10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет реферат

Обновлено: 05.07.2024

Ассоциация "Глобальная энергия" представила на ПМЭФ-2021 второй ежегодный доклад "10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет", главной темой которого стало сокращение выбросов CO, снижение углеродного следа и удешевление использования новаций в энергетике.

В состав авторского коллектива вошли исследователи из США, Великобритании, Нидерландов, Дании, Испании, Китая и России.

Презентация прошла в рамках сессии "Глобальной энергии" на ПМЭФ-2021 под названием "Будущее энергетики. Энергопереход", в которой также приняли участие Александр Новак (заместитель председателя Правительства), Олег Аксютин (заместитель председателя правления - начальник Департамента 623 ПАО "Газпром"), Саад Шерида Аль Кааби (государственный министр по энергетике государства Катар), принц Абдулазиз бин Сальман Aль Сауд (министр энергетики Саудовской Аравии), Сама Бильбао и Леон (генеральный директор Всемирной ядерной ассоциации) (онлайн), Андрей Рюмин (председатель правления ПАО "Россети"), Анджела Уилкинсон (генеральный секретарь Мирового энергетического совета), Виктор Хмарин (председатель правления, генеральный директор ПАО "РусГидро"), Рае Квон Чунг (лауреат Нобелевской премии мира), Тарек Зайдан Эль Айссами Маддах (вице-президент по экономике, министр промышленности и национального производства, министр нефти Республики Венесуэла) (онлайн). В роли модератора выступил Сергей Брилев, президент ассоциации "Глобальная энергия".

"Представление об энергопереходе как о линейном транзите от ископаемых к возобновляемым источникам энергии выглядит, по меньшей мере, преувеличением. Скорее, речь идет о переходе к устойчивому развитию, которое оставляет ниши как для ископаемой, так и альтернативной энергетики", - сказал на презентации доклада заместитель Председателя Правительства РФ Александр Новак.

По его словам, резкие движения могут привести к непоправимым последствиям в мировом энергетическом балансе, а новые технологии дают шанс традиционным поставщикам уверенно шагнуть в низкоуглеродный век.

В число десяти прорывных технологий, представленных во второй редакции доклада, вошли:

- Улавливание и захоронение CO (технологии, позволяющие отделять диоксид углерода от источника энергии для его последующей транспортировки и захоронения);

- Цифровые двойники (виртуальные копии физических объектов, отслеживающие весь их жизненный цикл, от проектирования до эксплуатации и утилизации);

- Плавучие солнечные станции (фотоэлектрические модули, которые размещаются преимущественно на водоемах закрытого типа);

- Голубой водород (водород, получаемый паровым риформингом природного газа);

- Экологически чистое сжигание углей (химические реакции и катализаторы, использующиеся для конверсии CO в ценные химические вещества, такие как карбамид, метанол и полиуретаны);

- Получение высококачественных моторных топлив из растительного сырья (технологии, позволяющие производить биотопливо, сопоставимое с нефтепродуктами по стоимости и техническим характеристикам);

- Высокотемпературные тепловые насосы (тепловые насосы на CO и энергоустановки, работающие по замкнутому циклу Аллама);

- Переработка нефтесодержащих отходов (технологии утилизации бурового шлама, отработанных масел, промывочных жидкостей и других отходов, образующихся при добыче, переработке и транспортировке нефти и газа);

- Передача энергии сверхвысокого напряжения (технологии, которые дадут возможность безопасно и эффективно транспортировать электроэнергию между странами, регионами и континентами);

- Электротопливо (преобразование электричества в водород посредством силовой электроники).

В число десяти прорывных технологий вошли:

