Технологические векторы в энергетике презентация

декабря, 2011

преобразования энергетических ресурсов и первичной энергии в формы, удобные для потребления

структура потребления (энергобаланс) первичной энергии
В современных средне- и долгосрочных прогнозах энергобаланса наблюдаются несколько характерных тенденций
Сильная озабоченность мирового сообщества проблемой глобального потепления (из-за промышленных выбросов парниковых газов) и вследствие этого опережающее развитие ВИЭ
Признание за природным газом роли «переходного» топлива на период до 2050
Вследствие прогнозируемых высоких цен на нефть и, как следствие, газ идет постоянный поиск способов эффективной переработки угля
Возможно мир стоит на пороге нового технологического уклада, который будет характеризоваться более эффективной и утонченной энергетикой

уровень возможности технологического прорыва: нефть->газ->уголь->атом->ВИЭ

36,9


Атом:4,9– 23,1


Газ: 12,2 – 19,7


Нефть: 16 – 25,5


Уголь:13,5 – 34,5

23,1 – 26,8


Нефть: 30,2 – 36,4


Уголь: 10,6 – 17,6

22,4 – 28,6


Нефть: 26,2 – 32,6


Уголь: 6,9 – 20,1

2010)

Большой процент вклада характеризует технологии, которые будут развиваться в среднесрочной перспективе
Резкое изменение процента вклада характеризует технологии, которые будут развиваться в долгосрочной перспективе

материалам ЕС и МЭА)

Атомные технологии находятся вне сферы охвата данного доклада
Среднесрочная перспектива: до 2020-2030 гг.
Энергоэффективность
Промышленные процессы
Здания: теплоизоляция, СНР и тепловые насосы
Экономичное использование топлив на транспорте
Аккумулирование тепла
Водород для СНР
Газогенерация
Ветряная энергетика
Эффективная конструкция ветряков (учет характера воздушных потоков, турбулентности)
Электрические сети
Аккумулирование электричества

перспектива: до 2050 г.
Солнечная энергетика
Второе поколение биотоплив
Автотранспорт на топливных элементах
Автотранспорт на электричестве и гибридный
Генерация с использованием технологий CCS
Трансформация топлив

технологий с перспективой создания маломасштабной установки СПГ
Разработка новых видов углеводородного сырья
Сланцевый газ
Различные виды «тяжелой нефти» (большая вязкость)
Матричная нефть (содержит редкие металлы) (ИПНГ)
Новые технологии хранения природного газа (ИПНГ)
Компримированный природный газ – хранение и транспортировка в пористых средах

3 - рабочая часть,
4 - устройство отбора газожидкостной смеси,
5 - диффузор

Cycle)
комбинация газовой и паровой турбин, эффективность порядка 60%



Когенерация (Combined Heat and Power)
может работать на разных видах топлива, общая эффективность более 90%
Газовые турбины закрытого цикла

Компрессор

Газовая турбина

Теплообменник 1

Рабочий газ

Перспектива: утилизация тепловой
солнечной и атомной энергии
Рабочий газ – сверхкритический СО2

Теплообменник 2

электрическая, и тепловая энергия, возможно дополнительное производство холода – тригенерация
Характеризуется высоким (>90%) уровнем использования энергии первичного топлива

1 – электрические генераторы,
2 – паровая турбина,
3 – конденсатор,
4 – насос,
5 – котел/теплообменник,
6 – газовая турбина

(SC) и ультраSC (USC)
высокие температуры и давления


Сжигание в кипящем слое (Fluidised Bed Combustion)
смесь частиц и постоянно вдуваемого воздуха образует смесь в псевдоожиженном состоянии, которая сжигается при относительно невысоких температурах; малочувствительна к качеству топлива
Комбинированный цикл с интегрированной газификацией (Integrated Gasification Combined Cycle)

три стадии: сепарация СО2, транспортировка, захоронение в геологических формациях
Сепарация СО2 – трудности на промышленном масштабе
Транспорт – трубопроводы высокого давления
Хранение – соляные и нефтегазовые резервуары
Методы
После сжигания (Post-combustion) – метод абсорбции
До сжигания (Pre-combustion)


Сжигание в О2 (Oxyfuel) – выхлоп состоит из чистого СО2 и Н2О
«Химическое сжигание» (Chemical Looping Combustion) – окисление углеводородов при посредстве катализатора (металл)

увеличение размеров)
Солнечная энергетика
Фотоэлементы
Концентрация тепла
Газовые турбины закрытого цикла (типа Стирлинга)
Малая гидроэнергетика (усовершенствование турбин)
Энергетика биомассы (сжигание, в смеси с другим топливом, газификация, анаэробное получение биогаза)
1-ое поколение биотоплив: сахара, крахмал, масло из растений -> этанол, пропанол, бутанол
2-ое поколение биотоплив: переработка целлюлозосодержащих компонент (термохимия, газификация, пиролиз, биохимия)

(например, высокотемпературные сверхпроводники)
Измерительные средства для потребителей электроэнергии
Аккумулирование электроэнергии
Для удовлетворения пикового спроса и обеспечения взаимозаменяемости источников
Тепловое запасание с использованием тепловых насосов
Будущая система заправок электромобилей

пленки (низкая стоимость, низкая эффективность)
Концентрированная энергетика, использование специальной оптики (высокие стоимость и эффективность)
Органические/полимерные фотоэлементы
Концентрация тепла (+ аккумулирование)
Линейные параболические коллекторы (troughs)

Линейные рефлекторы Френеля
Концентраторы, отслеживающие Солнце: параболические (используют двигатели типа Стирлинга), плоские – башни

топлива: Gas To Liquid, Coal To Liquid
БиоЭтанол (сахарный тростник, зерновые)
БиоДизель: Biomass To Liquid
Перспективный автотранспорт
Гибридные автомобили
Электромобили
Автомобили на топливных элементах

биотоплив, электрические автомобили, CCS
Высокая себестоимость и соответствующая рыночная ниша
Примеры: солнечные концентраторы, фотоэлементы, гибридные автомобили
Умеренная себестоимость и соответствующая рыночная ниша
Примеры: ветряная генерация, генерация из биомассы на некоторых рынках
Зрелая технология
Примеры: энергоэффективность, промышленное СНР
Общая оценка дополнительных затрат при реализации низкоуглеродных сценариев – порядка 46 трлн. USD до 2050 г. по миру

фракционный состав (применение специальной каталитической системы)
Очистка энергией разряда холодной плазмы отходящих газов тепловых машин
Установки GTL малого масштаба
Производство фуллеренов (форма чистого углерода С60 и более)

турбина

Малые гидро

Ветер

Солнце

Установки
на синтез-газе

CCS

Геотермальная
и приливы

Сжигание в
кипящем слое

«Сверхкритическое»
сжигание

Биотопливо
для транспорта

Электрические
сети

БЕСПЕРСПЕКТИВНЫЕ

СВЕРХУДАЧНЫЕ

Технологии
энергоэффективности:
СНР, тепловые насосы

Н2

Новые типы
автотранспорта

пленки

CSP Линейные коллекторы

БЕСПЕРСПЕКТИВНЫЕ

СВЕРХУДАЧНЫЕ

PV Кристаллический
кремний

PV Полимерные
пленки

CSP Зеркала с
Отслеживанием солнца

элемент +
газовая турбина

Двигатель
внутреннего
сгорания

Паровая и
газовая
турбины

БЕСПЕРСПЕКТИВНЫЕ

СВЕРХУДАЧНЫЕ

Низкотемпературные
топливные элементы

Н2

Высокотемпературные
топливные элементы

Двигатели
Стирлинга

С дополнительным
испарительным контуром
(органические жидкости)

Опция с
абсорбционным
холодильником

батарей. Производство полимерных солнечных батарей осуществляется компанией Mekoprint A/S. Перед открытием производства 10 лет проводились проектно-конструкторские работы на базе Датского технического университета.
Центр возобновляемой энергетики и крупнейший украинский производитель солнечных панелей ЗАО “Квазар” начинают выпуск компактных портативных солнечных электростанций для зарядки мобильных телефонов. Вес устройства составляет всего 230 г, размеры 17х14 см (при толщине в сложенном состоянии 2,5 см).
В Мурманской области реализован первый в России коммерческий проект в области ветроэнергетики. Проект реализован ветроэнергетической компанией ЗАО «ВетроЭнерго» в сотрудничестве с крупнейшим энергоснабжающим предприятием Мурманской области ООО «КРЭС-Альянс» и при поддержке регионального Правительства.

количество «проектов-заготовок»
Наличие доступа к широкому спектру источников научно-технической экспертизы (с умеренными затратами)
Отсутствие инфраструктуры «бизнес-ангелов»
ОТСЮДА:
Целесообразность и возможность построения «вертикально интегрированных» венчурных структур, охватывающих «длинные» цепочки проектов и управляющих интегральным риском за счет сочетания значительного числа проектов ранней стадии и небольшого числа проектов зрелой стадии