Зелёная энергетика. Развенчание мифов

Вячеслав Максимов

Москва, 27.08.2013

2

СОДЕРЖАНИЕ

Что такое зелёная энергетика

Почему это нерентабельно или немного физики

Кому это нужно

Перспективы "зелёной" энергетики в России и мире

1.

2.

3.

4.

1 2 3 4

ЧТО ТАКОЕ ЗЕЛЁНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

4 1 2 3 4

ЗЕЛЁНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

• Ветроэнергетика (ветрогенераторы)

• Гелиоэнергетика (солнечные электростанции)

• Биотопливо (биогаз, биодизель, спирт, древесные отходы)

• Геотермальная энергетика

• Альтернативная гидроэнергетика (приливные, волновые электростанции, микроГЭС)

• Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, представляющих интерес из-за выгодности их использования и низком риске причинения вреда окружающей среде

5 1 2 3 4

ТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

• Тепловая энергетика (паротурбинные, газотурбинные, парогазовые электростанции)

• на 2000 г. до 90 % от общей выработки всех электростанций мира (на базе нефти - 39 % всей электроэнергии в мире, на базе угля - 27 %, газа - 24 %)

• в Польше и ЮАР - 95% на угле, в Нидерландах - на газе

• Гидроэнергетика (ГЭС, ГАЭС)

• в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии на ГЭС

• в мире несколько десятков стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %

• Ядерная энергетика (АЭС)

• во Франции около 80 %

• преобладает в Бельгии, Республике Корея

6 1 2 3 4

НЕМНОГО ЦИФР

• Доля альтернативных источников энергии в общем объеме вырабатываемой электроэнергии:

• 1-3% (без учёта большой гидроэнергетики и атомной энергетики)

• Выработка в Китае:

• Ветер - 100 млрд. кВт/час в год

• Атом - 98 млрд. кВт/час в год

7 1 2 3 4

ЕЩЁ НЕМНОГО ЦИФР

• ???

8 1 2 3 4

СИТУАЦИЯ В РОССИИ

• В 2009 году принято распоряжение правительства №1-р о доведении доли возобновляемой энергетики:

• к 2015 году до 2,5%

• к 2020 году – до 4,5%

• Доля возобновляемой энергетики во всей электроэнергетике России составляет 0,6% (без большой гидроэнергетики)

• Имеет тенденцию к снижению

9 1 2 3 4

МУЗЕЙ ВЕТРЯКОВ ПОД ЗЕЛЕНОГРАДОМ

• Представляет собой выставочный зал компании "Сапсан-Энергия", специализирующейся на альтернативных источниках энергии

• Построен в начале 2000-х

• Ветряки работают 5% времени

• Недавно преобразовали в музей

1 2 3 4

ПОЧЕМУ ЭТО НЕРЕНТАБЕЛЬНО ИЛИ НЕМНОГО ФИЗИКИ

11 1 2 3 4

ФАКТЫ

• С 2000 по 2011 год на субсидирование ветряной и солнечной энергетики Германия затратила более 100 млрд. евро

• Мощности ветряной и солнечной энергетики выросли в девять раз: с 6 до 54 ГВт

• Использование установленных мощностей составляет:

• солнечных батарей – около 10%

• ветряков – менее 19%

• 2012 год принес с собой снижение мирового объема инвестиций в альтернативную энергетику с 302,3 млрд. до 268,7 млрд. евро

• В 1-м квартале 2013 года объём инвестиций снизился на 22%

• В России понижен плановый объем ввода «зеленых» электростанций с 11 ГВт до 6 ГВт к 2020 году

12 1 2 3 4

ЭКОНОМИКА

• Относительная стоимость полного использования составляет:

• Солнечной энергии - более 350 долларов за баррель

• Ветряной энергии - от 120 до 300 долларов

• Природного газа - не превышает 100 долларов за баррель

13 1 2 3 4

ПРОБЛЕМЫ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

• Высокая стоимость

• Стоимость затрат на генераторы гораздо выше традиционных

• Метеозависимость, из-за чего нельзя точно спрогнозировать их мощность, а значит для поддержки солнечных или ветряных станций необходимо резервировать услуги традиционных ТЭС

• Экология (на примере биотоплива)

• Процесс получения не экологичен

• Уменьшает ресурс двигателей

• Последствия его производства и сжигания вредны для экологии

• Массированные посадки культур под биогорючее быстро истощают почву и рикошетом бьют по рынку продовольствия

• Китай

• 90% редкоземельных элементов для поставляет Китай

• Производство ветряков и солнечных панелей в Китае

14 1 2 3 4

А ТЕПЕРЬ НЕМНОГО ФИЗИКИ

• Пётр Леонидович Капица

• ЭНЕРГИЯ И ФИЗИКА Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР Москва, 8 октября 1975 г.

• Доклад о закономерностях, которые определяют развитие энергетики больших мощностей и связаны с существованием в природе ограничений для плотности потока энергии

15 1 2 3 4

ПЛОТНОСТЬ ЭНЕРГИИ

• Все энергетические процессы сводятся к трансформации одного вида энергии в другой

• Трансформацию энергии обычно можно рассматривать как происходящую в некотором объеме, в который через поверхность поступает один вид энергии, а выходит другой

• Плотность поступающей энергии ограничена физическими свойствами той среды, через которую она течет

• В материальной среде плотность потока энергии U ограничивается следующим выражением:

U < vF, где v - скорость распространения деформации,

F -плотность энергии, U есть вектор

16 1 2 3 4

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР

• Коэффициент a определяется конструкцией генератора и характеризуется косинусом угла, образованного силой F и скоростью v (десятые доли единицы)

• Магнитное поле Н определяется насыщением железа и не превышает 1,6 x 106 А/м.

• Плотность потока электроэнергии получается около 1 кВт на см2

• Для генератора мощностью 100 МВт ротор будет иметь рабочую поверхность примерно около 10 м2

• Тангенциальные силы взаимодействия между статором и ротором в электромагнитном генераторе определяются энергией магнитного поля, поэтому мы имеем для плотности потока энергии:

U = a(H2/4p)v

17 1 2 3 4

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

• электростатическое поле Е ограничивается электрической прочностью воздуха и не превышает 3 x 104 В/см

• чтобы получить мощность в 100 МВт потребуется ротор с поверхностью в (Н/Е)2 = 4 x 105 раз большей, т.е. равной 4 x 105 м2, или примерно половине квадратного километра

• Для электростатического генератора плотность потока энергии U будет равна:

U = a(E2/4p)v , где

18 1 2 3 4

ДРУГИЕ ПРИМЕРЫ

• Топливные (водородные) элементы

• КПД достигает 70% (по новым данным 80%)

• мощность ограничивается малой скоростью диффузионных процессов в электролитах

• на практике плотность потока энергии очень мала, и с 1 м2

электрода можно снимать только 200 Вт

• для 100 МВт необходимо снимать электроэнергию с площади в 1 км2

• Солнечная энергия

• снимаемая энергия примерно 100 Вт на 1 м2

• для 100 МВт необходимо снимать электроэнергию с площади в 1 км2

19 1 2 3 4

ИТОГО

• Ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией

• Для рентабельности необходимо понизить затраты на несколько порядков

• Следует считать, что практическое прямое использование солнечной энергии в больших масштабах нереально

• По-прежнему остается возможным её использование через превращение в химическую энергию (уголь, нефть, газ)

1 2 3 4

КОМУ ЭТО НУЖНО

21 1 2 3 4

ЭКОЛОГИЯ

• Улучшение экологической обстановки в целом

• Сокращение выбросов парниковых газов

22 1 2 3 4

РАБОЧИЕ МЕСТА

• В США установленная мощность ветряной энергии более 10 гигаватт

работает более чем 85 тысяч людей

• Шотландия поставила цель к 2015 году производить половину потребляемого на сегодняшний день электричества с помощью возобновляемых источников

новая цель предполагает в результате появятся по крайней мере 11 000 рабочих мест

23 1 2 3 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ИНВЕСТИЦИИ

Солнечная электростанция в Сахаре

• в Тунисе планируется построить солнечную электростанцию для обеспечения электроэнергией Европы

• заявленная мощность составляет 2 гигаватта

• линии электропередач более 4 тысячи километров (в том числе по дну Средиземного моря)

• проект оценивается в 400 млрд. евро

• Для примера стоимость Белорусской АЭС оценивается в 6 млрд. $

• Вопросы?

1 2 3 4

ПЕРСПЕКТИВЫ "ЗЕЛЁНОЙ" ЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ И МИРЕ

25 1 2 3 4

МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ

• Американские производители (Exxon, Chevron) отказываются от производства биодизеля

• Стагнация новых энергетических стартапов — общая тенденция для всего мира:

• В 2011 году обанкротилась компания солнечной энергии Solyndra, в нее было вложено $535 млн.

• В 2011 году прекратил работу стартап Beacon Power, специализировавшийся на накоплении кинетической энергии.

• В прошлом году производитель фотоэлементов Abound Solar, получивший от американского правительства беспроцентную ссуду в $400 млн, закрыл заводы, уволил работников и заявил о банкротстве

• По оценкам исследовательской компании CleanTech Group, общемировые венчурные инвестиции в альтернативную энергетику в 2012 году упали на 33% до $6,5 млрд

• В США разорился ряд венчурных фондов и существенно сократились государственные инвестиции в эту отрасль

26 1 2 3 4

РОССИЯ

Планы партии и правительства

• Инвестиции в возобновляемые источники энергии к 2020 году достигнет 85 миллиардов рублей

• Основная стройка на Дальнем Востоке, Камчатке, Командорских и Курильских островах

• Геотермальная, ветровая и солнечная генерация

Что востребовано

• Снабжение региональных (бытовых) потребителей

• автономные гибридные генерирующие установки: солнце, ветер и дизель

• Биогаз

• удивительно, но сейчас популярна тема утилизации биогаза на фермах

27 1 2 3 4

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

• Альтернативная энергетика http://aenergy.ru/

• «Зеленая» энергетика: расчеты не оправдались http://www.nanonewsnet.ru/articles/2013/zelenaya-energetika-raschety-ne-opravdalis

• Энергия и физика. П.Л. Капица. Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, Москва, 8 октября 1975 г. http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAP_10.HTM

• Энергетики ополчились против господдержки «зеленых» технологий http://www.km.ru/economics/2013/04/22/dmitrii-medvedev/709360-energetiki-opolchilis-protiv-gospodderzhki-zelenykh-tek

28

Вячеслав Максимов

Директор по промышленным решениям

111033, Москва, ул. Волочаевская, д.5, корп.1 +7 495 974 2274, +7 495 974 2277 (факс)

apreobradzenskiy@croc.ru www.croc.ru