Улавливание и захоронение CO₂ (технологии, позволяющие отделять диоксид углерода от источника энергии для его последующей транспортировки и захоронения);
Цифровые двойники (виртуальные копии физических объектов, отслеживающие их весь жизненный цикл, от проектирования до эксплуатации и утилизации);
Плавучие солнечные станции (фотоэлектрические модули, которые размещаются преимущественно на водоемах закрытого типа);
Голубой водород (водород, получаемый паровым риформингом природного газа);
Экологически чистое сжигание углей (химические реакции и катализаторы, использующиеся для конверсии CO₂ в ценные химические вещества, такие как карбамид, метанол и полиуретаны);
Получение высококачественных моторных топлив из растительного сырья (технологии, позволяющие производить биотопливо, сопоставимое с нефтепродуктами по стоимости и техническим характеристикам);
Высокотемпературные тепловые насосы (тепловые насосы на CO₂ и энергоустановки, работающие по замкнутому циклу Аллама);
Переработка нефтесодержащих отходов (технологии утилизации бурового шлама, отработанных масел, промывочных жидкостей и других отходов, образующихся при добыче, переработке и транспортировке нефти и газа);
Передача энергии сверхвысокого напряжения (технологии, которые дадут возможность безопасно и эффективно транспортировать электроэнергию между странами, регионами и континентами);
Электротопливо (преобразование электричества в водород посредством силовой электроники).

Ассоциация малой энергетики и Ассоциация экономического сотрудничества со странами Африки подписали соглашение о партнерстве

10 февраля Ассоциация малой энергетики (АМЭ) и Ассоциация экономического сотрудничества со странами Африки (АЭССА) подписали соглашение о стратегическом партнерстве. Подписи под документом поставили президент АМЭ Максим Загорнов и управляющий директор АЭССА Владимир Курченко.

О возможностях реализации энергетических проектов в ОАЭ расскажут в ходе вебинара 17 февраля

Отчет Глобальной энергетической ассоциации предлагает 10 идей на будущее по сокращению выбросов CO2 и созданию сбалансированных энергетических систем.

По мере того как миллионы людей справляются с последствиями изменения климата и глобального потепления, возрастает потребность в глобальных энергетических стратегиях, направленных на решение вполне реальных проблем, стоящих перед правительствами и населением во всем мире.

Нет ничего удивительного в том, что крупные инвестиции направляются на поиск путей урегулирования кризисов, с которыми сегодня сталкивается весь мир, в частности на поиск альтернативных источников энергии, которые являются эффективной и действенной заменой ископаемым видам топлива.

Темпы глобального изменения климата создают серьезную угрозу для природных экосистем из-за вызванных им необратимых последствий.

10. Искусственный фотосинтез

По разным прогнозам, в обозримом будущем мировое потребление энергии будет расти. Этот рост сопровождается увеличением спроса на ископаемое топливо, которое является основным источником энергии.

Мы должны либо заменить углеводородное топливо безуглеродным, либо научиться синтезировать углеводороды из атмосферного CO2. Современный углеродный бюджет несбалансирован; это происходит потому, что выбросы CO2 превышают его потребление для производства биомассы. Главная цель экологической политики — поддерживать концентрацию CO2 в воздухе на постоянном уровне.

Если бы мы могли синтезировать углеводы из атмосферного CO2 со скоростью, сравнимой с антропогенным производством CO2, это частично решило бы экологическую проблему. Углекислый газ — это низкоэнергетическая молекула; получение из него богатых энергией углеводородов требует энергии. Природа предлагает нам использовать солнечную энергию для сокращения выбросов CO2.

Организмы, осуществляющие кислородный фотосинтез, получают CO2 из атмосферы и объединяют его с водородом (электронами и протонами) из вездесущей воды, используя солнечную энергию. Основным способом получения углеводородов из СО2 солнечным светом для выращивания топливной культуры является фотосинтез.

9. Химическое топливо из солнечного света

Солнечный свет открывает множество различных путей для производства химического топлива. Эти пути включают производство биотоплива из биомассы; производство водорода через жизнедеятельность микроводорослей; производство биотоплива через фотокатализ, выполняемый искусственными устройствами.

Каждый из этих путей имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества заключаются в том, что некоторые из этих видов солнечного топлива могут заменить ископаемые виды топлива в будущем. Дальнейшие исследования во всех этих секторах необходимы для успешного развития этих методов и преодоления существующих недостатков.

Биотопливо из растительной биомассы в настоящее время является самым популярным солнечным топливом. В то же время молекулярный водород считается топливом будущего. Это происходит потому, что это безуглеродное, обогащенное энергией химическое соединение. Фотогидроген может быть получен либо за счет активности микроорганизмов, либо за счет фотокатализа.

Недорогие, стабильные, эффективные, экологически чистые искусственные или полуавтоматические системы, вдохновленные естественным фотосинтезом для производства водорода из воды, являются наиболее привлекательными объектами для исследований и разработок в области солнечной энергетики. Современные достижения в разработке этих устройств значительны, но многие препятствия мешают им стать более широко используемой технологией.

8. Рециркуляция энергии

Основной тенденцией в развитии мусоросжигания является переход от прямого сжигания твердых отходов к оптимизированному сжиганию горячей (топливной) фракции, выделяемой из твердых отходов, и переход от сжигания как процесса утилизации твердых отходов к сжиганию как процессу, обеспечивающему наряду с утилизацией отходов тепловую и электрическую энергию.

Термическая утилизация является важным элементом любой системы обращения с отходами. Извлечение энергии из отходов получило широкое распространение в мире и является глобальной тенденцией преобразования отходов в энергию.

Энергия от заводов по переработке отходов является очевидной частью решения по переработке энергии. Для дальнейшей оптимизации процессов переработки отходов с выработкой тепла и электроэнергии, снижения вредного воздействия на окружающую среду необходимо использовать эксергетический подход.

7. Превращение отходов в энергию

Исследования показывают, что отходы жизнедеятельности человечества, наряду с глобальным потеплением и нехваткой чистой воды, вызывают наибольшую озабоченность как у населения в целом, так и у специалистов.

В общей сложности в мире образуется около 25 миллиардов тонн отходов в год. Лидером по производству специфических отходов является Канада, которая производит 36 тонн отходов на человека в год (но большинство из них — промышленные отходы нефтепереработки, металлообработки и химической промышленности). За ней следуют Болгария (26,7 тонны) и США (26 тонн). Россия весит около семи миллиардов тонн в год.

За последние десять лет количество отходов удвоилось. Как и в других странах, подавляющее большинство связано с промышленностью, причем добыча полезных ископаемых создает 91 процент отходов.

Твердые бытовые отходы (ТБО) занимают небольшую долю – всего около пяти процентов в общем объеме отходов. Но ей следует уделить самое пристальное внимание, потому что именно здесь сосредоточено наибольшее количество проблем.

6. Компактные и эффективные технологии накопления энергии

Прорывы в электрохимических технологиях хранения энергии, таких как литий — (или натриевые) ионные аккумуляторы и суперконденсаторы, для мобильной электроники (малые размеры), транспорта (средние размеры), хранения электроэнергии в электросетях (большие размеры), а также портативных и стационарных приложений, проложили дорогу к развивающемуся рынку с неограниченным потенциалом.

Электрохимическое накопление энергии играет важную роль в эффективном использовании солнца и ветра в качестве возобновляемых источников энергии для достижения более чистого мира. Сегодня производство, разработка и внедрение нового поколения высокоэффективных, доступных по стоимости электрохимических систем хранения энергии с повышенной безопасностью на крупных новых рынках требуют понимания, контроля и прогнозирования новых разработанных структур с новыми подходами синтеза и улучшенными свойствами.

Суперконденсаторы играют ключевую роль в преодолении разрыва между традиционными конденсаторами и аккумуляторными батареями, которые занимают видное место в развитии накопителей энергии.

Эти устройства хранения энергии широко используются в качестве портативных устройств, промышленной энергетики и энергетических приложений для создания долгосрочных изменений в направлении устойчивого производства, управления и потребления энергии без явной зависимости от возобновляемых ресурсов.

5. Преобразование энергии в газ

Таким образом, водород становится молекулой платформы, которая может быть использована – в качестве вектора энергии и топлива – или для синтеза широко используемых химических веществ, таких как аммиак или метанол, специальных химических веществ, обычных видов топлива, таких как заменитель природного газа или бензина.

Кроме того, преобразование электроэнергии в газ может обеспечить сезонное хранение излишков электроэнергии в дополнение к перекачиваемой гидроэнергии и с большей энергетической мощностью при условии, что будут определены подходящие места хранения. Сезонное хранение необходимо, поскольку несколько исследований показали, что высокий уровень возобновляемой генерации на основе прерывистых возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая генерация, потребует сезонных систем хранения.

4. Малые модульные реакторы

Ядерная энергетика сталкивается с критическими и глубокими проблемами конкурентоспособности, препятствующими ее способности играть значительную роль в борьбе с изменением климата. Малые модульные реакторы (SMR) мощностью менее 500 МВт рассматриваются в связи с тем, что они могут быть более легко финансируемы и могут быть поставлены более быстро с использованием модульных методов строительства и развертывания.

По мнению многих, SMR являются неэкономичными. Новый анализ SMR показал, что радикальное использование методов проектирования производства — использование стандартизации и модульности — может обеспечить маршрут для компенсации этого недостатка затрат. Эти средства широко используются в других отраслях промышленности и позволили бы капитальным затратам на SMR улучшить экономическую эффективность крупных реакторов.

SMR также имеют потенциал для гораздо более коротких графиков сборки за счет применения модульной конструкции. Создание большего числа стандартизированных SMR позволило бы еще больше снизить затраты за счет производственного обучения, что потенциально позволило бы достичь энергетических затрат на уровне 75 долларов США/МВтч.

3. Водород и высокоемкие водородоносители

Водород обладает огромным потенциалом, поскольку он эффективно представляет собой платформу для широкого спектра применений, включая топливо для транспортировки, сырье для химической и перерабатывающей промышленности или объемные хранилища энергии для производства тепловой и электрической энергии.

В то время как для производства возобновляемого водорода доступно несколько процессов, способ преобразования энергии в газ имеет то преимущество, что дополняет прерывистое энергоснабжение от ветровых и солнечных генераторов, и поэтому представляется наилучшей краткосрочной возможностью для получения большого количества водорода, доступного для развертывания декарбонизации. Помимо водорода, высокоемкие водородоносители имеют хорошие возможности для выхода на рынок вместо ископаемых аналогов, чтобы ускорить путь к сильно декарбонизированному обществу.

Преимущества зеленых синтетических топлив заключаются в том, что они, как правило, являются более практичным топливом, чем водород, просто потому, что они лучше напоминают (физически и химически) ископаемое топливо, которое вытеснило бы его. Более высокая плотность энергии и (как правило) жидкая или твердая форма могут сделать синтез-топливо более легко адаптируемым к нашей текущей инфраструктуре и более совместимым с технологиями конечного использования, чем водород.

2. Интеллектуальная сеть и цифровизация энергетических систем

Мир нуждается в более устойчивых и гибких энергетических системах, и энергосистема должна играть в этом важную роль. Чтобы сделать это, цифровизация может стать стимулом для раскрытия истинного потенциала энергосистемы, обладающей способностью создавать новые архитектуры взаимосвязанных энергетических систем, включая разрушение традиционных границ между спросом и предложением.

Проникновение возобновляемых источников энергии, хранение и рост электромобилей начнут оказывать большое влияние на управление сетями из-за их большей изменчивости. Необходимо будет управлять сетью более гибко, более чутко к клиентам, окружающей среде и новым электрифицированным технологиям.

Данные будут необходимы для понимания того, как работает грид в любой данный момент времени, для управления изменениями, возможно автономно и автоматически, по мере изменения параметров, а также для понимания потребностей клиентов и их взаимодействия с грид-сервисами.

1. Улавливание углерода

Улавливание углерода — это технология, позволяющая улавливать отработанный углекислый газ. Его можно захватить сразу из воздуха или от других источников, как газообразный отход электростанций, используя различный вид технологий включая абсорбцию, адсорбцию, химическую петлю, мембранную сепарацию газа или технологии газогидрата.

Технология улавливания углерода, применяемая на современной традиционной электростанции, позволяет сократить выбросы CO2 до 80 или 90 процентов по сравнению с установкой без технологии улавливания углерода.

Ключевая проблема заключается в том, что если улавливание углерода используется на электростанции, то другие системные затраты, по оценкам, увеличивают стоимость ватт-часа энергии, производимой на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, на 21-91 процент. Применение этой технологии на существующих заводах обойдется еще дороже.

Международная Ассоциация "Глобальная энергия" представила первый ежегодный доклад "10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет", соавторами которого стали ученые из разных стран мира. В докладе отражены основные положения исследований, направленных на борьбу с глобальным изменением климата, в том числе через развитие энергоэффективности и энергосбережения, а также технологий ВИЭ.

Глобальное изменение климата стало реальностью, и его темпы угрожают необратимыми последствиями для экосистем. По наиболее мрачным прогнозам экологов, всего через 50 лет до 3,5 миллиарда человек могут оказаться в зонах непригодных для жизни, если человечество не сократит выбросы СО2. Общая территория Земли, на которой среднегодовая температура превысит 29 градусов Цельсия (а это температурный режим пустыни Сахара), может увеличиться с 0,8% до 19% суши.

"С точки зрения экономической эффективности, представленным в докладе идеям ещё далеко до традиционной энергетики. Никуда не исчезнет и потребность в углеводородах в нефте- и газохиме, - отметил президент Ассоциации Сергей Брилев. - Но это - перспективные идеи для снижения выбросов СО2 и выстраивания сбалансированных энергосистем и интегрированных энергокомпаний".

По его словам, представленные в докладе идеи способны радикально изменить структуру мирового потребления энергии. Технологии на базе этих идей предусматривают рост энергоэффективности и энергосбережения, сокращение выбросов парниковых газов, а также развитие возобновляемых источников энергии.

Доклад затрагивает широкий спектр тем и направлений, включая:

Улавливание и хранение углерода (carbon capture and storage)

Технологии, позволяющие отделять выбросы СО2 от промышленных и энергетических источников, обеспечивать их долгосрочную изоляцию от атмосферы.

Умные сети (smart grid)

Технологии цифровой трансформации, позволяющие использовать массивы big data об энергопроизводстве и энергопотреблении для повышения эффективности и надёжности производства и распределения электроэнергии.

Водородная энергетика (hydrogen economy)

Технологии использования водорода как топлива для производства электроэнергии, для транспортных средств (включая технологии промышленного хранения и транспортировки на большие расстояния).

Малые модульные реакторы (small modular reactors)

Разработки атомной энергетики, позволяющие наладить выпуск реакторов малой и средней мощности (до 300 МВт), в т.ч. для замены электростанций на органическом топливе.

Преобразование электроэнергии в газ (power-to-gas, P2G)

Технологии, позволяющие использовать излишки электроэнергии для производства метана или сжиженного газа. P2G - перспективная технология сезонного хранения энергии, т.к. полученный газ легко преобразовать обратно в электроэнергию с помощью обычных газовых турбин.

Компактные и эффективные накопители энергии (supercapacitors)

Разработки устройств, способных аккумулировать электроэнергию в промышленных масштабах.

Рециклинг и преобразование отходов в энергию (waste-to-energy, W2E)

Технологии, позволяющие вырабатывать электро- и теплоэнергию в результате переработки твёрдых бытовых отходов, прошедших предварительную сортировку. W2E позволяет решать проблему в комплексе: с одной стороны - снизить объемы захоронения ТБО на полигонах; с другой - сократить объемы экологически вредной угольной энергетики.

Биотопливо (biofuel)

Технологии получения и применения экологически чистого биотоплива нового поколения из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Искусственный фотосинтез (artificial photosynthesis)

Химические технологии, воспроизводящие природный процесс фотосинтеза. Исследования этой темы включают в себя проектирование и сборку устройств для непосредственного производства солнечного топлива, фотоэлектрохимию и ее применение в топливных элементах, производство биоводорода из солнечного света.

Среди соавторов первого доклада - известные ученые из России, Великобритании, Италии и Ирана.

Ассоциация "Глобальная энергия"

Неправительственная организация, созданная в 2002 году для поддержки исследований и инноваций в области энергетики, а также содействия развитию энергетического сотрудничества. Членами Ассоциации являются ПАО "Газпром", ПАО "Сургутнефтегаз" и "Россети ФСК ЕЭС". Ассоциация помогает формировать энергетику будущего, поддерживая передовые научно-технические разработки и стимулируя международное энергетическое сотрудничество в интересах всего человечества. С 2003 года Ассоциация вручает ежегодно международную энергетическую премию "Глобальная энергия". За 17 лет лауреатами премии стали 42 ученых из 15 стран: Австралии, Австрии, Великобритании, Греции, Дании, Исландии, Италии, Канады, России, США, Украины, Франции, Швейцарии, Швеции и Японии. В прошлом году премиальный фонд составил 39 млн рублей.

Читайте также: