Инновации для энергоэффективности

Новыми энергоэффективными и энергосберегающими технологиями в данное время интересуются не только учёные и энергетики, но и обычные люди. Это вызвано постоянным ростом цен на энергоносители, что ощущают на себе не только промышленные объекты, но и рядовые граждане.

Поиски новых решений в энергетике и энергосбережении очень активно ведётся учёными по всему миру, и в данной сфере наметились явные перспективы: новости постоянно предлагают усовершенствованные разработки, которые могут снизить энергетические затраты практически до минимума. Эра бездумного и нерационального потребления природных ресурсов постепенно уходит в прошлое, уступая место более разумным и экологичным способам.

Наноантенны в солнечных стёклах

Давно установлено, что в холодное время года пятую часть тепловой энергии отапливаемые помещения теряют через оконные поверхности. Чем больше размеры окон, тем больший процент составляют данные потери. Особенно актуально это для огромных помещений офисного типа, торговых центров, выставочных залов и т. д.

Последние разработки сделали возможным найти метод, ограничивающий расход тепла через окна даже во время больших морозов и трансформировать оконные стёкла в часть системы отопления. Это воплотилось в жизнь благодаря плазменным наноантеннам, которые наложены поверх стекла.

Такие антенны являются тонкими слоями никель-алюминиевого оксида, он активно поглощает солнечные лучи и преобразовывает их в тепло. Несмотря на опасения скептиков, наличие данных антенн нисколько не препятствует попаданию света внутрь помещений и не изменяет световой спектр, поскольку стекло остаётся совершенно прозрачным.

Команда, разработавшая этот проект, считает, что применение наноантенн не должно ограничиваться окнами, их успешно можно наносить на любые поверхности зданий, что позволит использовать плазмоны не как дополнительное отопление, а как основную систему.

Плавучий электролизер

Альтернативой нефтегазовым ресурсам давно считают водородное топливо. Но при его использовании всегда была одна существенная проблема: во время химического процесса выделялось огромное количество углекислого газа, который является главным врагом экологии и провоцирующим фактором глобального потепления.

Открытие американских учёных трансформировало весь процесс, сделав возможным получение энергии из водорода без выделения углекислоты при помощи электролиза воды. Во время прохождения электрического тока через жидкость вода раскладывается на водород и кислород, не выделяя при этом в окружающую среду опасный загрязнитель.

Плавучие электролизеры будут дрейфовать по поверхности морей и океанов, работая совершенно автономно в солёной воде. По внешнему виду эти большие конструкции будут напоминать плавучие нефтяные вышки.

Данным методом можно получать водород очень высокого качества с чистотой до 99%, чем не могут похвастаться другие способы. При помощи плавающих в солёной воде электролизеров можно будет обеспечить достаточное количество энергии в промышленных масштабах, не занимая значительные территории на суше. Для передачи водорода необходимо будет сконструировать и построить систему трубопроводов, которая позволит передавать газ прямо к объектам.

Этот проект планируют окончательно протестировать и запустить в ближайшие годы, что позволит многим промышленным предприятиям стать экономически независимыми. Такой подход сделает возможным снижение затрат на производство многих групп продукции и уменьшение за счёт этого их стоимости.

Биобатарея

Новая разработка в области энергосберегающих технологий продвинулась так далеко, что напоминает сюжеты фантастических фильмов. Новую биобатарею можно будет вживлять прямо в тело человека. Механизм разработан по типу действия электрического угря.

Такой метод идеально подходит для тех, кто пользуется кардиостимуляторами, контактными линзами дополненной реальности и протезами. Для эксплуатации этих приборов необходимы элементы электропитания, приносящих ряд неудобств. Биобатарея представляет собой образец биосовместимого с организмом источника энергии, который может работать круглосуточно без перебоев и токсичных выделений.

Специалисты-разработчики обратили своё внимание на то, как вырабатывает электроэнергию угорь. Напряжение в его теле проходит через тонкие скопления леток – электролиты, которые создают электричество за счёт разнонаправленного движения ионов натрия и калия.

Механизм, дающий возможность применить эту энергосберегающую технологию, использует разность потенциалов внутри физиологических жидкостей человека и построен на принципе электродиализа. Людям пока не удалось вырабатывать такие мощные импульсы, которые производит угорь, но для обеспечения внутренних электроприборов их вполне достаточно. Однако учёные продолжают исследования в этой области и не исключают, что в ближайшем будущем научатся использовать полный потенциал человеческого тела, при помощи чего можно будет наладить электроснабжение не только внутренних, но и наружных бытовых приборов, окружающих людей дома.

Электромобили нового типа

Транспортная отрасль активно внедряет энергосберегающие технологии и эти нововведения активно поддерживают автолюбители. Последним революционным скачком стало внедрение электромобилей, что позволило удешевить затраты на пользование автотранспортом и повысить стандарты экологичности транспорта. Но исследования на этом не приостановились, поэтому за последний год было презентовано ещё несколько проектов.

Американцы предложили использовать специальные насадки, которые будут улавливать отходящие газы после использования топлива и преобразовывать их тепло в электричество. Такой генератор сможет снизить использование бензина не только на обеспечение системы кондиционирования салона, музыкальной аппаратуры, но и на движение машины.

Ещё одно предложение на автотранспортном рынке, заинтересовавшее крупные автомобильные концерны – энергосберегающие гибридные системы, с помощью которых авто в городских условиях может работать от электродвигателя, а на скоростных трассах — на бензиновом топливе.

Электростанции с использованием человеческого ресурса

Прекрасный образец творческого мышления в сфере энергосберегающих технологий продемонстрировали учёные-энергетики из Дании. Их предложение очень простое и одновременно эффективное: провести подключение крупных тренажёрных залов к генераторам энергии. Несмотря на простоту идеи она позволила не только полностью убрать затраты на отопление, подогрев воды и освещение двух крупных спортивных центров, но и обеспечить электроэнергией жилые дома, в которых расположены тренажёрные комплексы.

Для жителей домов посещение этих тренажёров бесплатно, поэтому новаторский подход в полной мере проявил себя уже в первый год использования: люди с большим удовольствием приходили на бесплатные тренировки, осознавая, что улучшая своё здоровье могут ещё и сэкономить средства на оплату коммунальных услуг.

На данный момент этот опыт попал во внимание сразу нескольких стран Европы, где открытие подобных центров готово финансировать государство. Эксперты предвидят быстрое развитие такой спортивно-энергетической отрасли по всему миру.

«Пассивные дома»

Ещё одна энергосберегающая технология, которая очень интересна для рядовых потребителей, называется «пассивный дом». Главный принцип такой разработки сводится к тому, что энергозатраты на отопление практически отсутствуют. Это происходит за счёт тепла, которое выделяют различные бытовые приборы, люди, альтернативные источники тепла.

Такая энергия выделяется в любом доме, но в «пассивных домах» наряду с этим внедрена система многослойной изоляции от теплопотерь на всех уровнях: стены, пол и потолок снабжены изоляционными прослойками из современных материалов, на окнах присутствует тепловой барьер или аргоновое заполнение стеклопакетов, энергия солнца и ветра используется для отопления и подогрева воды. Такие помещения представляют собой практический термос, способный удерживать температуру внутри комнат на протяжении максимального времени.

В таких помещениях продумано расположение окон: они должны быть направлены на юг, чтобы впускать солнечный свет и тепло в комнаты, а не терять их. Кроме того, температура в комнатах «пассивных домов» чётко регулируется в зависимости от того, находятся ли в них люди. В ночное время в помещении тоже становится прохладнее на несколько градусов, что не только позволяет сэкономить на отоплении, но и позитивно влияет на здоровье жильцов, так как ночное снижение температуры является нормальным ритмом в живой природе.

Развитие данной энергосберегающей технологии самыми активными темпами происходит в Германии, поэтому в этой стране по принципу энергоэффективности построено более 4 тыс. жилых домов.

Несмотря на то, что строительство таких домов обойдётся дороже приблизительно на 10% от общей стоимости жилья, экономия начнётся с первого же дня эксплуатации. Для местности с суровым климатом и сильными морозами может появиться необходимость в добавочном отоплении, что важно учитывать на момент постройки.

Но если принять во внимание постоянный рост цен на энергоресурсы, то такие вложения являются очень разумными и целесообразными не только с точки зрения экономии, но и с точки зрения осознанной экологической позиции.

Новые технологии в энергетике помогают замедлить глобальное потепление. Рассказываем, какие разработки позволяют получить больше электричества от солнца и ветра, а также снизить вред при добыче нефти

Что такое энергопереход и почему о нем все говорят

К 2021 году научное сообщество пришло к окончательному выводу о том, что стало главной причиной изменения климата. Исследователи Корнелльского университета провели метанализ 88 125 работ, в которых 99,9% ученых заявили — глобальное потепление вызвано вмешательством человека. Это подтверждает похожее исследование 2013 года, в котором группа ученых из США, Австралии и Канады также связывала изменения климата с человеческим фактором.

Как правило, изменения климата связывают с использованием ископаемого топлива — угля, нефти и газа. В 2015 году 195 стран подписали Парижское соглашение, согласно которому правительства собираются замедлить нагрев Земли. Для этого планируется совершить энергопереход — перейти на экологичные источники энергии.

Условно все источники можно поделить на:

Чаще всего экологичными считаются возобновляемые источники энергии (ВИЭ), поскольку при их использовании не выделяются углеводород, радиоактивные отходы и другие вредные вещества.

При этом вопрос, что считать «грязной» энергетикой, остается неоднозначным. В начале 2022 года Еврокомиссия признала атом и газ в качестве «зеленых» источников энергии. В ЕС считают, что ветер, вода и солнце не могут обеспечить бесперебойным питанием предприятия и людей.

Из-за противоречий трудно понять, насколько каждый вид топлива эффективен и не несет вреда окружающей среде. Разберемся в этом подробнее.

Сколько энергии приносят солнце, ветер и вода

Чаще всего в качестве возобновляемой энергии используют солнечный свет. Согласно базовому прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), к 2030 году 80% новых мощностей придется именно на этот тип энергии. Солнечные панели позволят производить 4 813 ТВт электричества в час.

В МЭА также считают, что к 2030 году доля солнечной и ветряной энергии увеличится на 30%. При этом у ветряных турбин есть преимущество перед солнечными панелями — они занимают меньше места по площади, а значит, их можно размещать прямо на сельхозугодьях. А разместив несколько «ветряков» рядом, можно добыть еще больше энергии. Так, в Дании, Германии и Нидерландах к 2050 году планируют возвести искусственный остров в море и разместить на нем ветроэнергетическую станцию. Она сможет вырабатывать до 100 ГВт·ч электричества в год.

Главные преимущества возобновляемой энергии — в том, что ее ресурсы неограничены, а добыча экологична. Несмотря на это, у «зеленой» энергии есть недостатки:

Чтобы уменьшить воздействие этих недостатков, компании улучшают способы добычи электроэнергии. Например, в солнечной энергетике начинают применять перовскит: он позволяет создавать более тонкие панели, которые можно устанавливать в стекла зданий. Благодаря этому можно увеличить полезную площадь и получать больше энергии.

А General Electric придумала размещать «ветряки» на воде — каждая турбина стоит на платформе, которая крепится ко дну с помощью тросов. Поскольку из-за берегового эффекта скорость ветра на воде выше, это позволяет получить больше энергии, чем если размещать турбины на суше.

Кроме того, инженеры придумывают, как поднимать турбины на несколько сотен метров, где есть стабильные воздушные потоки. Такие конструкции снизят зависимость от погоды, однако до коммерческого применения турбины на планерах и аэростатах еще не дошли.

Как и сколько страны инвестируют в ВИЭ

План по переходу к возобновляемой энергии идет параллельно с достижением углеродной нейтральности — состояния, когда компании перестанут выделять углекислый газ или смогут компенсировать выбросы за счет углеродно-отрицательных проектов. Такого плана придерживаются в Евросоюзе, где разработали Green Deal — меры по коррекции экономического курса, которые должны сформировать углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Чтобы достичь цели, в ЕС планируют:

По подсчетам Еврокомиссии, на достижение этих задач понадобится инвестировать по €260 млрд каждый год.

Россия планирует выйти на на углеродную нейтральность к 2060 году.

Помимо ЕС, лидерами по инвестициям в ВИЭ стали Китай, США, Япония и Великобритания. По данным рейтинга BloombergNEF, больше всего страны вкладывают в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо и малую гидроэнергетику. За 20 лет инвестиции выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд.

Эти деньги направляются как на расширение существующих «зеленых» электростанций, так и на их улучшение. Например, за последние годы для «ветряков» стали применять искусственный интеллект: он помогает получить более точный прогноз погоды и настроить турбины так, чтобы они вырабатывали больше электричества.

Кроме увеличения мощностей появляются идеи и для хранения энергии. Так, швейцарский стартап Energy Vault придумал необычную конструкцию в виде 200-метровой кирпичной башни с кранами на крыше. Когда электростанции нужно сохранить энергию, краны автоматически собирают башню, а если нужно «отдать» — то разбирают. В 2019 году стартап привлек $100 млн от SoftBank.

Что происходит с ВИЭ в России

Традиционно считается, что в России слабо развита «зеленая» энергетика. В частности, размер отечественного рынка ветроэнергетики занимает меньше 1% от мирового.

Специалисты отмечают, что развитие ВИЭ в нашей стране тормозят два фактора:

Сомнения в «зеленой» энергетике. «Многие жители страны, включая лиц, принимающих решения, сомневаются, что за счет энергии солнца и ветра можно стабильно снабжать предприятия электроэнергией, считают, что для солнечной электростанции необходима огромная территория», — считает старший научный сотрудника РАНХиГС Татьяна Ланьшина.

Мало специалистов. «К сожалению, в России слабая инженерная база. У нас мало инженеров, ориентирующихся в современном оборудовании и технологиях, которые могли бы заниматься практическим обучением новых специалистов. Сейчас институт инжиниринга в России — это наследие СССР, которое с 1980-х годов эволюционирует очень медленно, а зачастую и вовсе закрыто к современным идеям», — заявил гендиректор Neosun Energy Илья Лихов.

Несмотря на трудности, энергопереход в России могут ускорить внешние факторы. Одним из них стал углеродный налог, который Еврокомиссия обяжет платить отечественные компании. Согласно методике РБК, подтвержденной в Минэкономразвития, поставщики российских товаров с большим углеродным следом будут платить в бюджет Евросоюза не менее €1,1 млрд в год.

Чтобы сократить отставание в «зеленой» энергетике, в 2021 году правительство запланировало увеличить долю ВИЭ в энергобалансе страны с 1% до 10% в 2040 году. А до 2035 года в развитие возобновляемых источников планируется привлечь инвестиций на ₽1 трлн. По словам министра энергетики РФ Александра Новака, в 2021 году в стране было введено 1 400 МВт солнечных и ветровых электростанций. Это позволило в 1,5 раза увеличить установленную мощность объектов ВИЭ, выработка за год выросла на 75%.

Однако наиболее наибольшую поддержку получат водородная и атомная энергетика — на развитие последней только в трехлетнем бюджете заложено около ₽40 млрд. Так, сейчас идет строительство строительство реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ, запуск которого запланирован на 2029 год. К 2030 Россия планирует занять 20% мирового рынка атомных электростанций малой мощности, 24% рынка ядерного топлива и 20% мирового рынка водорода.

Какие инновации используют в невозобновляемой энергетике

Нефть до сих пор остается топливом № 1 в мире — доля ее потребления оценивается в 31%. В МЭА считают, что спрос на нефть останется высоким до конца 2020-х годов. А поскольку производителям углеводородов нужно поддерживать баланс спроса и предложения, к 2025 году цена на нефть составит $71 за баррель, а в 2040 — $85.

