С.В. АЛЕКСЕЕНКОакадемик РАН,

директор Института теплофизики СО РАН,

председатель Совета СО РАН по энергосбережению

Инновационная энергетика и возобновляемые источники энергии

Инновационная энергетика

Энергетика – фундамент для развития экономики любой страны.

Инновации в энергетике играют особую роль, а в России – исключительную.

Причины:

1. Необходимо срочное перевооружение Российской энергетики из-за недопустимого износа оборудования.

2. Необходимо существенно повышать энергоэффективностьнациональной экономики как одной из наименее эффективных (энергоемкость ВВП России в 2 - 3 выше, чем в развитых странах).

3. Необходимо активно осваивать возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Отставание от уже достигнутого в мире недопустимо!

Ближайшая перспектива: Развитие экологически чистых и эффективных технологий переработки органического топлива (в частности, парогазовые установки, ВУТ – водоугольное топливо, глубокая переработка угля типа газификации).

Более дальняя перспектива (но начинать надо сейчас):

Освоение ВИЭ и разработка эффективных методов преобразования и хранения энергии, включая топливные элементы. Наиболее перспективные виды ВИЭ:

- Солнечная энергия

- Геотермальная энергия с постепенным переходом на глубинное тепло (тепло сухих пород Земли на глубинах 3 – 10 км при t 350°C).

Инновационная энергетика

21-я Всемирная конференция по климату

(Париж, 30 ноября-12 декабря 2015)

• Принимали участие лидеры 195 стран мира.

• 186 стран до конференции представили добровольные обязательства

по сокращению эмиссии парниковых газов.

• Подписано Соглашение, конечной целью которого является не

допустить повышения температуры на 2°C до конца XXI столетия.

• Соглашение вступило в силу 4 ноября 2016 г.

Парижское соглашение

Клименко В.В. (2016)

Основные климатические события 2015-2016

• Рост средней глобальной температуры достиг рубежа в 1°C по

сравнению с доиндустриальной эпохой (середина XIX в.).

Достигнута, вероятно, самая высокая температура на Земле, по

крайней мере, за последние шесть тысячелетий.

• Зафиксирована непрерывная 12-месячная серия рекордов

среднемесячной температуры (май 2015 - апрель 2016).

• Среднеглобальная концентрация СО2 пробила отметку в 400 ppm,

достигнув наивысшего уровня за последние три миллиона лет.

• Средняя годовая температура в Москве достигла абсолютного

максимума (7,4 °C) за 240 лет инструментальных наблюдений.

Парижское соглашение

Клименко В.В. (2016)

1– нефть, 2 — природный газ, 3 — уголь, 4 — источники энергии, не связанные с выбросами

CO2. Заштрихованная область – дополнительное снижение объемов потребления угля для

удержания глобального потепления в XXI столетии в пределах 2 градусов.

Изменения структуры мирового энергопотребления при выполнении Парижского соглашения

Парижское соглашение

Клименко В.В. (2016)

годы

Температура отсчитана от средних за 1871–1900 гг. История (1), прогноз (4)

и сценарии настоящей работы –«Парижский» (2) и консервативный (3)

Изменения среднеглобальной температуры в 1850–2200 гг.

Парижское соглашение

Клименко В.В. (2016)

• Осуществление реформ в мировой энергетике со скоростями, предполагаемыми

Парижским соглашением, с исторической точки зрения невозможно.

• Структура мировой энергетики претерпит радикальные изменения в ближайшие

десятилетия в результате вытеснения угля и замещения его газом и безуглеродными

источниками.

• Только агрессивное расширение масштаба использования НВИЭ способно остановить

глобальное потепление к концу нынешнего столетия, но для этого потребуется ввести

не менее 20 000 ГВт до 2100 г.

• При любых реальных сценариях развития энергетики глобальное потепление

продолжится и уровень в 1,5°C будет достигнут в середине столетия, а 2°C – около

2100 г. Впереди сотни лет беспрецедентно теплого в истории цивилизации климата.

• На территории России глобальное потепление выражено максимальным образом, в

особенности в холодное время года, где оно превысит 10°C к 2100 г. Это окажет

значительное влияние на все сферы деятельности и, в особенности, на энергетику.

Парижское соглашение

Выводы

Клименко В.В. (2016)

Министр природных ресурсов и экологии России С. Донской заявил, что

подписано распоряжение правительства и утвержден план реализации комплекса

мер по ратификации Парижского соглашения по климату, передает ТАСС 7.11.2016.

Согласно документу, к декабрю 2016 года года МЭР России, Минприроды России,

Росгидромет, Минэнерго России и «заинтересованные федеральные органы

исполнительной власти» подготовят предварительный отчет с оценкой

макроэкономических последствий ратификации соглашения.

В отчете будут также учтены такие факторы, как комплексный прогноз

социально-экономического развития России, законодательство, а также принятые

документы стратегического планирования.

К декабрю 2017 года будет готов отчет, а в первом квартале 2019 года — итоговый

доклад президенту о целесообразности ратификации Парижского соглашения.

К марту 2020 года планируется подготовить план мероприятий по реализации

установленной указом президента России «цели ограничения выбросов парниковых

газов к 2030 году».

Ранее сообщалось, что Европарламент ратифицировал Парижское соглашение по

климату.

Россия — одна из 175 государств, которая подписала Парижское соглашение по

климату на специальной церемонии в штаб-квартире ООН в Нью-Йорке.

Парижское соглашение

Россия

Клименко В.В. (2016)

Показатель

Факт Цель

2009 2012 2010 2015 2020

Распоряжение Правительства РФ 2009 г.

Выработка электроэнергии, млрд. кВтч * 0,95 0,85 15,3 27,7 54,6

Доля от суммарной выработки в стране, % 0,10 0,08 1,5 2,5 4,5

Распоряжение Правительства РФ 2013 г.

Выработка электроэнергии, млрд. кВтч * 0,95 0,85 1,26 12,1

Доля от суммарной выработки в стране, % 0,10 0,08 0,11 1,00

* Включая ВЭС, мини-ГЭС (10 МВт и менее), гео-ТЭС.

Планы развития ВИЭ в РФ

РАСПОРЯЖЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ ОТ 28 МАЯ 2013 г. N861-Р

Геологические ресурсы

Топливо Мировые запасы,

млрд. т у.т.

Запасы России, %

Газогидраты 23 000

Уран (тепловые нейтроны)

(быстрые нейтроны)

300

15 000

Уголь 10 000 50 %

Нефть 840 5 %

Природный газ 350 - 600 40 %

Жидкое топливо (сланцы,

битуминозные породы)

490

Торф 5

Среднегодовое потребление ресурсов: 15 млрд. т у. т.

Временной ресурс: 3 000 лет

Энергобаланс по потреблению первичной энергии

• Органическое топливо: 78,3%

• АЭС: 2,5%

• ВИЭ: 19,2% (ВИЭ без ГЭС и дров – 6,4%)

Баланс по производству электрической энергии

• Органическое топливо: 59,3%

• АЭС: 17%

• ВИЭ: 23,7% (ВИЭ без ГЭС - 7,3%)

Вклад ВИЭ в производство энергии в 2015 г.

REN21

Производство электроэнергии в мире

Структура мирового

производства

электроэнергии в 2003 г.

Уголь: 41% в 2010г.

44% в 2030г.

В России – 20%

Доля ВИЭ (Возобновлямые

источники энергии):

2003 г. – 2%

2012 г. – 5,2%

2015 г. – 7,3%

2020 г. – 11,2% (прогноз)

Установленная мощностьВИЭ в мире ( 2015 г.)

Источники Электроэнергия, ГВт Тепло, ГВт

Ветер

Фотоэлектричество

Солнечные ТЭС

Биомасса

Геотермальная энергия

Солнечные коллекторы

433

227

4,8

106

13,2

-

-

-

-

-

-

435

Суммарная установленная мощность (э) – 785 ГВт.

Прирост мощности ВИЭ в год – 18% (по ФЭ – 28%!).

Вклад ВИЭ в производство электроэнергии – 7,3%.

REN21

Энергетический срок окупаемости

Тип электростанции Срок

окупаемости,

На органическом топливе

Ветровые

Фотоэлектрические:

КПД 14% (монокристаллический Si)

КПД 12% (гибкая пленка Si)

КПД 10,9% (кадмий-теллур)

Никогда!

6 – 10 месяцев

2,2 года

2,0 года

0,75 года

Безруких П.П. и др. (2016)

Нормированная себестоимость производства электроэнергии в США ( 2020 г.)

Тип электростанции Себестоимость,

$/МВт*ч

Природный газ – обычные

Угольные обычные

Природный газ – усовершенствованные

Угольные усовершенствованные

Атомные усовершенствованные

ГЭС

Ветровые

Фотоэлектрические

Биомасса

Геотермальные

Петротермальные (2030 г.)

75

95

100

144

95

84

74

125

100

48

60

Безруких П.П. и др. (2016)

Ассоциация «Партнерство по развитию распределенной энергетики Сибири»

ТЕМАТИЧЕСКИЕ СЕКЦИИ НТС

Наименование Руководитель

Инновационных технологий и научно-

технического прогнозирования в энергетике

к.т.н. Бык Ф.Л.

Энергоэффективности генерации, передачи

и потребления энергии

д.т.н. Елистратов С.Л.

Надежности и безопасности энергетических

объектов

Интеграции малой генерации и накопителей

в энергосистемы

д.т.н. Фишов А.Г.

Силовой электроники и накопителей

энергии

д.т.н. Харитонов С.А.

Экономики, права и управления

энергообъектами малой мощности

к.т.н. Чернов С.С.

Интеграции малой генерации в

производственные технологические

процессы.

Председатель Совета директоров: Алексеенко С.В.

Генеральный директор: Фишов А.Г. 13.04.2016

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Геотермальная энергия

ПРИПОВЕРХНОСТНОЕ ТЕПЛО – тепло подземных источников нагретой воды

ГИДРОГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

ГЛУБИННОЕ ТЕПЛО (3 – 10 км) – тепло сухих пород с температурой до 350 °C

ПЕТРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

ТЕЗИС:ПЕТРОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ достаточно, чтобы

навсегда обеспечить человечество энергией!

Схема утилизации глубинного тепла

Enhanced Geothermal Systems (EGS)

Глубина 10 км

Распределения глубинных температур в США

t > 250 °C

ИСТОРИЯ

Идея извлечения геотермальной энергии твердых горячих пород была высказана

К.Э. Циолковским в 1897 г. и более подробно описана в 1914 г. Он рассматривал нагревание

воды за счет теплообмена с породами, имеющими на глубине 4 км температуру 120°C и ее

циркуляцию в 2 отвесных каналах.

Первая технологическая схема геотермальной циркуляционной системы была предложена

академиком В.А. Обручевым в 1920 г. в его повести ―Тепловая шахта‖.

1963 г. Первая ГЦС (геотермальная циркуляционная система), извлекающая тепло из

пластов с естественной проницаемостью, была построена в Париже. К 1985 г. 64 ГЦС общей

тепловой мощностью 450 МВт обеспечивали теплом 154 тыс. квартир.

1970 г. В Лос-Аламосской национальной лаборатории США предложена ГЦС с

искусственным коллектором из вертикальных трещин, создаваемых путем гидроразрыва в

монолите. Название проекта HDR (Hot Dry Rock).

В последние годы пошли по пути создания обширных резервуаров с множеством трещин,

возникающих путем стимулирования естественных дефектов. Проекты типа Enhanced

Geothermal Systems (EGS).

Всего было реализовано около двадцати опытных систем типа HDR или EGS, которые

подтвердили техническую возможность извлечения глубинного тепла с глубин до 5,1 км.

2013 г. В США запущена первая коммерческая электростанция на базе EGS мощностью

1,7 МВт (Desert Peak Demonstration Project, Nevada)

Петротермальная энергетика

Петротермальная энергетика в США

•Извлекаемые запасы геотермальной энергии в США:

50 000 годовых потреблений энергии.

В 2013 г. запущена первая коммерческая станция 1,7 МВт(э).

2015 г.: 5 демонстрационных проектов EGS.

•Планы:

К 2020 г. продемонстрировать возможность создания 5 МВт EGS.

К 2030 г. достичь цены 6 ¢/kWh за геотермальную энергию.

К 2050 г. достичь уровня 100 ГВт (!) за счет глубинного тепла

(10% установленной электрической мощности в США

или 40% - в России).

•Необходимые инвестиции на ближайшие 15 лет:

$400 млн. за счет федерального бюджета на НИОКР;

а всего $1 млрд. (с последующим привлечением бизнеса).

Геотермическая карта России

Западная Сибирь – самый богатый регион России по запасам геотермальной энергии. Подземные воды: Новосибирская обл.: t 39 °C; Томская обл.: t 85 °C

Гидрогеотермальная энергетика в России

Бинарная ГеоЭС (сегодня в России нет! )

Паратунская ГеоЭС (1967 - 1974)

Разработчик ИТФ СО АН СССРАвторы технологии: С.С. Кутателадзе, Л.М. Розенфельд (1962)Исполнители: Петин Ю.М., Москвичева В.Н.Впервые в мире применен бинарный цикл с фреоновой турбиной на фреоне R-12 для выработки э/э из геотермального источника: Мощность 815 кВт, tвода = 80 °C.

Паужетская Бинарная ГеоЭС (пусковые работы с 2012 г.)

Разработчики: ЗАО «ГЕОИНКОМ»Мощность: 2,5 МВт, tвода = 120 °C,фреон R-134a.

Контракт с ИТ СО РАН в 2015 г. по проблемам пуска в эксплуатацию первого в России бинарного блока.

Верхне-Мутновская Бинарная ГеоЭС (проект)

Разработчики: «Геотерм М»; МЭИ; ИТ СО РАН.

Мощность: 4 МВт, tвода = 120 °C, фреон R-134a.

Предложения по развитию геотермальнойэнергетики в России

1. Выполнить интеграционный проект с целью разработки предложений

по развитию геотермальной энергетики в России с перспективой на

освоение глубинного тепла.

2. В качестве образца по исполнению можно использовать опыт США

(Department of Energy), в частности, проект MIT: The Future of

Geothermal Energy. Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the

United States in the 21st Century. An assessment by an MIT-led

interdisciplinary panel. 2006, 374 p.

3. Результаты выполнения Интеграционного проекта использовать как

основу для составления Дорожной карты по развитию геотермальной

энергетики в РФ.

4. Проект может выполняться на базе СО РАН в силу необходимости

проведения мультидисциплинарных исследований, наличия мощного

потенциала и успешного опыта в СО РАН по теме проекта, а также по

причине расположения подходящих геотермальных зон именно в

Сибирском регионе.