«Глобальные изменения в энергетике неизбежны»: какие решения нужны в этой сфере. Пять шагов к цифровизации энергетики Инновации в энергетике примеры

Но при этом запрос на перспективные инновационные темы исследований в энергетике есть. Драйверами здесь выступают национальные программы поддержки инвестиций, цифровизация отрасли и растущие внешние рынки распределенной энергетики.

Ненаучный НИОКР

Первый и очевидный индикатор инновационности любой компании – это расходы на НИОКР. Именно они в первую очередь должны отражать потребность компаний в инновационных решениях. Но по факту доля этих затрат у российских энергетиков не значительна. Так, «Россети» тратят ежегодно на всю программу НИОКР около 1,0 млрд руб., «РусГидро» – 0,4 млрд руб., «Интер РАО» – 0,2 млрд руб., «Газпром энергохолдинг» – 0,35 млрд руб.

На практике большая часть этих средств (до 80 %) носит прикладной характер и идет на разработку обновленных линеек используемых сейчас видов оборудования и требований к ним. Энергокомпании заказывают исследования у научных и научно-производственных коллективов для создания оборудования с заданными функциями или программного обеспечения по известному техническому заданию.

НИОКР энергокомпаний в основной массе осуществляются на базе фундаментально исследованных научных принципов и испытанных технологических процессов. С одной стороны, такие исследования едва ли переведут технологическое развитие на новый уровень, но, с другой, серьезно повлияют на рынок оборудования, формируя актуальный технический и конкурентный ландшафт производителей.

Так, например, технологические стандарты для интеллектуального учета электроэнергии и соответствующие требования основных покупателей таких систем – сетевых и сбытовых компаний, могут определить не только предпочтительные технологии передачи данных (радио, PLC, 4 / 5G), но и контуры будущего рынка производства оборудования ежегодным объемом 40‑60 млрд руб. на десятилетие вперед.

Важно, что инициатором конкретной работы может быть и энергокомпания, и сам разработчик перспективного решения. Заказчик же, заинтересованный в запуске нового устройства в промышленную эксплуатацию, определяет бюджет НИОКР и проводит необходимые закупочные процедуры.

Вертикально интегрированные инновации

Для таких компаний, как ГК «Рос­атом», представляющих собой комплекс вертикально интегрированных предприятий ядерной энергетики, затраты НИОКР доходят до 4,5 % от выручки (около 40 млрд руб. в год) и становятся стандартным инструментом финансирования входящих в госкорпорацию отраслевых научно-исследовательских институтов.

При этом «Росатом» во многом изыскивает ресурсы для инновационных разработок в федеральном бюджете: так, например, он претендует на 200 млрд руб. в разрабатываемой сейчас национальной программе «Развитие атомной науки, техники и технологий». Средства должны пойти прежде всего на развитие нового типа реакторов – на быстрых нейтронах.

Расходы на НИОКР «Росатома», в отличие от других российских энергокомпаний, в абсолютных показателях сравнимы с лидерами зарубежной энергетики. Французская EDF тратит на исследования 0,9 % от выручки, испанская Iberdrola – 0,8 %, шведский Vattenfall – 0,5 %, канадская HydroQuebec – 0,9 %. Надо отметить, что многие их этих компаний управляют широко диверсифицированным энергетическим бизнесом, а большинство контролируются национальными правительствами. А значит, затраты на науку и развитие технологий идут рука об руку с государственными приоритетами.

Надо отметить, что среди глобальных лидеров инноваций в энергетике практически нет исключительно сетевых или, например, генерирующих компаний. Основная масса компаний ТЭКа в мире, вкладывающих значительные средства в НИОКР, либо вертикально интегрированные крупные структуры, либо работают в отраслях с экспортным потенциалом, таких, как, например, добыча нефти и газа.

Нацпрограммы как двигатель НИОКР

В электроэнергетике на сегодняшний день в мире больше других тратят на прикладную науку компании, работающие в сфере возобновляемой энергетики. Это, например, канадская Canadian Solar, американская First Solar, китайская Guodian Technology, датская Vestas, испанская Siemens Gamesa и другие. Они занимаются строительством и эксплуатацией солнечных или ветроэлектростанций, востребованных в рамках национальных программ развития энергетики.

Есть амбиции войти в эти списки и у отечественных лидеров сегментов ВЭС и СЭС – «Хевел», «Солар Системс», «НоваВинд», которые пока сконцентрированы на реализации первого этапа программы поддержки ВИЭ в России объемом в 5,5 ГВт.

Серьезные инвестиции в НИОКР могут потребоваться и в рамках одобренного российским правительством плана модернизации ТЭС. Для повышения топливной эффективности электростанций нужны уникальные отечественные производства газовых турбин большой мощности и их компонентов. Задача стоит действительно амбициозная: например, итальянскому производителю Ansaldo понадобилось 14 лет (с 1991 по 2005 г.) на обретение технологической независимости от лицензионных газовых турбин Siemens. Претендуют на этот рынок и «Силовые машины» и «Ростех», хотя во многом они ориентируются на государственные субсидии.

Регулируемая наука

Таким образом, финансирование НИОКР в отношении инновационных для России технологий – в возобновляемой энергетике и парогазовом цикле, становится возможным благодаря регуляторным решениям. Правительство запустило механизмы поддержки возобновляемой энергетики и модернизации тепловых электростанций, разрешив использовать оборудование, произведенное только в России. Источником для финансирования как строительства, так и НИОКР, станут в конечном итоге дополнительные платежи потребителей, собранные на оптовом рынке электрической энергии.

Без подобных мер стимулирования инвестиций энергетики вынуждены существовать в жестких тарифных ограничениях, не имея ресурсов и стимулов для инвестиций в развитие. Кроме того, большая часть их бизнес-процессов регламентирована почти всеобъемлющим спектром отраслевых требований. Это и стандарты для применяемого оборудования, и требования к безопасности, нормы проектирования объектов, требования к ремонту и обслуживанию производственных активов, антимонопольные ограничения в работе с потребителями и поставщиками, стандарты обязательного информационного обмена с регуляторами и инфраструктурой рынка.

Все эти факторы не создают благоприятной среды для инновационного развития и вложений в новые технологии. Компании ограничивают свои затраты первоочередными нуждами и капитальными вложениями на поддержание ресурса оборудования.

Государственный венчур

Неудивительно, что в условиях тарифного регулирования и строгого контроля отрасли инновации необходимо искусственно стимулировать на уровне законодательства или специальных распоряжений правительства.

В 2017 г. президент России поручил крупнейшим государственным корпорациям – «Ростеху», «Роскосмосу», «Росатому», Объединенной авиастроительной корпорации и Объединенной судостроительной корпорации создать собственные венчурные фонды.

Из энергокомпаний в этом списке пока только «Росатом», запустивший фонд на 3 млрд руб., но этот инструмент очень важен и нужен отрасли. Венчурное инвестирование позволяет корпорации-заказчику, входя небольшой долей в капитал разработчика перспективного продукта, выбирать и контролировать наиболее важные проекты. Команда основателей при этом сохраняет контроль в проекте и остается заинтересованной в коммерческой реализации технологии.

Пока этот рынок в России совсем невелик и составляет около 20 млрд руб. в год, проявляясь в основном в сферах ИТ, транспорта и финансов. Очевидно, что госкомпании даже небольшими усилиями могут серьезно изменить здесь расстановку сил, создав новую инфраструктуру для поиска и отбора проектов.

Если догонять, то быстро

Несмотря на все барьеры, перспективные направления для исследований в энергетике имеются. Это упомянутые уже технологии ВИЭ и газовых турбин большой мощности, технологии топливных ячеек, системы хранения энергии. Важно, что эти разработки будут иметь и экспортный потенциал.

Одной из более актуальных потребностей отрасли в инновациях является цифровизация энергетики. Прямо сейчас энергетикам нужны разработки отечественного ПО управления электрическими сетями и микроэнергосистемами, систем информационной безопасности критической инфраструктуры, технологии анализа данных и предиктивной аналитики.

Но пока развитие инноваций живет в логике «догоняющей» модели, совершенно не новой для нашей страны. И если рассматривать направления по отдельности, то предпринимаемые усилия выглядят очень скромно. Так, глобальный рынок электрохимических накопителей энергии ежегодно удваивается и в 2019 году приблизится к 8 млрд долл. США. Отечественные же инициативы в этой чрезвычайно перспективной и «горячей» сфере пока сводятся к дорожным картам и неторопливому поиску площадок для размещения пилотных проектов. Хотя именно этот рынок, обладающий серьезным экспортным потенциалом, выглядит наиболее привлекательным для исследований и запуска инновационных производств.

Но о каком бы финансировании инноваций ни шла речь – государственном заказе, корпоративных закупках или привлечении венчурного инвестора, инициатором НИОКР всегда может выступить сам разработчик перспективного решения. Это значит, что технологическое будущее российской энергетики и ее конкурентоспособность на мировой арене находится в общих руках – государства, подконтрольных ему энергокомпаний и проактивных научных коллективов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновации в энергетике

В 90-е годы прошлого века средства на развитие существующих энергомощностей и новые разработки практически не выделялись. Может, на тот момент это было и не особо критично: с падением производства уровень энергопотребления сильно снизился. В новом тысячелетии всё изменилось. Развивающаяся промышленность требует ввода всё новых и новых мощностей, энергопотребление растёт, а уровень износа многих действующих станций диктует необходимость скорейшей модернизации. При этом есть возможность взять за основу самые лучшие мировые образцы технологических разработок, изучить и проанализировать зарубежный опыт развития возобновляемых источников топлива. А также начать создавать новые технологии, аналогов которым в мире пока ещё нет.

Для примера - давно назревшая проблема развития угольной генерации. Угольные энергоблоки, построенные в советское время, пришла пора модернизировать. Несколько лет назад была предложена технология перевода энергоблоков на работу на сверхкритических параметрах пара. Учёные обсуждают следующий шаг - работу на суперсверхкритических параметрах пара. Но ни та ни другая технологии до сих пор не внедрены в промышленное производство. Более того, как такового нет ответа на вопрос, насколько это коммерчески привлекательно. Пока эти вопросы не решаются из-за огромной стоимости НИОКР, которую не может «потянуть» ни одна компания. Но время заставляет всё активнее искать пути решения проблемы дальнейшего развития угольных энергоблоков, износ которых становится всё больше. В итоге электроэнергетические компании всё ближе подходят к пониманию того, что с подобными вызовами надо справляться сообща - ведь в этом случае затраты на НИОКР будут разделены между широким числом компаний, равно как будут разделены между ними и те многие риски, неизбежно сопровождающие любой процесс разработки новейших технологий.

На сегодняшний день известны следующие разновидности инновационной энергетики:

Установки для нагрева жидкости -- вихревые теплогенераторы (существуют и другие названия этих установок). Жидкость прокачивается электронасосом через конструкцию определенным образом соединённых труб и нагревается до 90 градусов. Эти теплогенераторы давно используются для отопления помещений, но общепризнанной теории процессов, приводящих к нагреву жидкости, пока нет. Есть конструкции, в которых в качестве рабочего тела пытаются использовать воздух.

«Холодный ядерный синтез». Попытки извлечь ядерную энергию без применения сверхвысоких температур предпринимаются с конца 1980-х годов. Недавно итальянскими инженерами было заявлено, что им такая попытка удалась, правда от наименования холодный ядерный синтез они отказываются. Но суть в том, что в их катализаторе энергии тепло получают в результате слияния ядер химических элементов. Установка готова для практического использования.

Магнитомеханический усилитель мощности. По уверению авторов этого изобретения им удаётся использовать магнитное поле Земли для увеличения скорости вращения вала генератора или электромотора. Тем самым увеличивается количество электроэнергии, получаемой от генератора или уменьшается потребление энергии электромотором из сети. Такие устройства находятся на стадии полупромышленных образцов.

Индукционные нагреватели. Индукционный нагрев с помощью электричества используется в промышленности давно, но этот процесс удалось усовершенствовать. Теперь индукционный электрокотёл даёт больше тепловой энергии при тех же затратах электроэнергии. Предлагаемый электрокотёл, благодаря усовершенствованию, по эксплуатационным затратам будет на уровне газовых котлов.

Двигатели без выброса массы. Лабораторные образцы таких двигателей, не потребляющих топлива, демонстрируются в одном из космических исследовательских институтов (НИИ космических систем). Был проведен эксперимент с таким двигателем на спутнике. Перспективы этого направления пока не ясны.

Плазменные генераторы электроэнергии. Эксперименты с различными конструкциями ведутся давно в основном на лабораторном уровне.

Напряженные замкнутые контуры. По утверждению энтузиастов этого подхода существуют такие кинематические схемы, реализация которых позволяет извлечь дополнительную энергию. Демонстрировались возможности таких схем в конструкциях мельниц для измельчения отходов полимерных материалов. Затраты энергии на измельчение в этих мельницах меньше, чем в мельницах традиционных конструкций.

Энергоустановки на основе динамической сверхпроводимости. Разработчики этих потенциальных генераторов электроэнергии утверждают, что при определённой скорости вращения дисков возникает эффект динамической сверхпроводимости тока, что позволяет генерировать мощные магнитные поля. А уже эти поля можно использовать для генерации электроэнергии. В ходе экспериментов накоплен большой массив информации по необычным физическим эффектам. Есть возможность не только генерировать энергию, но и создать двигатель для транспортных средств. Это направление выглядит одним из самых перспективных в новой энергетике.

Атмосферная электроэнергетика , объединяет различные способы и проекты получения накапливаемой в атмосфере электрической энергии. Наиболее очевидный путь состоит в захвате колоссальной энергии молний. Данное направление новой энергетики обладает немалым потенциалом.

Приведенный перечень исследований, направлений и готовых установок не является исчерпывающим. Однако он позволяет сделать вывод, что общество может приступить к осуществлению крупных проектов в инновационной энергетике, чтобы создать и развить принципиально новые технологии генерирования энергии. Благодаря этому будет создано важное условие выхода из тупика, как энергетической отрасли, так и всей экономики. инновационный энергетика автономный реактор

В 2010 году бразильский ученый Фернандо Галембекк сделал сенсационное заявление о возможностях получения атмосферного электричества. Согласно разработкам его группы из университета Кампинаш в Сан-Паулу мельчайшие заряды могут собираться из влажного воздуха. Как показали испытания, для сбора зарядов могут применяться определенные металлы, что в перспективе открывает крупные возможности для производства электроэнергии в регионах с влажным климатом. Считается, что совершенствование этой технологии даст человечеству еще один источник возобновляемой энергии.

E-Cat и «холодный синтез» . Изобретение Андреа Росси автономного реактора E-Cat открывает эпоху революции в энергетике. Демонстрация готовой работающей установки дает основания надеяться на запуск серийного производства аппаратов.

В конце октября 2011 года группа итальянских ученых во главе с Андреа Росси представила и протестировала в Болонье революционный автономный реактор, источник «бесплатного тепла» -- «катализатор энергии» (E-Cat). Принцип действия его строится на использовании в качестве топлива никеля и водорода, в процессе взаимодействия которых выделяется тепловая энергия и образуется медь. В основе функционирования устройства лежит низкоэнергетическая ядерная реакциям (LENR). Создатели подчеркивают: реактор обеспечивает выработку абсолютно чистой энергии, количество которой не ограничено. Ее производство возможно в промышленных масштабах, а сами установки планируется предоставлять в аренду.

Выпуск генераторов Росси, вероятно, начнется в США. Предполагается, что цена «домашнего» E-Cat составит 400-500 долларов, что не должно помешать изобретению окупится в ходе всего одного года. Перезарядка генераторов и их техническое обслуживание не будет дорогим. В отличие от автономных генераторов для промышленности, экономичные «домашние» агрегаты нельзя будет перестроить для применения в индустрии. Интерес в мире к работе итальянского ученого все более возрастает.

Длительное время мировая экономика обходилась без инноваций в энергетике. Прогресс в информационной сфере 1970-2000-х годов соединялся с застоем в области энергетики. Так называемые «альтернативные источники» не создавали реальной замены сжиганию углеводородного топлива. Биотопливо, ветровые и солнечные генераторы не ставили под удар старую энергетику.

Новые генераторы позволят предприятиям и людям автономно получать дешёвое электричество. Составной частью глобального экономического кризиса является энергетический кризис, выражающийся в удорожании ключевых энергоресурсов, нефти и газа. Резкое удешевление электроэнергии -- одно из необходимых условий преодоления кризиса и запуска нового подъема в экономике. И чем скорее оно будет выполнено, тем скорее пойдет дальнейший научный, культурный, социальный, политический и экономический прогресс человечества.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Мировая энергетическая система и ее проблемы. Удельный энергетический выход в различных способах получения энергии. Холодный ядерный синтез. Плазменный электролиз воды. Процесс индуцированного распада протона на основе плазмо-электрического процесса.

реферат , добавлен 30.01.2010


Прообраз ядерного реактора, построенный в США. Исследования в области ядерной энергетики, проводимые в СССР, строительство атомной электростанции. Принцип действия атомного реактора. Типы ядерных реакторов и их устройство. Работа атомной электростанции.

презентация , добавлен 17.05.2015


Научные разработки в сфере холодного термоядерного (ХТС) и холодного ядерного синтеза (ХЯС). Возможность использования реакций ХТС и ХЯС для создания природных ресурсов, дешевой энергии, производства электромобилей и решения экологических проблем.

презентация , добавлен 14.12.2010


Сущность и механизм инициации управляемого термоядерного синтеза. Разновидности термоядерных реакций и их примеры. Преимущество термоядерной энергетики и сфера применения. История создания и конструкция Токамака (тороидальной магнитной камеры с током).

презентация , добавлен 02.04.2015


Предварительный расчет рабочих параметров. Ядерно-физические характеристики "холодного" реактора. Определение коэффициента размножения для бесконечной среды в "холодном" реакторе. Вычисление концентрации топлива, оболочки, теплоносителя и замедлителя.

курсовая работа , добавлен 02.11.2014


Сущность, устройство, типы и принцип действия ядерных реакторов, факторы и причины их опасности. Основное назначение реактора БН-350 в Актау. Особенности самообеспечения ядерной энергетики топливом. Технология производства реакторов с шаровой засыпкой.

контрольная работа , добавлен 27.10.2009


Трехполосный усилитель мощности звуковой частоты на основе операционного усилителя, его технологические особенности и предъявляемые требования. Расчет величин усилителя и анализ его оптимальности в программе "Multisim". Средства электробезопасности.

курсовая работа , добавлен 13.07.2015


Конструкция реактора и выбор элементов активной зоны. Тепловой расчет, ядерно-физические характеристики "холодного" реактора. Многогрупповой расчет, спектр и ценности нейтронов в активной зоне. Концентрация вещества в гомогенизированной ячейке реактора.

курсовая работа , добавлен 29.05.2012


Использование ядерного топлива в ядерных реакторах. Характеристики и устройство водоводяного энергетического реактора и реактора РБМК. Схема тепловыделяющих элементов. Металлоконструкции реактора. Виды экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах.

реферат , добавлен 01.02.2012


Динамика современного потребления ядерной энергии. Отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания. Минусы ядерной энергетики. Позиции государств, имеющих АЭС, по отношению к атомной энергетике. Глобальная структура энергетического потребления.

В ближайшие десятилетия мир будет потреблять гораздо больше энергии, чем сегодня. В конце концов, везде, где возрастает потребность к надежной и доступной энергии, люди смогут наслаждаться более высоким уровнем жизни.

Это хорошо в некотором смысле!

Но в то же время в мире есть огромное население, которое даже не имеет доступа к большинству основных энергетических услуг. Не только это, но и изменение климата также остается серьезной проблемой.

Эта проблема породила потребность в разработке некоторых инноваций, которые могут помочь как сосуществовать так, и удовлетворить растущую потребность людей, вносить вклад в контроль климата.

Энергетические инновации

Энергия является первичной и используется повсеместно - школы и коммерческие районы продолжают работать, городские огни продолжают светить, транспортные средства продолжают двигаться.

В условиях острой необходимости для мира главное преобразовать свою энергетическую систему. Направить вектор развития на разработку и внедрение технологий с низким или нулевым уровнем выбросов углерода.

Развитые страны, такие как Соединенные Штаты и Европа, уже готовы изменить исходные модели потребления, чтобы направить свои силы на добычу чистой энергии, но развивающиеся страны не смогут позволить себе заплатить требуемую премию за этот способ.

Причина проста - современные технологии экологически чистой энергии, такие как ветер, солнечная энергия, электромобили, интеллектуальные сети и накопители энергии, стоят дороже. Таким образом, должен быть какой-то выход, чтобы эти возобновляемые источники энергии были доступны миру таким образом, чтобы их растущие потребности были удовлетворены, но без прожигания дыры в их карманах.

Для этого наметились различные тенденции, которые могут позволить странам принять решения в области устойчивой энергетики таким образом, что они даже окажутся энергосберегающими.

Основные тенденции энергетических инноваций в 2019 году

Инновации во всем, включая хранение энергии, интеллектуальные энергосистемы и технологии производства электроэнергии, затронут каждый сектор.

Хранение энергии будет способствовать жизнеспособности энергии ветра и солнца - двух источников энергии, которые слишком дороги из-за затрат, связанных с батареями, которые хранят генерируемую энергию.

Наличие умных сетей будет регулировать поток энергии по всему городу или району.

Развитие производства электроэнергии повысит эффективность при оптимальном использовании ископаемого топлива и других возобновляемых источников энергии.

Ниже перечислены тенденции, которые мы можем ожидать не только для экономии энергии, но и для удовлетворения растущих энергетических потребностей мира.

1. Инновационные хранилища энергии

Вы можете очень хорошо сбалансировать энергоснабжение и спрос, если у вас достаточно запасенного количества энергии. Фактически, это является ключом к решению неустойчивых проблем возобновляемой энергии.

Как насчет сопряжения системы хранения энергии с возобновляемым источником? Это может обеспечить вам плавное и устойчивое энергоснабжение даже в условиях, когда погода не благоприятствует выработке энергии.

Как говорилось ранее, батареи являются хорошим вариантом для накопления энергии, но, тем не менее, из-за их дорогостоящего характера можно ожидать улучшения в других технологиях накопления энергии, которые могут сделать их не только жизнеспособными, но и доступными сразу.

Ожидается, что новые появляющиеся технологии будут иметь накопление энергии в качестве основного компонента. Вследствие этого все типы решений для хранения, включая бытовую энергию и коммунальные услуги, также станут конкурентоспособными по цене, что в конечном итоге превзойдет преимущества традиционных источников энергии.

Это значительное новшество в области накопления энергии уже началось на карибском острове Барбадос. Здесь старые аккумуляторы для электромобилей используются повторно, чтобы обеспечить накопление энергии сетки с целью продления их обычного срока службы.

2. Сила искусственного интеллекта в микросетях

Лучшая часть микросетей состоит в том, что они являются локальными энергосетями, которые могут работать в обоих направлениях - свободно или даже оставаясь подключенными к большей обычной сети. Эти сети не только экономят энергию, но также обеспечивают энергетическую независимость, эффективность и защиту в случае непредвиденных обстоятельств.

Ну, вы, наверное, слышали об искусственном интеллекте, то есть искусственном интеллекте - одном из популярных технологических нововведений современности. Используя возможности машинного обучения искусственного интеллекта с помощью микросетевых контроллеров, вы можете способствовать улучшению работы, одновременно испытывая постоянную адаптацию.

Эта техника распространяется повсюду. Наряду с WorleyParsons Group техническая компания из Сан-Диего (США) под названием XENDEE разработала расширенный инструментарий для проектирования микросетей. Этот инструментарий нацелен на обслуживание готовых решений на 90% меньше времени и затрат по сравнению с другими традиционными методами.

3. Блокчейн и IoT могут работать в пользу энергетических систем

Блокчейн не ограничивается только криптовалютой в наше время. Он используется в различных отраслях промышленности и энергетический рынок ничем не отличается. Если вы не имеете большого представления о том, что такое блокчейн - на простом языке, то это распределенный регистр, в котором записываются все транзакции через одноранговую сеть.

Лучшая часть использования технологии блокчейн заключается в том, что она нетленная.

Таким образом, использование таких технологий в энергосистеме может устранить потребность в посредниках для поставщиков электроэнергии. Это, в свою очередь, не только решит проблемы неэффективного и неравномерного распределения энергии, но и даст вам, конечному потребителю, возможность напрямую торговать энергией.

Сопряжение этой распределенной книги с обычными устройствами, которые используются для получения и передачи информации - сегодня известный как Интернет вещей (IoT), может оказать существенное влияние на энергетические системы.

Brooklyn Microgrid уже начала использовать эти технологии, и считается, что правильные приложения приведут к успеху, и эта технология начнет внедряться в более широком масштабе.

4. Соотношение сетки с уменьшением затрат

Если альтернативная энергия имеет потенциал для выработки электроэнергии с затратами и уровнем производительности, равными или меньшими, чем у традиционных методов, происходит четность энергосистемы. Это ситуация с солнцем и ветром в настоящее время.

Они достигли паритета как в цене, так и в производительности. Прежде всего, поддержка новых технологий буквально дает им конкурентное преимущество над другими источниками энергии.

Проще говоря, возобновляемые источники энергии становятся эффективными и самооптимизируемыми в основном благодаря инновационным технологиям, таким как блокчейн и AI. Раньше было невозможно интегрировать энергию в сеть, но сейчас это не то же самое.

Эти технологии вносят значительный вклад в укрепление надежности и гибкости энергосистемы.

Солнечная и ветровая энергия, безусловно, эффективны и рентабельны, и с этими развивающимися технологиями, поэтому мы можем ожидать, что возобновляемые источники энергии будут наиболее предпочтительными из всех.

5. Переход на возобновляемые источники энергии из ископаемого топлива

С целью ограничения роста глобальной температуры все большее число стран придумывают цели сокращения выбросов наряду с планами действий по изменению климата.

По мере того, как мир узнает об их влиянии на изменение климата, можно ожидать перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии в ближайшем будущем.

6. Продвижение доступа к энергии в развивающихся странах

Говоря о новых инновациях и технологиях, также важно помнить, что значительная часть населения мира вообще не может получить доступ к энергии. Нашей целью должен быть не только поиск инновационных путей потребления энергии, но и рассмотрение глобальных проблем в области развития, которые включают обеспечение доступности энергии в каждом уголке мира, где есть признаки человеческого существования.

Для этого мы можем создать микросетки на уровне сообществ, поскольку они могут обеспечить экономически эффективный способ доставки недорогой и надежной электроэнергии в тот район мира, где нет электричества. В конце концов, и развивающиеся страны также имеют право ощутить преимущества технического прогресса.

Таким образом, обеспечение их чистыми, модульными и возобновляемыми энергетическими системами должно быть на переднем плане наших разработок.

7. Улучшенное управление энергией

Это факт, что спрос на энергию никогда не будет уменьшаться, на самом деле, он определенно будет расти с повышением уровня жизни. Таким образом, глядя на эту ситуацию, было бы мудро, чтобы лидеры отрасли, производители и традиционные лидеры управления энергопотреблением собрались вместе, чтобы установить некоторые новые стандарты, которые могут помочь в улучшенном управлении энергопотреблением.

Международные группы, такие как Всемирный банк и SEforALL, разрабатывают новые технологии энергосбережения, которые в дальнейшем станут основой для обеспечения доступа к развивающимся странам. Как только показатели стоимости и производительности начнут улучшаться, можно ожидать, что возобновляемые источники будут все более широко использоваться во всем мире.

Список литературы:

1. Волкова И. О., Гительман Л. Д., Кожевников М. В. Инновации в электроэнергетике: учебное пособие. М.: Издательство "Экономика", 2015.
2. Гончаренко А.А., Грасмик К.И. Инновации в энергетике и кооперация с вузами: М.: Издательство «Вестник Омского университета», 2012.
3. Рогозина В.В., Иванова Н.Г. Тенденции инновационного развития электроэнергетики России: М.: Издательство «Успехи в химии и химической технологии», 2017.

В электроэнергетике инновационный путь развития - объективная необходимость. Без современных ИТ-систем решать задачи развития отрасли сегодня все труднее, а в будущем и вовсе станет невозможно.

По оценкам Центра стратегических разработок РФ (ЦСР), технологический уклад в электроэнергетике на настоящий момент достиг предела своей эффективности. В ближайшие пять лет в тех сферах, где предъявляются повышенные требования к доступности, надежности и качеству энергоснабжения, цифровизация станет абсолютной необходимостью.

Digital-решения в электроэнергетике позволяют как оптимизировать использование существующей инфраструктуры, так и включить в процесс генерации и распределения новейшие системы накопления энергии, решения с регулируемым потреблением, а также системы, применяемые для организации энергетических сервисов в непосредственной близости к потребителям и базирующиеся на инфраструктуре распределительных сетей 110 кВ и ниже.

Рассмотрим основные тренды инноваций в энергетике, влияние которых в отрасли либо уже заметно, либо проявится в ближайшем будущем.

1. IoT повышает КПД электростанций

По оценкам PwC, при внедрении интернета вещей в сетевом комплексе электроэнергетики России следует фокусироваться на улучшении контролируемости подстанций, линий электропередачи и других элементов сети за счет дистанционного мониторинга. Такие проекты помогут снизить затраты на эксплуатацию и ремонт, параллельно предотвращая технологические и коммерческие потери.

Что касается сферы производства электроэнергии, то там применение IoT позволит уменьшить расход топлива, на закупки которого в настоящее время приходится более половины операционных затрат станций. Общий же экономический эффект от внедрения IoT в электроэнергетике до 2025 г., по прогнозам экспертов, достигнет 532 млрд руб., из которых 180 млрд составят предотвращенные потери энергии.

Решения на основе IoT в сфере энергетики все чаще сочетаются с функционалом искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения для обработки и анализа массивов больших данных, генерируемых в процессе работы оборудования. Технологии помогают выявить неочевидные закономерности в работе объектов, буквально «услышать» предприятие и выстроить на основе этой информации диалог на новом уровне. В мировой практике уже появляются электростанции, способные эффективно контролировать и управлять основными рабочими процессами в полностью автономном режиме с помощью инструментов сбора и анализа данных. К примеру, возможностей ИИ и машинного обучения вполне достаточно, чтобы справиться с мониторингом и настройкой газовых турбин, - уже на тысячах предприятий по всему миру эти задачи так или иначе автоматизированы.

Из примеров успешных IoT-проектов в российской электроэнергетике можно привести проект в «Интер РАО Электрогенерация». Внедренная в компании система сбора, передачи и расчета технологической информации (ССПРТИ) помогает сокращать пережоги топлива и повышает надежность работы. Срок окупаемости проекта оценивается в 5-7 лет с учетом того, что система позволяет экономить на топливе 130 млрд руб. ежегодно.

Там, где отсутствует техническая возможность установки датчиков, задача решается за счет снабжения персонала системами eSOMS (electronic Shift Operations Management System, электронная система управления сменой по эксплуатации). Корпорация «Росэнергоатом» внедрила такие решения на Смоленской и Воронежской АЭС, где с их помощью удалось оптимизировать задачи обхода объектов, составления отчетов и сверки исторических данных с возможностью создания прогнозных моделей.

