55 часов полета хватило всего одной батарейки, которая бесперебойно подавала электричество даже при температуре минус 25 градусов.

Первое же в России производство высокоэффективных накопителей энергии было запущено в этом году в подмосковных Химках. Если современные литий-ионные аккумуляторы отдают лишь около 60% электроэнергии, затраченной на их зарядку, то у суперконденсаторов этот показатель превышает 90%. Компания «ТЭЭМП» планирует выпускать до 200 тысяч суперконденсаторных ячеек в год. Данные модули уже прошли успешные пилотные испытания на железной дороге, общественном транспорте и в авиации.

В новосибирском Академгородке компания «Энергозапас» реализует проект по созданию твердотельной аккумулирующей электростанции (ТАЭС), разрабатывая гравитационные накопители энергии на твердых грузах. Причем в качестве груза используется упакованный грунт. Строительство первой опытно-промышленной электростанции запланировано в 2019 году.

Не отстают от глобальных технологических трендов и наши крупные компании и корпорации, которые ведут свои исследования в области разработок уникальных моделей накопителей энергии. Созданием супераккумулятора, способного работать в промышленных масштабах, занимается, например, Росатом. А «Камаз» и МОЭСК подписали этим летом соглашение о создании передвижного мобильного накопителя на базе грузового электромобиля. На мировом рынке подобного рода решения еще не представлены. Реализация этого проекта позволит не только предложить эффективную замену дизель-генераторным установкам, но и поможет развитию в России зарядной инфраструктуры для электромобильного транспорта.

По данным отчетов аналитической компании Navigant Research, годовой объем мирового рынка накопителей электроэнергии составит в 2025 году примерно 83 млрд долларов (ежегодные темпы роста — до 60%). Причем около трети от этого объема будет приходиться на промышленные и коммерческие предприятия, домохозяйства и промышленное оборудование.

Размер российского рынка накопителей, по разным оценкам, может составить от $3 млрд до $8 млрд долларов в год. Именно поэтому поддержка формирования в России новой высокотехнологичной отрасли, связанной с системами хранения энергии и их компонентов, является сегодня крайне важной задачей. При этом одним из главных драйверов роста спроса на системы хранения энергии станет увеличение числа «цифровых» производств с повышенными требованиями к качеству электроэнергии.

В России уже имеется определенный научно-технический задел по таким направлениям, как гидроаккумулирующие электростанции, суперконденсаторы, литий-ионные аккумуляторы, маховики, лифты твердых грузов. Вместе с этим необходимо последовательно повышать уровень локализации и наращивать инжиниринговые компетенции и по другим компонентам, представленным пока на рынке только в зарубежном исполнении (термические накопители, пневматические системы, воздушно-цинковые аккумуляторы и т. д.).

Основные эффекты от применения накопителей энергии в промышленности очевидны — это снижение потерь от остановки производственной деятельности при перебоях с энергоснабжением, уменьшение стоимости техприсоединения и самой электроэнергии, экономия на расходе топлива и обслуживании дизель-генераторов, развитие соответствующих смежных отраслей. Эффект от создания новой высокотехнологичной отрасли промышленности, обеспечивающей импортозамещение, оценивается в 7-8 млрд рублей выручки в год при уровне локализации в 50%.

ВИЭ в удаленных регионах

В глобальном масштабе объемы ввода генерации на основе возобновляемых источников энергии в России пока скромные. Совокупная мощность ВИЭ в стране составляет примерно 53,5 ГВт, а без учета гидроэнергетики этот показатель не превышает 2,5 ГВт. Но у каждой технологии своя страновая специфика. И в плане развития альтернативной энергетики Россия обладает одним неоспоримым преимуществом — своей территорией.

Наиболее логичным является использование ВИЭ именно в удаленных или энергодефицитных районах, испытывающих зависимость от малоэффективных дизельных генераторов. В стране насчитывается около 100 тысяч изолированных поселений, организовать в которых централизованное энергоснабжение либо практически невозможно, либо слишком дорого.

Так, в селе Менза Забайкальского края была запущена в этом году первая автономная гибридная энергоустановка, состоящая из солнечных модулей, дизельных генераторов и накопителя энергии. Только в Забайкалье более 20 населенных пунктов нуждаются сегодня в стабильном энергоснабжении. Именно в такие районы и должны внедряться лучшие технологии и решения в области альтернативной энергетики.

Аналогичным образом решаются и проблемы энергообеспечения в Арктике. Отечественная промышленность разрабатывает высокотехнологичные решения для развития ВИЭ в труднодоступных регионах. Например, компания «ЭлеСи» и специалисты Томского политехнического университета создают «умный» энергокомплекс, способный получать энергию сразу из нескольких источников — солнца, ветра, дизель-генераторов, микро-ГЭС. Установка оснащена солнечной панелью и ветрогенераторами различных видов, которые можно использовать как по отдельности, так и в комплексе. Технология адаптирована для работы в экстремальных условиях и окажется полезной для любых мест, где требуются автономные источники энергии — от крайнего севера до южных пустынь.