Чтобы добыча нефти наносила меньше вреда экологии, компании улучшают технологические процессы. Например, предприятия перестают сжигать попутный газ (выделяется при добыче и обработки нефти. — РБК Тренды): это помогает уменьшить количество вредных выбросов, а также использовать его для обогрева домов или в производстве. По данным «Сибура», такая технология позволяет увеличить переработку попутного газа в три раза.

Примечательно, что «зеленую» энергию можно использовать в том числе и для добычи углеводородов. По такому принципу работают нефтедобывающие платформы у берегов Норвегии. Электричество для платформы получают из возобновляемых источников, а также за счет попутного газа.

Если выбросов CO2 не избежать, то их можно улавливать. В этом компаниям помогают специальные установки, которые засасывают выбросы с помощью вентиляторов рядом с предприятиями, а затем пропускают его через абсорбент. В дальнейшем углекислый газ закачивают под землю в истощенные или действующие месторождения нефти. Технологии CCS (сarbon capture and storage, улавливание и хранение углерода) развиваются с 1970-х годов, но сейчас речь идет о прямом улавливании и связывании углерода, уже присутствующего в атмосфере; такие установки можно размещать непосредственно в местах хранения углекислого газа, а не привязываться к источнику выбросов и транспортировать газ.

Швейцарские ученые заявляют, что в зависимости от условий такой способ позволяет удалить CO2 с эффективностью до 97%, а некоторые стартапы даже планируют превращать адсорбированный углерод в реактивное топливо. Проблема заключается в масштабах: мировые мощности действующих систем DAC (direct air capture, прямое улавливание воздуха) составляют лишь 9 тыс. т CO2 в год.

Кроме нефти и газа, улучшения приходят и в атомную энергетику. Так, американский стартап NuScale вместо крупных реакторов предлагает создавать мини-реакторы, которые будут обслуживать конкретную фабрику и район. Они дешевле в установке и создают меньше рисков из-за потенциальных аварий.

Какие инновации внедряются в традиционной энергетике в России

В российских компаниях, которые занимаются традиционной энергетикой, также постепенно происходят перемены. Например, «Роснефть» отказывается от сжигания попутного газа на факельных установках, а кузбасские ученые предлагают технологии разработки месторождений, которые в три раза сокращают технологические потери угля.

Другой пример внедрения технологий показала «Газпром нефть». Компания добывает нефть за счет заводнения, закачивая воду в скважины. При этом расчет нужного объема воды происходил раз в год, из-за чего приходилось тратить лишнюю энергию. Теперь заводнение рассчитывают в реальном времени — на скважинах установили датчики, которые собирают данные и сверяют их с математической моделью. В результате компания снизила выбросы CO2 и загрязняет меньше воды.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте по переработке нефти придумали очищать мазут и использовать его как судовое топливо. Технология позволяет перерабатывать до 95% отходов нефтяного производства.

Помимо модернизации и изменения технологического цикла, есть примеры и строительства объектов по повышению энергоэффективности. Так, компания Solartek из группы «ТехноСпарк» строит первый в стране завод по производству гибких солнечных панелей. Его проектная мощность оценивается в 10 МВт в год.

С 2019 года в Новочебоксарске заработала новая линия по производству гетероструктурных фотоэлектрических ячеек. В отличие от моно- и поликристаллических модулей, они позволяют получить на треть более высокий КПД от одной ячейки — до 23,5%. Также отечественные модули эффективно работают при температурах от минус 60 °C до плюс 85 °C и сохраняют до 80% мощности в течение 25 лет.

Другой «апгрейд» касается ветряных станций. Ученые НИУ «МЭИ» создали установку для станций с двумя ветроколесами. При изменении погоды установка автоматически меняет угол между «лопастями». Такая технология позволяет выиграть до 5% мощности.

Кроме технологий сокращения выбросов и энергоэффективности, в стране проходят наукоемкие изыскания вопросов поглощения углерода экосистемами. Так, например, в ХМАО для мониторинга планируют построить карбоновые полигоны, а ученые уже исследуют возможности торфяных болот.

В качестве объединения традиционной и «зеленой» энергетики исследователи из ОКБ «Факел» предлагают использовать двигатель Стирлинга. Этот двигатель можно установить на ТЭС, где он будет вырабатывать электричество за счет вторичного тепла. Также двигатель может работать за счет геотермальных источников или солнечных модулей.

Еще одна разработка связана с биотопливом. В Тамбовском государственном техническом университете научились перерабатывать солому, опилки и другие отходы с помощью термического разложения. На выходе из биомассы ученые получают биотопливо высокого качества.

Кроме того, ученые работают над тем, чтобы вырабатывать электроэнергию из растений. Так, биологическими фотогальваническими ячейками в России занимался проект «Green Spark». Однако подобные технологии требуют десятилетий развития.

В российских городах жилым домам стали присваивать классы энергоэффективности. Так можно понять, какие из них более «зеленые», где комфортнее жить и меньше коммуналка

В 2016 году в России стартовала программа повышения энергоэффективности жилых домов. Старые здания стали оценивать по расходу ресурсов, а проектировать и строить новые с учетом энергоэффективных решений. Разбираемся, что вообще такое энергоэффективность и зачем она нужна.

Что такое энергоэффективность жилого дома

Этим термином называют показатели рационального и эффективного расхода энергии: экономное водоснабжение, отопление, вентиляцию и освещение. На энергоэффективность влияют и работа инженерного оборудования, и конструктивные особенности дома, и использованные стройматериалы.

Например, если теплоизоляция в здании выполнена с ошибками или из некачественных материалов, дом будет постоянно терять тепло. Расходы на обогрев окажутся большими, а показатель энергоэффективности — низким.

Повысить энергоэффективность дома может:

Зачем нужно экономить ресурсы

Во-первых, чтобы заботиться о природе. Дома с высоким показателем энергоэффективности наносят меньше вреда окружающей среде: они не расходуют ресурсов больше необходимого, способствуя экономии электричества и воды. Например, такие здания значительно сокращают выбросы парниковых газов в атмосферу (на 62%) и уменьшают расход питьевой воды. Сэкономленная таким образом энергия должна помочь замедлить повышение глобальной температуры.

Во-вторых, для комфорта самих жильцов. Качественная теплоизоляция не дает им мерзнуть в осенне-зимний период, а автоматическое инженерное оборудование контролирует температуру в помещении, чтобы даже при перемене погоды внутри здания всегда был комфортный микроклимат.

В-третьих, для экономии. Жильцы платят меньше за коммунальные услуги, поскольку расходуют меньше ресурсов. Благодаря индивидуальным и общедомовым счетчикам, а также надежным тепловым коммуникациям собственники квартир отдают деньги только за то, что реально использовали. Например, с автоматической системой отопления, которая держит комфортную температуру и меняет ее в зависимости от погоды, дом может сэкономить до ₽300 тыс. в месяц. За сезон для каждой квартиры это получается до ₽5 тыс. экономии.

Какие есть классы энергоэффективности

С 2016 года, согласно приказу Минстроя РФ, каждому дому в России присваивается класс энергоэффективности. Чтобы понять, сколько энергоресурсов потребляет здание, специалисты определили девять классов: А++, А+, А, B, C, D, E, F и G.

Классы энергоэффективности и их экономичность

Дома с высоким классом — А++, А+, А и B. Могут экономить от 30% до 60% ресурсов благодаря отличной теплоизоляции и современному оборудованию. Обычно это новостройки, для которых будущий класс энергоэффективности определяется еще на этапе строительства. Узнать о классе можно в проектной декларации — официальном документе от застройщика.

Нормальный показатель энергоэффективности — D. Дом с таким классом экономит до 15% ресурсов и не нуждается ни в каких улучшениях.

Самый низкий класс — G. Он означает, что дом теряет около половины тепловых ресурсов. Например, некачественные стеклопакеты или деревянные окна пропускают холод, поэтому в квартирах приходится раньше включать обогреватели. А если где-то протекают трубы, то за это платят жильцы — как за расход воды.

В России запрещено принимать в эксплуатацию здания с классом энергоэффективности ниже B. На сегодняшний день самые низкие классы энергоэффективности обычно у дореволюционных домов и домов советской застройки. Тем не менее, даже их показатели можно улучшить — например, установив счетчики, энергосберегающие лампы, датчики движения и обновив фасад.

Тенденция строить максимально энергоэффективные дома в нашей стране только развивается: сейчас около 2,2 тыс. строящихся в России многоквартирных домов (23% от общего количества) соответствуют наивысшим классам А, А+ и А++. Один из лидеров на рынке — компания «Донстрой», которая реализует проекты с высокими классами энергоэффективности. На начала 2022 года она возводит 1,8 млн кв. м домов класса А+ и А, а это 80% от общего объема текущего строительства компании.

Энергоэффективные здания — не единственная экологическая инициатива компании «Донстрой». Следуя принципам устойчивого развития, девелопер также сертифицирует свои проекты по российским и международным «зеленым» стандартам. Например, «Жизнь на Плющихе» стала первым жилым зданием в России, получившим международный экологический сертификат LEED GOLD. Сегодня клубный дом «Река» в Раменках проходит сертификацию по системе LEED, а масштабный проект «Остров» в Мневниковской пойме проектируется с учетом требований LEED. Ещё два проекта — «Оливковый дом» и «Суббота» — были сертифицированы по российской системе GREEN ZOOM и получили золотой и платиновый сертификаты.

Рейтинговая система зеленого строительства LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) была разработана Советом по экологическому строительству США для оценки энергоэффективности и экологичности проектов устойчивого развития. Она считается одной из самых жестких в мире.

Основной целью энергетической политики России является «Максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и всего потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики и качества жизни населения страны и содействия геополитической устойчивости страны». Энергетическая Стратегия 2020 ЭС 2030, одобренная Правительством РФ, формирует перед энергетическим сообществом основные векторы развития электроэнергетики, в соответствии с которыми до 2020 года будет закладываться фундамент будущей Единой Энергетической Системы (ЕЭС) России.

Звучат они следующим образом:
— переход на путь инновационного и энергоэффективного развития;
— изменение структуры и масштабов производства энергоресурсов;
— создание конкурентной рыночной среды;
— интеграция в мировую энергетическую систему.

В настоящее время основу потенциала российской электроэнергетики составляют более 700 электростанций общей мощностью 227,5 ГВт и линии электропередачи различных классов напряжений протяжённостью более 2,5 млн км.

В структуре генерирующих мощностей электростанций России преобладают тепловые электростанции, доля которых в установленной мощности составляет 68,4%, доля атомных электростанций – 10,7%, доля гидравлических станций – 20,9%.

Примерно 80% генерирующих мощностей тепловых электростанций в европейской части России работают на газе и мазуте, в то время как в восточной части России более 80% генерирующих мощностей тепловых электростанций используют уголь.

Установленная мощность электростанций ЕЭС России на конец 2010 г. cоставила 214,9 млн кВт, или почти 95% всей установленной мощности электростанций страны.

ЕЭС России является одной из крупнейших и уникальных по своей протяжённости энергосистем в мире.

За прошедшие годы электроэнергетика в целом осуществляла надёжное электроснабжение промышленности и населения электрической энергией. Обеспечивалась устойчивая работа Единой энергетической системы, поддерживались её основные параметры в пределах, установленных нормативно-техническими документами.

В то же время в энергетическом секторе экономики страны существует ряд проблем, которые требуют решения в перспективный период. Эти проблемы, безусловно, известны и обсуждались не раз на совещаниях различного уровня, а именно:
• старение оборудования и низкие темпы ввода мощности на электростанциях;
• дефицит генерирующих и сетевых мощностей в ряде регионов страны;
• крайне высокая зависимость электроэнергетики от природного газа,
• неоптимальная структура генерирующих мощностей;
• слабые межсистемные связи между ОЭС России;
• отсталые энергетические технологии, используемые на газовых и угольных электростанциях и в электрических сетях;
• отсутствие оптимальной системы управления отраслью в условиях образования многочисленных собственников электроэнергетических объектов;
• резкое сокращение научно-технического потенциала отрасли;
• существенное сокращение проектного и строительного потенциала;
• сокращение потенциала в отраслях отечественного энергомашиностроения и электромашиностроения.

До 2020 года перед энергетическим сообществом стоит сложная и амбициозная программа. За этот период ожидается:
— вывод из эксплуатации (демонтаж, консервация) физически изношенного и морально устаревшего оборудования 26 836 МВт;
— ввод новых мощностей на электростанциях 82 208 МВт;
— строительство новых ЛЭП 220 кВ и выше – 43,0 тыс. км, трансформаторной мощности – 84,5 тыс. МВт;
— реконструкция ЛЭП 220 кВ и выше – 9,7 тыс. км, трансформаторной мощности – 129,2 тыс. МВт;
— строительство ЛЭП 0,4–110 кВ – 95,3 тыс. км, трансформаторной мощности – 60,6 тыс. МВт;
— реконструкция ЛЭП 0,4–110 кВ – 156,1 тыс. км, трансформаторной мощности – 79,9 тыс. МВт.

Столь масштабное развитие электроэнергетики потребует колоссальных объёмов финансирования программы развития и модернизации – примерно 8 220 млрд руб. капитальных вложений, в том числе:
— генерирующие мощности – 4 451 млрд руб.;
— электрические сети – 3 769 млрд руб.

Хотелось бы получить ответ на вопрос, а что получит потребитель при столь значительных затратах и какую энергосистему будет иметь страна в 2030 году?

Если проанализировать внешние и внутренние вызовы в электроэнергетической отрасли, то можно выделить тренды, качественно влияющие на формирование тех или иных технических решений, применяемых при формализации комплексной программы развития электроэнергетики, а именно:
• необходимость обеспечения эффективного функционирования существующей инфраструктуры;
• формирование крупных распределённых частных однородных/смешанных энергетических холдингов со своими частными задачами обеспечения собственной энергоэффективности, зачастую не совпадающей с эффективностью отрасли в целом;
• продолжение изменений организационной структуры энергетической отрасли;
• концентрация потребления и производства электроэнергии на отдельных ограниченных территориях компактного проживания населения;
• тенденция увеличения децентрализации энерго- и теплоснабжения в связи с расширением использования источников малой и нетрадиционной генерации;
• существенная неопределённость размещения новых потребителей на территории страны;
• отсутствие комплексной технико-экономической оценки развития энергетического комплекса страны.

Подобные вызовы формировали и коллеги из разных стран на конференции GridWeek, крупнейшем международном мероприятии, посвящённом Smart Grid, которое проводилось в 2010 г. в Вашингтоне (США). В нём принимали участие в том числе и специалисты ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС».

Однако в дополнение к тем вызовам, которые свойственны нашей энергосистеме, были выделены и сформированы дополнительные:
• ужесточение экологических требований;
• увеличение доли распределённой малой и нетрадиционной генерации; несмотря на осторожное отношение потребителей к участию в регулировании нагрузки, доля активных бытовых потребителей возрастает;
• участие потребителей в оптимизации энергопотребления становится интерактивным;
• ожидается бум внедрения электромобилей, что приведёт к значительному росту электропотребления.

Безусловно, эти вызовы в ближайшее время, лет через 5–6, коснутся и энергосистемы России.

На круглых столах, проведённых в рамках этого мероприятия, состоялись переговоры с ведущими энергетическими компаниями США, такими как:
— Florida Power & Light Company – компания на Восточном побережье США, включающая в себя генерацию, передачу и сбыт электроэнергии;
— CenterPoint Energy – энергетическая компания из округа Техас, включающая в себя генерацию, передачу и сбыт.

Общественными и регулирующими организациями:
— Edison Electric Institute – профессиональная организация, лоббирующая интересы электроэнергетической индустрии;
— United States Energy Association – энергетическая ассоциация США производителей генерирующего оборудования;
— North American Electric Reliability Corporation – организация, отвечающая за обеспечение надёжности аварийных режимов.

Были сделаны выводы, что эти вызовы являются дестабилизирующими и значительным образом влияют на эффективность и устойчивость работы энергосистем в целом, а значит, энергосистему необходимо комплексно готовить к функционированию в новых, более сложных условиях работы.

Для решения этой задачи необходимо выработать единый комплексный подход, учитывающий все особенности энергетической системы России, на основе новых современных и перспективных критериев, основанных на инновационных теоретических подходах российских и зарубежных учёных, накопленном зарубежном опыте и планах энергетического роста развитых и новых индустриальных стран, базирующихся на новых организационных принципах и научно-технических разработках.

В декабре 2009 г. на заседании Совета генеральных и главных конструкторов, ведущих учёных и специалистов высокотехнологичных секторов экономики при Председателе Правительства РФ в числе первоочередных мер в области обеспечения безопасности и надёжности энергетических объектов была обозначена необходимость внедрения инновационных решений, в частности «Интеллектуальной энергетической Системы».

На данный момент нет чётко принятого определения «Интеллектуальной энергетической Системы». Есть только определение, сформулированное авторами «Основных положений концепции интеллектуальной энергетической системы». Оно достаточно ёмкое и звучит следующим образом: «Интеллектуальная энергетическая система (ИЭС) – совокупность электро/энергоустановок потребителей/производителей электрической энергии различных видов и объёмов производства, объединённых активно адаптивной сетью (ААС) с интеллектуальной, иерархической, высокоавтоматизированной системой управления (ИАСУ), обеспечивающей единство электрических (энергетических) режимов работы электро/энергоустановок с заданной надёжностью и требуемым качеством энергетических ресурсов». Совокупность процессов в ИЭС выделяет три основных направления интеллектуализации:
— системы управления (включая систему управления нагрузкой у потребителей);
— активно-адаптивную сеть;
— экологически чистую большую и малую (распределённую) генерацию.

Автоматизированная технологическая система управления единой энергетической системой (АСТУ ЕЭС) с иерархической структурой управления разнородных объектов требует изменения самих принципов построения систем, перехода части функций от централизованного к децентрализованному управлению, реализуемому на базе современных информационных сетевых технологий.

Связность технологической, информационной, финансовой инфраструктуры энергетической отрасли накладывает новые вызовы и формирует новые требования к комплексной системе управления ИЭС. Наличие в контурах управления различных активных в части управления энергообъектов, учёт внутренних требований по оптимизации бизнес-процессов собственников энергообъектов накладывают дополнительные непрогнозируемые риски и требования в части адаптивности энергосистемы. Управление ИЭС ААС должно обеспечивать в реальном масштабе времени оптимальное функционирование единой электроэнергетической системы в нормальных, предаварийных, аварийных и послеаварийных режимах, повышение пропускной способности сети, обеспечение критериев надёжности энергосистемы и сети в целом, а также поддержание заданных условий надёжности и показателей качества у потребителей.

Основные принципы формирования интеллектуальной системы управления в ИЭС ААС базируются на системе правил построения распределённых систем управления, расчёта и планирования энергетических и электрических режимов с использованием архитектуры многоагентных систем.

Важную роль в плане повышения адаптивности управления имеет использование эффективных адаптивных методов и алгоритмов выбора мест приложения и дозировок управляющих воздействий на основе новейших достижений теории управления и искусственного интеллекта, реализуемых диспетчером и системами автоматического управления и обеспечивающих адаптацию управлений к текущему состоянию системы и возможным возмущениям.

Создание ИЭС потребует фундаментального совершенствования теории и методов управления сложными системами на основе моделирования поведения энергосистемы в различных режимных ситуациях. В новом качестве она должна представляться как сложнейшая электрическая сеть не просто с переменными, а с управляемыми параметрами – при оптимизации показателей устойчивости за счёт адаптивной настройки управляемых характеристик генерирующего и сетевого оборудования.

Для надёжного и экономичного функционирования ИЭС необходимо использовать широкий спектр новейших технических средств, обладающих возможностью придать сети активно-адаптивные качества. В рассматриваемый комплекс технических средств включаются силовое оборудование и технологические устройства подстанций и электропередачи разных типов.

Силовое оборудование и устройства включают:
— СТК – обеспечивающие регулирование реактивной мощности (напряжения), генерации и потребления реактивной мощности в диапазоне 100%, увеличение пропускной способности электропередачи, повышение устойчивости, демпфирование колебаний в энергосистеме. Могут применяться в любых электрических сетях, особенно эффективны в «слабых» сетях;
— ВПТ на базе СТАТКОМА (ВПТН) – обеспечивают несинхронное объединение энергосистем, в том числе и по межсистемным связям, относящихся к категории «слабых», сегментирование для управления токами коротких замыканий. Применяется в любых сетях;
— УУПК – обеспечивают управление пропускной способностью сети, в том числе её увеличения (вплоть до ограничения по нагреву) без нарушения условий устойчивости, а также для перераспределения потоков мощности по параллельным линиям при изменении режимной ситуации;
— ФПУ – обеспечивают оптимизацию в установившихся режимах потоков мощности по параллельным ЛЭП, повышение пропускной способности;
— АСК – обеспечивают регулирование напряжения и реактивной мощности, повышение пределов статической и динамической устойчивости, увеличение пропускной способности электропередачи, демпфирование колебаний в энергосистеме. Применяются в любых электрических сетях, особенно эффективны в «слабых» сетях;
— ТОУ – ограничение ударных значений токов коротких замыканий;
— УСВЛ-FACTS – позволяют: увеличить пропускную способность линии электропередачи в 1,2–1,6 раза, снизить суммарные потери и экологическое воздействие ВЛ, сократить площади земельных угодий, отчуждаемых под ВЛ, осуществлять принудительное перераспределение потоков активной и реактивной мощности в многоконтурных электрических сетях.

В будущем к этим перспективным технологиям добавятся сверхпроводниковые силовые трансформаторы, трансформаторы с аморфной сталью, сверхпроводниковые кабельные линии постоянного/переменного тока.

Для построения экологически чистой большой генерации основными направлениями перспективных технологий являются:

Электрическая часть:
— асинхронизированные генераторы;
— генераторы, работающие параллельно с элементами FACKS;
— генераторы, работающие параллельно с накопителями энергии различных типов;
— гидрогенераторы с переменной частотой вращения.

Далекое будущее – сверхпроводниковые генераторы.

Системы управления:
— комплексные АСУ ТП объектов генерации под единый оптимизационный критерий управления (центральные регуляторы) станциями;
— комплексные системы диагностики в реальном масштабе времени.

Тепловая часть:
За базовые могут быть приняты следующие технологии:
— чистые угольные технологии;
— угольные энергоблоки на суперсверхкритических параметрах пара (ССК);
— котлы с циркулирующим кипящим слоем (ЦСК);
— газификация угля;
— ВИР и НТВ-технологии (низкоэмиссионное сжигание каменных и бурых углей с комплексным подавлением NOх, CO и SO2 в продуктах сгорания котлов и другие технологии экологически чистого использования твердого топлива;
— газовые турбинные установки (ГТУ);
— парогазовые установки (ПГУ);
— когенерация, в том числе малой мощности (ГТ-ТЭЦ).

В Рамках работы по созданию экологически чистой генерации необходимо освоить следующие нанотехнологические продукты:
— наноструктуированные и нанофазные жаропрочные стали;
— технологии сварки и обработки, обеспечивающие сохранение наноструктурного состояния нанофазных жаропрочных сталей.

В части экологии приоритетными направлениями работы являются утилизация отходов и очистка технической воды.

Работы по созданию и реализации перехода из текущего состояния ЕЭС России к ИЭС требуют не только создания и внедрения новых технологических и организационных решений, но и серьёзного совершенствования нормативно-правовой и законодательной поддержки принимаемых решений. Первым шагом, осуществлённым энергетическим сообществом к реализации инновационного развития, можно считать создание НП «Центр инновационных технологий в электроэнергетике», основными задачами которого будут являться:
• координация инновационного развития отрасли;
• координация программ НИОКР энергетических компаний;
• межотраслевая координация крупных энергетических проектов;
• координация проектов по локализации новых технологий на территории РФ;
• методологическое обеспечение обоснования внедрения инновационных решений в электроэнергетике.

В заключение ещё раз хотелось сказать, что реализация масштабных планов по развитию, реконструкции и техперевооружению энергетических объектов нецелесообразна без новой идеологии построения энергетических систем. Технико-экономическое обоснование применения современных технологий производства передачи и распределения электроэнергии должно носить комплексный характер. При комплексном подходе в том числе должны учитываться риски и дополнительные затраты инвесторов на развитие ЕЭС, которые они несут, применяя передовые, как правило, дорогие технологии. А значит, должны быть разработаны механизмы возврата финансовых ресурсов. Энергетическая система нового типа (ИЭС) и структура взаимоотношений в ней даст толчок развитию рынка системных услуг.

Литература
1. Энергетическая Стратегии 2020 РФ.
2. «Корректировка Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 года с учетом перспективы до 2030 года» — ОАО АПБЭ;
3. «Программа модернизации электроэнергетики России до 2020года» — ЭНИН, руководитель работы академик Волков Э.П.;
4. «Основные положения концепции Интеллектуальной энергетической системы» под редакцией Дорофеева В.В;
5. Научно-технический отчет «Материалы в концепцию развития ИЭС с ААС» — ИПУ РАН.

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 (доступен по ссылке) 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. Но это — перспективные идеи для снижения выбросов СО2 и выстраивания сбалансированных  энергосистем и интегрированных энергокомпаний», — отметил президент Ассоциации Сергей Брилев.

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.

Среди соавторов первого доклада – известные ученые из России, Великобритании, Италии и Ирана.
Доклад затрагивает широкий спектр тем и направлений, включая:

Фото предоставлено пресс-службой ассоциации «Глобальная энергия»

Значение энергоэффективных инноваций для национальной экономики РФ. Законодательное регулирование энергоэффективности. Современные тенденции и перспективы развития энергетики России, повышение ее инновативности в рамках государственной макропрограммы.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уральский государственный экономический университет

Кафедра Экономики и права

По дисциплине: УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ

На тему: «Инновационные пути повышения энергоэффективности России»

Исполнитель: Султанова Елена

Группа 3 ЭКиП — 09 -1

Руководитель Шайбакова Л.Ф.,