Как технологии изменят энергетику

Опубликовано: 29.08.2018

видео Как технологии изменят энергетику

Энерговечер #3: Будущее энергетики.Технологии

Возникновение жизни на Земле — процесс, не до конца понятный современной науке. Принято считать, что планета «пробудилась» около 4 млрд. лет назад в результате абиогенеза, но как именно это произошло — вопрос спорный. Очевидно, что в момент перехода от неживой материи к живой, первые примитивные организмы овладели одним ключевым навыком, который актуален и по сей день. Это способность извлекать из внешнего мира энергию и использовать ее для собственных нужд. Закон сохранения энергии сыграл на руку живой материи, и благодаря комбинации удачных факторов Земля превратилась в место, где сегодня процветают более 9 миллионов различных видов существ.



«Приручение» энергии, заключенной в огне, приготовление пищи и создание орудий труда позволили нашему виду достичь достаточной степени организации мозга, чтобы выработать язык и зачатки культуры. Так мы вырвались вперед в эволюционной гонке и совершили первую энергетическую революцию. Вторая принесла оседлый образ жизни, «одомашнивание» богатых энергией посевных культур и умение обрабатывать металлы. На этом фундаменте возникла история, общественное и культурное многообразие. К концу XVIII века энергетические революции шли одна за другой: паровая машина, добыча углеводородов, двигатель внутреннего сгорания, расщепление ядра. В результате, уже к середине XX века энергетика заняла свое почетное место в ряду индустрий, без которых невозможна современная цивилизация.


Обзор новых технологий 2015 - автоматизация и возобновляемая энергетика

Несмотря на взрывное развитие последних веков, энергетика, как и любая другая общественно значимая сфера, выработала вкус к консервативным, проверенным решениям. Особенно сильно это чувствуется в странах, богатых углеводородами, — например, в России. Однако исторический опыт подсказывает, что научный и технический прогресс оказывается важнее, чем устоявшиеся традиции. Сегодня энергетика находится в эпицентре глобального инновационного шторма, который обещает радикально изменить ландшафт индустрии в самое ближайшее время. К каким из них стоит готовиться молодым профессионал сегодня? Ко всем.

Ветер и солнце

В России, где нефть и газ определяют экономическую и политическую реальность, альтернативные виды энергии составляют не больше 1% от общего объема. Но, даже учитывая, что сырья хватит на столетия вперед, существует несколько объективных причин для развития новых видов энергетики и топлива: экономические реалии, технологическое отставание, экология и огромная территория, богатая ресурсами на любой вкус. Совокупность этих факторов дает основания полагать, что интерес к альтернативным источникам энергии в стране будет как минимум развиваться, а как максимум станет драйвером роста.

Ветряная электростанция в Дании

Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году энергетические потребности человечества повысятся на 50–60%. Этот спрос можно обеспечить по-разному, но только возобновляемые источники энергии окажутся способны сделать это, одновременно снизив экологическую нагрузку на планету. Пример Дании доказывает состоятельность этого подхода уже сегодня. В 2015 года датчане установили мировой рекорд по производству ветровой энергии. Около 42% энергии в стране было выработано благодаря ветряным турбинам. C их помощью кинетическая энергия воздушных масс преобразуется в любую другую энергию, удобную для потребителя, — стоит недорого, работает экологично. В этом же году ветроэнергетика стала самой дешевой для производства в Великобритании и Германии. По подсчетам экспертов Bloomberg, ветряные электростанции в США станут выгоднее традиционных энергоблоков уже к 2023 году.

Не отстает и солнечная энергетика. В Германии в июле этого года солнечные батареи впервые в истории сравнялись по объемам выработки с атомными электростанциями. В США к концу 2015 в индустрии солнечной энергетики работало больше человек, чем в нефтяной сфере. Среди крупных игроков — компания, возглавляемая Илоном Маском, — SolarCity, которая занимается инновационными разработками «умных» сетей и зарядных станций. Китай вышел на первое место в мире по мощности электростанций на солнечных батареях. К концу 2020 года китайское правительство планирует повысить долю электроэнергии, выработанной из возобновляемых источников, до 15%.

Панели SolarCity

У ветряной и солнечной энергетики есть свои проблемы. Особенно очевидны они на примере России. Среднегодовая скорость ветра здесь делает нерентабельной работу большей часть существующих турбин. Сегодня наибольший объем энергии ветра в нашей стране добывают в Калининградской области, Башкирии, на Чукотке и в Коми, но газ и нефть пока в разы дешевле и эффективнее. КПД использования солнечной энергии в России еще ниже из-за климатических и технологических особенностей государства. Плюс ко всему, ветер и солнце — нестабильные поставщики энергии, и их добыча сильно зависит от погодных условий. Значит ли это, что нам на них надо поставить крест? Ровно наоборот.

Георгий ГОГОЛЕВ,

руководитель службы развития инновационной экосистемы РВК,

эксперт в области возобновляемой энергетики

«Для того, чтобы увидеть, что будет в российской энергетике через 20 лет, достаточно посмотреть на то, что произошло сначала в Германии, потом на южноевропейских рынках, в США, а теперь в Китае и практически во всем мире. Революция в энергетике прошла для России незаметно. Повсеместно внедряются „умные“ сети, сильно выросло количество источников энергии за счет развития возобновляемой энергетики (в первую очередь, солнца и ветра). Тренды отчетливо видны: децентрализация и переход на возобновляемые источники энергии. Соответственно, тем, кто хочет специализироваться на энергетике в будущем, надо очень хорошо понимать особенности этой новой генерации, разбираться в технологиях и знакомиться с цифровой составляющей.

В России монополии пока тормозят этот процесс. В результате специалистам и учебным программам неоткуда взяться, так что придется учиться не на родине или искать интернет-программы, занимаясь самообразованием. И всё же с переходом к децентрализованной модели сильно вырастает важность локальных сетей, хранения энергии (из-за нестабильности возобновляемой генерации), появятся новые бизнес-модели, основанные на „умных“ сетях, особенно ближе к потребителю. Так что возможностей в секторе будет много. Тем, кто сейчас выбирает профессию в новой энергетике, можно посоветовать посмотреть на новые профессии, которые появились в этом секторе в Европе за последние 15 лет, — а их было немало. В одной Германии в секторе возобновляемой энергетики трудится больше людей, чем в автопроме».

Развитие альтернативной энергии в России напрямую зависит от прорывных технологий, способных повысить КПД панелей и турбин, приспособленных под российские реалии. Изобретатели, оптимизаторы и специалисты в области альтернативных источников энергии будут, как никогда, необходимы стране, где, по данным Института энергетической стратегии, теоретический потенциал солнечной энергии, «пойманной» в течение трех дней на всей территории, превышает энергию годового производства электроэнергии. Если добавить к этому факту понимание того, что запасы энергии ветра на Земле более чем в сто раз превосходят запасы гидроэнергии всех рек планеты, то перспективы открываются фантастические, — в том числе и для смежных сфер знаний. Например, для прикладной климатологии, чьи прогнозы будут приятным подспорьем для индустрии возобновляемой энергии.

Водород и биотопливо

Если в области энергии солнца и ветра Россия предсказуемо осторожна, то в сфере гидроэнергетики дела здесь обстоят гораздо интереснее. Сегодня гидроэнергетика отдувается за большую часть производимой возобновляемой энергии в мире, а наша страна исторически занимает в этой сфере не последнее место. К 2030 году ее роль едва ли изменится, особенно если учесть новые перспективные разработки. Большой потенциал несет малая гидроэнергетика, с помощью которой в России возможно обеспечить 360 млрд кВт*ч, треть от общего объема потребляемой энергий. Особенно многообещающе малые ГЭЦ смотрятся в Сибири, где нет недостатка в водных ресурсах. Водную энергию также можно добывать с помощью метода температурного гредиента морской воды, позволяющего получать электроэнергию из разницы температур на поверхности и глубине океана. Эта технология может пригодиться на Дальнем Востоке, — точно так же, как волновые и приливные электростанции.

Кроме воды, ветра и солнца, много надежд сегодня возлагается на геотермальную энергетику, которая позволяет добывать энергию из недр земли, где идет вулканическая активность и текут теплые воды. В России большие запасы термальных вод находятся на Камчатке, Кавказе, в Краснодарском крае. И хотя мощность геотермальных станций невысока, их безвредность, неиссякаемость и независимость от погодных условий обещают достаточно перспектив для развития отрасли.

Еще одни ключевой источник возобновляемой энергии — биотопливо. Традиционно биоэнергетика позволяет получать сырье из переработки дерева, торфа и газа: водород, метан и этанол. Однако сегодня наиболее актуально следующее поколение биотоплива, которое синтезируется из отходов лесной промышленности, водорослей и травянистых растений типа рыжика посевного. Оно имеют большую концентрацию биомассы и не требует использования большого количества земельных ресурсов. В России эта отрасль пока находится в зачаточном состоянии, но ее развитие будет весьма кстати для лесообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Ведь во всем мире потребность в биотопливе пока только растет, а новые технологии позволяют более эффективно управляться с отходами производства.

Особе место в ряду альтернативных источников энергии занимает водородная энергетика. Запасы водорода практически неисчерпаемы, это самый распространенный элемент во Вселенной. Выработка энергии с его помощью может в перспективе решить многие экологические и экономические проблемы. Единственная загвоздка состоит в том, что нам пока до конца не понятно, как это работает. Сегодня в этой сфере ведутся многочисленные разработки в диаметрально противоположных направлениях, от угля до атома, но сомневаться в потенциале отрасли не приходится. Термин «водородная экономика» используется на самых высоких уровнях и предполагает, что серьезные прорывы в индустрии произойдут в ближайшие десятилетия.

Леонид Башлыков ,

инвестиционный аналитик Phystech Ventures

«Через 20 лет эра углеводородов останется в прошлом, а основные потребители российских угля, нефти и газа постепенно перейдут на альтернативные источники энергии. Россия будет наращивать мощности по переработке своих энергетических ресурсов и транспортировке — их и вторичной энергии. Возникнут тысячи рабочих мест для квалифицированного персонала. Характер труда будет постепенно меняться в сторону работы с автоматизированными системами и системами интеллектуального управления. Их создание и внедрение как раз займет порядка 20 лет. Уже сейчас можно увидеть такие системы на наших предприятиях, но доля их еще совсем незначительна.

Специалист в области внедрения и управления такой системой должен будет владеть не только базовыми знаниями своей индустрии, будь то добыча, переработка и транспортировка углеводородов, электроэнергетика или энергетические сети, но и уметь работать с продвинутыми IT-системами по их оптимизации и менеджменту.

Молодым специалистам и студентам стоит задуматься о расширении своих компетенций на несколько областей, потому что именно на их пересечении появляются новые идеи и технологии. Так, будущему инженеру-электротехнику есть смысл освоить азы работы с большими данным, чтобы в будущем он имел возможность полноценно реализовывать потенциал Smart Grid, будущему монтажнику ЛЭП могут пригодиться навыки управления дронами, которые в уже обозримом будущем смогут взять на себя часть задач по ремонту высоковольтных линий.

Так или иначе IT-составляющая проникнет во все сферы энергетики, и те, кто будет максимально эффективно использовать их возможности, получат большие профессиональные преимущества».

Новая энергетика

Одно из ключевых преимуществ новой энергетики состоит в том, что практически все ее решения на рынке — масштабируемые. Это значит, что, если государству не понадобится развивать инфраструктуру, сфера вполне адаптируется и под менее амбициозные локальные задачи. Поставить ветряк на даче, сделать крышу из солнечных батарей и «ловить» энергию воды в соседней речке в ближайшем будущем будет так же просто, как вскипятить чайник. И для функционирования индустрии в ближайшие 20 лет в любом случае понадобятся специалисты самого широкого профиля и из разных отраслей: инженеры, аналитики, оптимизаторы, дизайнеры систем, инструкторы, операторы.

Кроме добычи энергии, в ближайшем будущем актуализируется проблема ее передачи и хранения. Костяк новой энергетики составят умные специалисты, которые опираются на развитие информационных и коммуникационных технологий в индустрии. За их счет сильно упростится организация и обслуживание электроснабжения, что приведет к децентрализации, демократизации и повышению экономической эффективности энергетики. Как именно они будут работать в России? Сегодня это большой вопрос, но рано или поздно его придется решать. Для устойчивого развития альтернативной энергетики и «умных» сетей также понадобятся технологические прорывы в области батарей, синтезирующих элементов и новых материалов. Сегодня отличный пример демонстрируют в компании Tesla, где научились делать не только самые востребованные в мире электрокары, но и литий-ионные аккумуляторы Powerwall для бытового использования и резервного питания.

Термоядерный реактор ITER

Не стоит сбрасывать со счетов и инновации в более традиционных сферах энергетики. Сланцевая революция в США и Европе только набирает обороты, но уже в 2015 году она сыграла свою роль в понижении цен на нефть и газа. Вероятность того, что она доберется до России в ближайшие 20 лет, невысока, но специалисты в этой области всё равно будут востребованы. Поступательно развивается и ядерная энергетика. Оправившись после Фукусимы, отрасль занимается разработкой сверхэффективных реакторов четвертого поколения и новых форм утилизации отходов. Во Франции приступают к строительству международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Повсюду в мире ведутся исследования холодного синтеза.

Энергетика — благородная сфера приложений труда, которая в ближайшие десятилетия станет еще благороднее. Решение проблем загрязнения окружающей среды, глобального изменения климата и дальнейшего развития напрямую зависит от модернизации энергетического хребта планеты. Контур будущего проглядывается уже сегодня, но важно понимать, что в процесс обновления окажется вовлечено не одно поколение, и основные проблемы достанутся тем, кто сейчас еще только задумывается о завтрашнем дне. На этом пути, очевидно, важно помнить и понимать, что судьба человечества была и всегда будет неразрывна связана с потреблением энергии, так что этот процесс должен стать максимально устойчивым и осознанным.

Энергетики будущего

Архитектор «умных» сетей

проектировщик крупных и малых децентрализованных энергетических сетей.

Оператор «умных» сетей

профессионал, наблюдающий за бесперебойной работой «умных» сетей.

Экоинженер

специалист по надзору и управлению экосистемой, который оказывается задействован при внедрении новых энергетических решений.

Проектировщик домохозяйств с положительным энергобалансом

дизайнер помещений и индивидуальных энергосистем, производящих самодостаточное количество энергии.

Климатолог

профессионал в области точных прогнозов погоды для более эффективной работы систем, чувствительных к переменным условия добычи солнечной, ветрянной и водной энергии.

Оператор электрозарядных станций

менеджер сети электрических заправок.

Инструктор в области альтернативных источников энергии

специалист, способный провести аудит и предложить варианты модернизации энергосистем с учетом новых технологий.

Дизайнер новых решений энергонакопления

изобретатель новых источников хранения энергии.

Механик смешанных систем

профессионал широкого профиля, способный сводить воедино энергию из разных установок и энергетических ресурсов.

Мастер солнечного поля, парка ветряков или цепи волновых станций

специалист, поддерживающий работу крупных систем возобновляемой энергии.

Образование

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

www.pkmpei.ru

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

www.spbstu.ru

Новосибирский государственный технический университет

nstu.ru

Томский политехнический университет

www.tpu.ru

Ивановский государственный энергетический университет

www.ispu.ru

Национальный исследовательский ядерный институт «МИФИ»

www.mephi.ru

rss