В России могут эффективно использоваться и другие перспективные направления альтернативной энергетики. Разумеется, исходя из экономической целесообразности и с учетом региональной специфики.

Например, в Мурманской области по-прежнему действует сооруженная еще в 1960-х годах Кислогубская приливная электростанция мощностью 1,7 МВт. Проекты такого рода выгодно развивать, например, на берегах Охотского моря, где наблюдаются самые высокие приливы в стране. А Камчатка теоретически может стать «российской Исландией» ввиду того, что высочайшая активность термальных вод позволит развивать там строительство геотермальных станций. Главный вопрос тут в решении технологических барьеров.

Еще одним направлением альтернативной энергетики является производство пеллет — топливных гранул из отходов лесной промышленности (в Минпромторге их относят к возобновляемым источникам энергии. — Forbes). Например, в перечень комплексных инвестиционных проектов, получивших государственную поддержку, вошел проект компании «Бионет». В Архангельской области был построен завод по созданию промышленных пеллет мощностью 150 тысяч тонн в год. В феврале 2017 года состоялась первая отгрузка топливных пеллет в Европу для их последующего сжигания в ТЭЦ Парижа.

Роль России на мировом рынке ВИЭ

Мировыми лидерами в области энергетического машиностроения в целом по-прежнему остаются США, Германия, Япония, Франция, Италия. Очевидно, что конкурировать с ними на глобальном рынке Россия в обозримой перспективе не может, как и полностью импортозаместить зарубежные решения и технологии. Рынок уже поделен, и основную долю в его структуре в ближайшие годы будут по-прежнему занимать крупнейшие зарубежные компании.

Поэтому главная на сегодня цель — это встраивание российских компаний в глобальные цепочки, сотрудничество с мировыми лидерами, трансфер технологий и дальнейшая локализация производства отсутствующего в России оборудования, в том числе для проектов в сфере альтернативной энергетики.

Активное развитие в последние годы секторов ВИЭ позволило подключить к развитию возобновляемой энергетики большое количество отечественных машиностроительных, металлообрабатывающих и электротехнических предприятий. И с каждым годом уровень локализации ключевого оборудования для возобновляемой энергетики будет расти, формируя таким образом новые высокотехнологичные отрасли отечественной промышленности.

В чем проблема альтернативной энергетики

И в какие компании в этой сфере можно попробовать инвестировать

На бирже только и разговоров, что об экологичности и ESG.

Мы уже писали большую статью про ESG — этичные инвестиции с точки зрения экологичности, социального эффекта и менеджмента. В этой статье поговорим об экологичности подробнее.

Когда говорят об экологии, первым делом задумываются о снижении выбросов углекислого газа — декарбонизации. Но кроме декарбонизации есть множество других различных направлений: например, сохранение пресной воды, борьба с глобальным потеплением, сохранение популяций животных.

Читайте также  Социальная инженерия 2

Многие из этих проблем частично решает использование альтернативных источников энергии. В статье я рассмотрю те виды альтернативной энергетики, которые не подразумевают прямого влияния на экологию, — например, большие гидроэлектростанции не подходят: хоть они и считаются альтернативной энергетикой, но непосредственно влияют на всю экосреду рек, преграждая пути для рыб и животных. Еще я исключу источники, у которых невелика перспектива распространения, — например, в мире есть не так много мест, где можно использовать энергию термальных источников или энергию приливов и отливов.

Поговорим о том, какие сильные и слабые места есть у каждого из выбранных источников, — а потом рассмотрим эмитентов на бирже, которые могут заинтересовать инвесторов.

Основная идея тут в том, чтобы заменить традиционное топливо на биологическое. На первый взгляд, все прекрасно: биотопливо при сгорании практически не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. Но есть другая проблема.

Для производства биотоплива используются либо продукты жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, либо сахаросодержащие и масличные растения. При этом мы видим намечающийся тренд на экологичное сельское хозяйство, в том числе и на внедрение в наш рацион искусственного мяса.

Для ведения классического сельского хозяйства необходимо огромное количество воды. По нормам водопотребления в среднем на одну голову крупного рогатого скота необходимо от 70 до 100 литров воды в сутки. А для производства 50—65 м³ биогаза необходимо около тонны навоза крупного рогатого скота. Если брать растительное сырье, то приблизительно с тонны масла получается 200 кг метанола или этанола. К примеру, для функционирования среднестатистического современного комбайна необходимо 5 кг/га топлива. То есть тонны масла хватит примерно на 40 га.

Ниже я привел таблицу производства масла из различного сырья. Увеличение сельхозугодий грозит нам вырубкой лесов, загрязнением подземных вод удобрениями и отходами животноводства. Плюс запас хода автомобиля на таком виде топлива сокращается в среднем на 20—25% .

В итоге можно сделать вывод, что биотопливо или биогаз — это более чистый вид топлива, чем традиционный бензин или дизель, но при его производстве мы сталкиваемся с рядом проблем вроде увеличения посевов или ухудшения эксплуатационных качеств машин, что также влияет на экологию.

В Бразилии очень развито использование таких источников энергии, потому что страна сталкивалась с нефтяными кризисами, а это неплохая альтернатива. Но в Бразилии хорошие климатические условия для выращивания практически всех видов культур. И все равно при этом Бразилию сильно критикуют за проблемы с голодом населения и использование сельхозугодий в неэтичных целях.

Это еще один вид альтернативной энергии, у которого на первый взгляд отличные экологические показатели — в первую очередь полное отсутствие углеводородов при выработке электроэнергии.

Но, во-первых , использование ветряных мельниц возможно не везде, а во-вторых , КПД такой станции оставляет желать лучшего: в среднем он составляет около 30%. По закону Беца максимальный коэффициент использования энергии ветра равен 0,593. Если учесть затраты на преобразование и транспортировку энергии, максимально возможный КПД получится в районе 35—45%.

Это обусловлено длинной цепочкой производства энергии: для питания какого-либо объекта нужна сеть 380/220 вольт переменного тока, а ветряная мельница сама по себе вырабатывает 24 вольт постоянного тока — то есть нужен инвертор, чтобы этот ток преобразовать.

А еще нужно сохранить энергию в моменты, когда она не потребляется, — для этого понадобится аккумуляторная батарея. В каждом из этих звеньев теряется энергия. Одна мельница высотой 10 метров и диаметром ротора 1,5 метра вырабатывает всего около 0,6—0,7 кВт·ч/сутки энергии, в зависимости от интенсивности ветра. Для примера: обычный бытовой холодильник потребляет около 0,3 кВт·ч .

Негативное влияние на окружающую среду тоже есть:

  1. Для ветропарка нужна большая площадь — это может повлечь за собой вырубку лесов, выравнивание ландшафта.
  2. От работы мельниц создаются вибрации на определенной частоте, от которых черви глубже уходят в землю. За счет этого птицам нечем питаться — нарушаются пищевые цепочки.
  3. Необходимо огромное количество батарей для сохранения энергии. Для производства батарей требуются редкоземельные металлы — а добыча этих металлов очень грязная и вредная для окружающей среды.
  4. Кладбище изношенных ветряных лопастей — это огромная проблема. Утилизировать лопасти ветрогенераторов нормально пока не научились.

По мнению многих, это один из самых экологичных существующих сейчас видов энергии. Суть заключается в принципе фотоэлемента: когда на фотоэлемент попадает свет — не обязательно солнечный, — вырабатывается электроэнергия. Кажется, ну куда уж чище? Но нет. С солнечными электростанциями есть такая же проблема, как и с ветряными.

КПД солнечных электростанций не превышает 25—30% за счет такой же цепочки, как и у ветропарков: нужны инверторы, аккумуляторные батареи для накопления. Еще необходимы большие площади для строительства станций. Одна солнечная панель площадью 7 м² вырабатывает всего 6—7 кВт·ч/сутки . Как мы рассматривали выше, это не так много. Плюс у них существует та же проблема с сохранением энергии, что и у «ветряков».

Еще есть проблемы с эксплуатацией этих станций: град может побить сами панели; полупроводниковые элементы могут перегреваться; необходимо увеличивать сечения проводов — панели нужно ставить в солнечных местах, где температура может быть высокой, а чем выше температура, тем больше сопротивление проводников.

Что с этим всем делать

Я считаю, что наши технологии в альтернативной энергетике еще не готовы к масштабной декарбонизации. Необходимо инвестировать прежде всего в развитие технологий, а не во внедрение существующих во всемирную энергосистему.

В связи с этим я вижу перспективу в атомной энергетике, потому что это один из самых чистых видов энергии, если не считать экстремальных случаев. По данным МЭА, рост использования атомной энергетики к 2040 году составит 28—62% , а по прогнозам BP к 2050 году он составит 42—164% . Разброс большой, так как часть стран, например Китай и Индия, сильно наращивают объемы выработки и вводят новые реакторы в эксплуатацию, а другие страны, например Япония, наоборот, снижают.

Еще большую перспективу я вижу в развитии газовых электростанций. Газ намного чище, чем уголь или нефть, плюс переход ТЭЦ с другого вида топлива на газ наиболее прост в практическом исполнении. Замена угольных мощностей на газовые дает снижение выбросов углекислого газа на 50—70% .

В нашей статье про альтернативную энергетику были представлены графики, по которым видно, что по прогнозам к 2040 году одним из основных источников энергии будет газ, а остальные чистые источники энергии в совокупности будут отставать.

С другой стороны, каждый из перечисленных источников альтернативной энергии очень перспективен в узконаправленных сегментах.

Например, биодизель отлично подойдет для сельскохозяйственной техники, биогаз — для отопления теплиц или помещений для содержания животных, а солнечные панели хороши для электромобилей: электроника в автомобиле работает от постоянного тока 12—24 вольт — КПД такой установки существенно повышается, потому что убираются несколько звеньев цепочки производства.

Обзор компаний

В завершение приведу примеры компаний из каждого рассмотренного в этой статье сегмента альтернативной энергетики. Буду рассматривать только те компании, которые может купить российский инвестор без статуса квалифицированного инвестора и которые я посчитал интересными.

NextEra Energy (NEE) — крупнейшая энергетическая компания по объемам вырабатываемой солнечной и ветровой энергии. Наверное, главный бенефициар от будущей программы Байдена по развитию инфраструктуры, если она будет принята.

Это коммунальная компания — она не производит инновационных вещей и не разрабатывает программное обеспечение. Ее бизнес очень прост, но требует серьезных вложений для расширения. Именно поэтому долг составляет 130% от капитала. Чистая рентабельность, по последним данным, около 14% — это отличный показатель для коммунальщиков, но он существенно снижается: в 2018 году чистая рентабельность составляла порядка 40%, а в 2019 году — 20%.

Вероятно, это связано с ценой на углеводороды, ведь чем выше цена на нефть, газ, уголь, тем выгодней смотрится электричество в качестве их альтернативы. При нынешней цене на нефть у компании неплохие перспективы вновь нарастить свою маржу.

По мультипликаторам компания очень дорогая для сектора коммунальных услуг: P / E = 52,5; P / S = 8,49. При всем этом компания постоянно выпускает новые акции, размывая долю акционеров.

SolarEdge Technologies Inc (SEDG) — израильская компания, которая разрабатывает и производит оборудование для солнечных панелей. Когда Байден только пришел к власти и все альтернативщики полетели в космос, это затронуло компанию, но с каким-то чрезмерным рвением.

Компания стоит 100 годовых прибылей и 9 выручек — и это даже после просадки на 30% от максимумов. Плюс маржа 10% — это, конечно, неплохо, но для компаний с такой оценкой безумно мало. В целом у SolarEdge Technologies хороший планомерный рост от года к году. Выручка и акционерный капитал растут, долг около 60% от капитала. В целом это хороший растущий бизнес, который, скорее всего, и дальше будет развиваться, но уж очень дорого все это стоит.

First Solar Inc (FSLR) — по моему мнению, это та самая компания, в которую пойдет львиная доля вложений от плана Байдена. Она создает тонкопленочные солнечные панели, и это в целом довольно перспективная технология. У компании очень нестабильные финансовые потоки, но при этом нет долгов.

Уже в этом году они показали маржу 15%, а если добавить сюда госзаказы, получится очень хорошая схема. P / E = 21, тут все неплохо, но немного высоковат P / S — 3,12. Если руководство компании сможет выиграть тендеры и заключить хорошие контракты с государством, то и финансовые показатели улучшатся, и капитализация компании будет расти. Но здесь много рисков: на этом рынке появляется много игроков.

Renewable Energy Group Inc (REGI) занимается производством биодизеля. За год компания сделала уже более 200%, а на мартовских пиках и вовсе показывала прирост более 350%. Даже сейчас по мультипликаторам компания не выглядит сильно дорогой: P / E = 23, P / S = 1,35. Net Profit Margin около 6%, что тоже является средним по рынку.

С 2014 года у компании росла выручка, и только в 2020, коронавирусном году она снизилась, но компания осталась прибыльной. На самом деле это очень нишевый бизнес, и любой сельскохозяйственный производитель может создавать для себя биодизель — например, Archer Daniels Midland Company (ADM) так и делают. Потребление биодизеля, скорее всего, сильно расти не будет, но свою нишу Renewable Energy заняли и уже из нее никуда не уйдут.

TPI Composites (TPIC) производят лопасти для ветрогенераторов. Компания убыточна, но выручка растет большими темпами. По P / E мы ее оценить не сможем, но P / S = 1,17 — это хороший показатель. Капитализация компании всего 2 млрд долларов — и если вы верите в этот стартап, то можно надеяться на хороший результат. И это еще одна американская компания, которая должна выиграть, если план Байдена будет принят. На данный момент компания в просадке на 30% от максимумов февраля, и, возможно, это хороший момент для входа.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: