Сценарий-2050. Стратегия развития энергетики будущего по мнению компании Сименс

Сценарий-2050. Стратегия развития энергетики будущего по мнению компании Сименс


Мир зависит от стабильности энергоснабжения, и в ближайшие 20 лет спрос на него возрастет. Будущее энергетики зависит от развития возобновляемых источников энергии и более рационального использования ископаемого топлива.
Представьте мир через 40 лет. Во всех областях экономики, а также в нашей частной жизни электричество в основном заменило традиционные источники энергии – в промышленности, инфраструктуре, а также в отоплении зданий. Возоб­новляемые источники энергии ветра и солнца играют решающую роль в производстве электроэнергии. Каждый день к энергетической системе добавляются новые малые энергоблоки, а также растут связи между распределительными электрическими сетями и главной энергетической системой. Благодаря новому распределению ролей между производителями электроэнергии и потребителями, интеллектуальным электросетям, а также возможности гибкого хранения и выделения энергии энергетическая система стала очень устойчивой и надежной. Ключевые технологии с первых лет трансформации энергосистемы в начале тысячелетия продолжают играть главную роль – при этом обладают абсолютно новыми особенностями, вытекающими из многочисленных инновационных циклов.

Энергия ветра надежно вырабатывает большие объемы электричества

Значительная часть необходимого нам электричества вырабатывается ветровыми турбинами. С появлением больших роторов с диаметром 250 м в море, которые приводят в действие мощные ветровые турбины на 20 МВт и с высокой надежностью вырабатывают большие объемы электричества, прибрежные ветровые турбины упали в цене. С диаметром ротора до 150 м и мощностью 3–5 МВт, эти ветровые электростанции позволяют производить электричество дешевле, чем электростанции, работающие на угле.

Электролиз преобразовывает энергию ветра в водород

Используя электричество, главным образом генерируемое ветровыми электростанциями, высокопроизводительные системы электролиза на протонообменной мембране (PEM) (настраиваемые в диапазоне от нескольких киловатт до более чем 100 МВт) производят водород – газ с замечательными свойствами. Он служит сырьем в химической промышленности, топливом для транспортных средств и является долгосохраняющимся носителем энергии, который гарантирует надежность энергоснабжения посредством возможности обратного преобразования его в энергию в электростанциях с парогазовым циклом.

Электростанции парогазового цикла достигают КПД до 70%

Благодаря своим широким возможностям электростанции с парогазовым циклом играют все более важную роль в обеспечении энергетического баланса. Эти электростанции не только достигают чрезвычайно высокого КПД до 70%, работая на водороде, но также выдают полный КПД до 95% при работе в комбинированном режиме.

Энергетическая устойчивость c сетью сверхвысокого напряжения HVDC

Сети передачи постоянным током высокого напряжения (HVDC), также известные как сети сверхвысокого напряжения, лежат в основе энергетической системы. Многочисленные узловые соединения с сетями переменного тока (AC) позволяют им обеспечивать электроснабжение при растущем числе распределительных сетей. Основанные на инновационных технологиях интеллектуальной сети, они формируют независимые сегменты в пределах всей системы.


Парогазовая электростанция
(Иршинг, Германия)

Энергетически независимые промышленные объекты и энергоэффективные здания

В то время как новые технологии экономично и экологично производят и распределяют электричество, инновационные технологии для промышленности и зданий обеспечивают эффективное потребление энергии. Это позволяет осуществлять надежное энергоснабжение промышленных предприятий и частных домохозяйств. Энергетически независимые (самостоятельно обслуживающие себя) промышленные объекты – это лишь один пример. Системы управления данными закладывают основу для надежного обмена информацией между крупными электростанциями, виртуальными электростанциями, переменными нагрузками, управлением нагрузками и гибкой пропускной способностью. Эти системы данных в реальном времени координируют огромные объемы информации и оптимизируют энергетическую систему, а также поддерживают ее стабильность.

«Сименс» придает облик энергетике будущего

Вне зависимости от того, как будет выглядеть мир будущего, «Сименс» из года в год уже задает стандарты в области энергетических технологий – для большей эффективности, лучших показателей и экологической рациональности. Мы не знаем абсолютно точно, как будет выглядеть энергетическая система через 40 лет, но мы точно знаем, что со своей инновационной силой и техническими достижениями «Сименс» заложит основу для формирования энергетической системы, которая будет надежна, экономична и будет удовлетворять потребностям населения.

Традиционная энергетика

Глобальная урбанизация, дефицит ресурсов и изменение климата требуют продуктов, решений и услуг для более эффективного производства электроэнергии из ископаемого топлива. Подразделение «Производство энергии из ископаемых видов топлива» компании «Сименс» предлагает инновационные технологии, которые будут крайне необходимы в решении этих проблем: они делают энергию доступной для общества в глобальном масштабе и в то же время ее выработку – рентабельной для операторов.

С помощью инновационных энергосистем, работающих на ископаемом топливе, дефицитные ресурсы могут использоваться максимально эффективно. Это делает топливную энергию доступной где угодно и когда угодно, а производство электроэнергии из ископаемого топлива настолько безвредным для окружающей среды, насколько это возможно.

Высокоэффективные электростанции на ископаемом топливе

Ископаемое топливо продолжит играть значительную роль, компенсируя колебания в поставках энергии от источников возобновляемой энергии и тем самым обеспечивая надежную основу для стабильного мирового энергоснабжения. Электростанции парогазового цикла являются самым рациональным решением для производства электроэнергии с использованием ископаемого топлива.

Парогазовые установки предлагают более высокий коэффициент полезного действия. Решение «Сименс» использовано на газовой электростанции с самым высоким КПД в мире, расположенной в г. Иршинге, Германия. Эта электростанция перерабатывает природный газ в электроэнергию с КПД более 61% и потребляет на треть меньше ископаемого топлива на кВт·ч, чем потребляется в среднем газовыми электростанциями в мире. Менее чем за 30 минут электростанция может запускаться из состояния останова, достигая мощности, достаточной для удовлетворения энергетических потребностей города размером с Берлин.

Еще более эффективными являются электростанции с комбинированным производством тепла и электроэнергии (когенерационные), которые одновременно вырабатывают электричество, тепло или производственный (водяной) пар и таким образом достигают уровня энергоэффективности от 60 до более 90%. Одним из примеров является электростанция «Лаусвард» в порту Дюссельдорфа, которая после завершения строительства будет обладать электрической мощностью в 595 МВт. Это мировой рекорд для блока парогазового цикла, чистый КПД которого будет составлять 61%. На сегодняшний день мировой рекорд принадлежит электростанции комбинированного типа в Иршинге, ее КПД составляет 60,75%. При этом тепло отработанных газов используется для обеспечения центрального отопления в Дюссельдорфе – до этого невозможно было получить 300 МВт тепловой энергии с помощью одного энергоблока газотурбинной установки в парогазовом цикле, и это еще один мировой рекорд. В результате общий КПД природного газа возрастает до 85%.

Также новые технологии могут повысить КПД существующих угольных электростанций до 50%. При достижении такой эффективности всеми в мире угольными электростанциями уровень выбросов углекислого газа сократится на 3,7 млрд тонн в год – это почти столько же, сколько за этот период вырабатывает весь ЕС.

«Сименс» предлагает широкий спектр мероприятий по модернизации, помогающих повысить производительность более старых электростанций. Услуги могут включать как адаптацию целой установки, так и внедрение новой технологии или просто замену отдельных компонентов.

Возобновляемые источники энергии

Независимо от того, говорим ли мы об энергии ветра, воды или биомассы, возобновляемые источники энергии приобретают все большую и большую важность для энергетических систем. Инновации сделали энергию ветра сильным конкурентом для традиционной энергетики. «Сименс» является одним из ведущих мировых поставщиков наземных и морских ветровых установок. Энергия воды зарекомендовала себя надежным источником в течение многих веков. «Сименс» предлагает решения в области малой гидроэнергетики, в то же время работая над использованием энергии приливов и отливов. Не имеет значения, какое биотопливо и какая технология сгорания используется на биоэлектростанции, – паровая турбина «Сименс» оптимизирует работу энергетической установки.


Приливная гидроэлектростанция (Ирландское море)

Морские ветроэлектростанции (Анхольт, Дания)

Возобновляемые источники энергии – энергия ветра и воды

«Сименс» является мировым лидером по производству морских ветровых турбин. Наземные ветровые турбины компании «Сименс» также зарекомендовали себя как высокоэффективные. Например, на западном побережье Новой Зеландии с высоким ветровым потенциалом станции West Wind и Te Uku снабжают электричеством 100 тыс. домов.

По оценкам американской энергетической компании MidAmerican, на сегодняшний день компания «Сименс» получила крупнейший заказ в мире на поставку наземных ветровых турбин. «Сименс» выпустит 448 ветровых турбин общей производительностью в 1050 МВт. Они будут установлены на пяти разных электростанциях в штате Айова.

Также ветровые турбины «Сименс» установлены в Европе и Азии, например на морской ветро­электростанции в Рудонге в провинции Цзянсу. Ветроэлектростанция, действующая с мая 2012 года, является значительным шагом вперед на быстро растущем рынке ветроэнергетики в Китае. Для недавно официально открытой морской ветроэлектростанции Анхольт – самой крупной в Дании на сегодняшний день – «Сименс» изготовила, установила и ввела в эксплуатацию 111 ветровых турбин, каждая из которых имеет мощность 3,6 МВт и ротор диаметром 120 м. Общая мощность этого ветропарка составляет 400 МВт, которых будет достаточно, чтобы обеспечить электричеством 400 тыс. домов в Дании или удовлетворить около 4% спроса Дании на электричество.
Другой важный возобновляемый источник энергии – это гидроэнергия. Преимущество энергии приливов по сравнению с энергией ветра состоит в возможности точно прогнозировать мощность волнения моря. «Сименс» установила первую рентабельную приливную электростанцию совместно с британской компанией Marine Current Turbines Ltd у побережья Ирландии. Ее мощность составляет 1,2 МВт, и она обеспечивает электричеством 1500 домов.

Эффективная передача электроэнергии

В ближайшие годы различные факторы будут доминировать на рынке передачи электроэнергии: стремление к использованию возобновляемой энергии, расширение и объединение инфраструктур энергосистем и электросетей, необходимость постепенной замены и модернизации устаревающих сетевых инфраструктур. Широкий ассортимент инновационных продуктов и решений «Сименс» для передачи электроэнергии обеспечивает профессиональную поддержку этих изменений.

Передача электроэнергии с низкими потерями

Такие технологии, как передача энергии постоянным током высокого напряжения (HVDC), или гибкие системы передачи электроэнергии переменным током (FACTS) позволяют надежно и эффективно передавать электричество на большие расстояния.

Возобновляемые источники энергии должны использоваться в местах, богатых этими природными ресурсами, – в открытом море, где дуют сильные ветры, или в теплых регионах, где много солнечной энергии. К сожалению, эти места, как правило, находятся далеко от конечного потребителя, поэтому в этом случае актуален вопрос передачи электроэнергии на большие расстояния. Сети передачи можно расширить за пределы границ страны, используя обычные высоковольтные линии передачи энергии переменным током высокого напряжения или подземные системы передачи электроэнергии.

Эффективная передача электроэнергии на большие расстояния

Традиционная передача переменным током сталкивается с техническими ограничениями в случае, когда электричество, генерируемое из возобновляемых источников, транспортируется конечным потребителям на большие расстояния или через подводный кабель. Технология передачи энергии постоянным током высокого напряжения (HVDC) доказала свою способность транспортировать большие объемы электроэнергии при небольших потерях. Эта технология преобразовывает переменный ток в источнике в постоянный, а затем обратно в переменный в месте назначения. Система HVDC между китайскими провинциями Юньнань и Гуандун передает экологически чистое электричество, производимое несколькими гидроэлектростанциями. Благодаря этой «электрической магистрали» длиной 1400 км и пропускной способностью 5000 МВт до потребителя дойдет 95% передаваемой электроэнергии. В год эта система сокращает выбросы СО2 на 30 мегатонн, которые бы генерировались местными электростанциями. В 2011 году система HVDC получила серебро Азиатской премии в области электроэнергии (Asian Power Award) в номинации «Лучшая система передачи электроэнергии в Азии».

Технология при ограниченности пространства: HVDC PLUS

С технологией HVDC PLUS «Сименс» привносит преимущества технологии передачи энергии постоянным током высокого напряжения на объекты с ограниченным пространством, например на морские ветроэлектростанции или нефтебуровые платформы. Таким образом, энергию ветра можно передавать на берег без особых потерь. Эта компактная технология также делает энергоснабжение буровых платформ с материка более рациональным. Это идеальное решение для больших городов. Один из примеров – проект Transbay, увеличивающий надежность и безопасность электроснабжения Сан-Франциско.

Эффективная передача переменным током с системой FACTS

Традиционные сети переменного тока будут и впредь играть существенную роль в распределении электроэнергии. Однако и здесь есть возможность значительно увеличить их эффективность; путь к этому – это «компенсация реактивной мощности». Этот принцип используется в системе «Сименс» FACTS (гибкие системы передачи электроэнергии переменным током), чтобы предотвратить перебои в сети быстрым регулированием колебаний сети и управлением электрическим током, а также увеличением показателей передачи электроэнергии даже на длинных линиях электропередачи.

Высокое напряжение рядом с потребителем

По мере возможности важно поддерживать максимально высокое напряжение как можно ближе к потребителю, так как чем выше напряжение, тем меньше потери. С другой стороны, низковольтные распределительные сети можно сделать более компактными и менее подверженными потерям. Даже в густонаселенных районах напряжение можно уменьшить за счет трансформаторов с низким уровнем шума. А установка более эффективных высоковольтных трансформаторов способствует энергосбережению. Линии электропередачи с элегазовой изоляцией (GIL) и комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (GIS) передают и распределяют электроэнергию экологически безвредным способом, а также характеризуются низкими потерями.


HVDC PLUS (Transbay, Сан-Франциско, США)

Преобразование, распределение и хранение электроэнергии

Эффективность, надежность, безопасность – это требования, предъявляемые к распределению электро­энергии и электрификации. «Сименс» предлагает широкий ассортимент продуктов, систем и решений для низкого и среднего напряжения, которые поддерживаются на протяжении всего срока эксплуатации – от планирования с помощью собственного программного обеспечения до установки, эксплуатации и обслуживания. «Умные» интерфейсы позволяют связываться со строительной или промышленной автоматикой, позволяя полностью использовать весь потенциал оптимизации интегрированного решения. Обеспечивая высокоэффективное, надежное и безопасное распределение электроэнергии, мы закладываем основу для стабильного функционирования инфраструктуры городов, зданий и промышленных объектов.

Высокотехнологичное распределение и хранение электроэнергии

Интеллектуальные электрические сети от «Сименс» обеспечивают устойчивость сетей, уравновешивая выработку и потребление электроэнергии, а также позволяют осуществлять крупномасштабную интеграцию местных производителей электроэнергии.


Производящий потребитель – деревня (Вильдпольсрид, Германия)

В результате неравномерной выработки возобновляемой энергии, приводящей к колебаниям цен на электричество, для передачи и распределения электроэнергии требуются интеллектуальные электроэнергетические системы. Эти так называемые интеллектуальные сети помогают городам сберегать энергию посредством ее возвращения обратно в сеть. Они включают в себя «производящих потребителей» – здания или электрические транспортные средства, которые, с одной стороны, потребляют электроэнергию, но могут и поставлять ее обратно в сеть.

Эффективное распределение энергии особенно важно в крупных мегаполисах. Интеллектуальные распределительные электрические сети основаны на интерактивном взаимодействии внутри рынка электро­энергии и объединяют крупные центральные и небольшие местные электростанции с потребителями в единую целостную структуру. Они предотвращают перегрузки, так как система генерирует только то количество энергии, которое необходимо в конкретный момент. Благодаря таким «умным» сетям «Сименс» способствует достижению правильного баланса между производством электроэнергии и спросом на нее во всем мире. Например, немецкая деревня Вильдпольсрид производит больше возобновляемой энергии, чем потребляет.

Количество электроэнергии, вырабатываемое энергией ветра, колеблется в зависимости от погодных условий. В будущем будут необходимы стабильные системы хранения энергии, которые смогут сохранять избыточную энергию из интеллектуальных сетей в течение нескольких часов, дней и, в случае необходимости, даже недель. Одной из весьма эффективных технологий хранения является гидроаккумулирование. Установка переносит избыточную воду в резервуары более высокого уровня. При необходимости поток этой воды может приводить в движение турбины и производить электроэнергию. К сожалению, в городских районах для этой технологии не хватает подходящих мест.


Технологии «умных» зданий – комплексные решения для зданий от «Сименс»

Поэтому «Сименс» разрабатывает альтернативные решения. Например, избыточная мощность может быть использована для производства экологически чистого водорода в установках электролиза воды, который может применяться в транспорте с приводом от топливных элементов. Кроме того, можно пойти еще дальше и создать катализатор водорода, углекислого газа и метана. Этот искусственный газ можно подавать в газовую сеть, сохранять под землей или перерабатывать обратно в электричество с помощью газовых турбин. Батареи в зданиях и электромобилях также могут быть использованы в качестве временных систем хранения энергии. «Сименс» проводит исследования во всех этих областях.

Одна из доступных на сегодня технологий – Siestorage, модульная система хранения энергии. Она была задумана как буфер для коротких колебаний электрических сетей. Siestorage работает на ионно-литиевых батареях и помещается в стандартный грузовой контейнер. Одна батарея может аккумулировать 1000 кВт·ч, а это достаточная мощность для обеспечения электроэнергией ста домохозяйств в течение суток. Итальянская энергетическая компания Enel недавно ввела в эксплуатацию первую установку производительностью 1 МВт. Enel стремится к стабилизации напряжения в сети среднего напряжения.

Эффективное энергопотребление

Энергоэффективное производство является одновременно и сложной задачей, и перспективной возможностью в равной степени для владельцев электростанций, инженеров и производителей оборудования. Ассортимент первоклассных продуктов, систем и решений «Сименс» закладывает идеальную основу для систематического и непрерывного повышения эффективности использования энергии. Это, в свою очередь, открывает абсолютно новые перспективы для стабильного повышения конкурентоспособности. Энергоэффективное производство возможно только тогда, когда все компоненты вместе работают слаженно. Целостный и содержательный, комплексный ассортимент энерго­сберегающих решений «Сименс» для технологий приводов, автоматизации и сервисных услуг помогает достичь максимальной эффективности использования энергии, повысить производительность и получить длительное конкурентное преимущество для компаний-клиентов.

Рациональное использование энергии

У энергосбережения огромный потенциал, особенно это касается зданий, промышленности и транспорта.

Экономия энергии и ее более эффективное использование являются двумя основными факторами для устойчивого энергообеспечения в будущем. Их можно достичь путем контроля энергопотребления и внедрения энергосберегающих продуктов и технологий в здания, промышленность и транспорт. Даже бытовая техника открывает возможности для повышения энергоэффективности. На сегодняшний день она потребляет меньше половины энергии, которая требовалась для работы бытовых устройств в 1990-х годах.

Управление спросом и предложением

Краткие отключения отдельных электрических систем не вызывают каких-либо серьезных побочных эффектов – хорошими примерами считаются холодильные камеры и системы кондиционирования воздуха. Кроме того, большинство людей, вероятно, не заметят, если лифт будет подниматься немного медленнее, чем обычно. Есть много способов уменьшить потребление энергии в конкретных областях, в частности когда запасы истощены, а цены на энергию высокие. Это так называемое управление спросом в основном используется в Соединенных Штатах и помогает разгрузить электросети.

Энергосбережение с автоматизацией зданий

Здания имеют огромный потенциал в энергосбережении – ведь они потребляют 40% мировой энергии и являются источниками 21% выбросов парниковых газов. Технология «умных» зданий (Intelligent building technology) может значительно повысить энергоэффективность и комфорт в зданиях наряду с производительностью людей и компаний, занимающих их площади. Важно то, что все системы и компоненты можно настроить для их совместной работы. Комплексные решения для зданий (Total Building Solutions) от «Сименс» обеспечивают именно такой уровень интеграции. Благодаря комплексным решениям все электро­оборудование, системы отопления, кондиционирования, вентиляции, освещения, затемнения, системы контроля доступа, видеонаблюдение, сигнализация, системы пожарообнаружения и эвакуации идеально дополняют друг друга. Непрерывный процесс оптимизации энергопотребления может значительно повысить эффективность использования электроэнергии в зданиях. Neue Messe в Штутгарте – один из самых современных торгово-промышленных объектов в Германии. Система распределения энергии для залов, конгресс-центра и крытой автостоянки разработана «Сименс».

Энергосберегающий транспорт – электромобили и гибридные автобусы

Будущее транспортной системы – это электрические транспортные средства. Электродвигатели в автобусах, поездах или электрических автомобилях по меньшей мере в три раза эффективнее двигателей внутреннего сгорания. Электрические транспортные средства также могут быть интегрированы в интеллектуальную электрическую сеть. В области общественного транспорта экологически чистой и энергосберегающей альтернативой являются низкопольные трамваи Avenio. Кроме того, они более экономичны – это значит, что стоимость техобслуживания и замены их запчастей, наряду с экономией энергии, до 30% более выгодна по сравнению с традиционным транспортом.


Трамвай Avenio (Гаага, Нидерланды)

Энергосбережение в промышленности

В промышленности кроется значительный потенциал для энергосбережения и даже производства энергии. Электрические двигатели, применяемые для конвейерных лент или насосов, в настоящее время потребляют почти две трети энергии, используемой в промышленности. Благодаря оптимизированным решениям для механических приводов от «Сименс» энергопотребление промышленных приводов снижается на величину до 70% – инвестиции в подобные технологии окупаются за счет экономии электроэнергии менее чем за два года. «Сименс» определила три этапа оптимизации потребления энергии в промышленности: выявление, оценка и реализация. Системы управления от «Сименс», например бесплатная программа SinaSave, помогут сэкономить электроэнергию на первых двух этапах. На третьем этапе реализуется соответствующее решение по энергосбережению. Энергосбережение возможно и на энергоемких предприятиях. Например, энергопотребление установок Arvedi ESP по производству стали значительно ниже по сравнению с традиционными электростанциями.

***

Какими будут ветровые турбины через 40 лет? Останутся ли еще электростанции на ископаемом топливе? И на чем они будут работать? Как будет храниться энергия в 2050 году и как энергия будет распределяться в системе? «Сименс» смотрит в будущее со своей концепцией развития энергоснабжения до 2050 года. Концепция демонстрирует, каким будет мир энергетики завтра – мир чистого, бесшумного, надежного энергоснабжения благодаря инновационным технологиям, разработанным на пределах физически возможного. Технологиям, обеспечивающим рациональное и экологичное энергоснабжение всего мира. Концепция сегодня может стать действительностью завтра.



ПОДПИШИСЬ СЕЙЧАС НА Telegram Россия и Украина Новости: Спецоперация Z и будь в курсе новостей!
Оцени новость:




Также смотрите: 

XPERIENCE EFFICIENCY 2014

Встречное движение. Взаимовыгодное российско-чешское сотрудничество