2. Роботизация создает безопасную среду

В электроэнергетике растут инвестиции в создание нового уровня безопасной рабочей среды для персонала электростанций, и одно из передовых направлений здесь - ввод в коммерческую эксплуатацию роботов, устойчивых к экстремальным условиям труда и управляемых дистанционно. Подобные решения также завязаны на технологиях ИИ/IoT, а в последнее время к их возможностям добавляется функционал дополненной реальности (AR), с помощью которого изображение с камер на роботе получает интерактивную составляющую.

Популярное применение роботов - мониторинг инфраструктуры с помощью дронов

На Западе разрабатываются и внедряются роботы, выполняющие функции диагностики и обслуживания высоковольтных ЛЭП. Такие механизмы подвешиваются к проводам линии, а их действиями с земли с помощью контроллера управляет оператор. Роботы снабжены датчиками и видеокамерами, позволяющими выявлять проблемные участки на проводах.

В районах с длительным зимним периодом используются роботы-очистители, убирающие с ЛЭП снег и наледь, причем некоторые модели способны раскручивать и закручивать болты и гайки, снимать с проводов инородные предметы. Роботизируются и АЭС: например, роботам отдают задачи проверки первичных контуров реакторов с помощью ультразвука.

3. Электросети и подстанции «умнеют»

Проблема непрерывной работы электросетей остается нерешенной во всем мире: даже в относительно благополучных в этом смысле странах 100%-ной отказоустойчивости сетей достичь не удается. В США этот показатель составляет 99,97%, всего несколько сбоев за год могут привести к убыткам в $100-150 млрд.

Для решения этой проблемы используются технологии семейства Smart Grid - «умная электросеть». По сути, это менее централизованная, более управляемая автоматизированная инфраструктура, построенная на основе нескольких активно развиваемых сегодня концептов. В их числе - продвинутая инфраструктура для учета потребления (Advanced metering infrastructure, AMI) и различные решения для визуализации распределения нагрузок и доступного ресурса сети в реальном времени.

Первая концепция предполагает мгновенный расчет стоимости потребленного предприятием или домохозяйством энергоресурса, вплоть до вывода точной стоимости суточного расхода на специальную панель или на мобильные устройства потребителей. Вторая заключается в создании и использовании интерактивной панели управления ресурсами сети, которая в реальном времени оптимизирует распределение нагрузки для предотвращения блэкаутов.

В России технологию Smart Grid внедряют «Россети» в рамках 10 пилотных проектов: это собственное решение компании, которое, как ожидается, позволит сократить потери электроэнергии на 225,3 млн кВтч и достичь уровня оптимизации ремонтов на сумму 35,8 млрд руб.

Одну из первых «цифровых» подстанций (ПС) 110 кВ открыла МРСК Сибири в Красноярске в 2018 г. ПС выполнена на базе программно-технического комплекса iSAS - интегрированной системы защиты и управления подстанцией для обеспечения релейной защиты, противоаварийной автоматики и АСУ. За счет цифровизации удалось уменьшить количество кабеля различного назначения в 10 раз: со 150-160 км до примерно 15 км. В целом подстанция стоила на 5% дешевле аналогов предыдущего поколения, а в перспективе, учитывая повышение надежности ее работы за счет высокой степени автоматизации, нового качества мониторинга и управляемости, а также благодаря отсутствию оперативного персонала, за 30 лет эксплуатации ПС должна дать экономический эффект около 75 млн руб.

4. Автоматизация ТОиР идет полным ходом

Ремонтные работы и техническое обслуживание объектов (ТОиР) - одна из базовых составляющих бизнес-процессов крупнейших системообразующих компаний в сегменте энергетики. Направление FSA (системы автоматизации сервисного обслуживания в полевых условиях) сегодня можно назвать одним из наиболее динамично развивающихся в электроэнергетике - ИТ-решения в этой сфере позволяют оперативно получать данные о статусе задачи после выезда бригады на объект, избегать дублирования задач при фиксации дефектов сети, усиливать контроль за выполнением работ и удалять типичные недочеты из рабочих процессов сервисных инженеров и ремонтных бригад.

Автоматизация обслуживания в полевых условиях - одно из самых динамично развивающихся направлений

Современные решения в этой области имеют широкие возможности масштабирования и интеграции с другими промышленными информационными системами: ERP, EAM и СMMS, поддерживают совместимость с мобильными платформами (Android, Windows 8.1/10), NFC-совместимы и обеспечивают оперативный обмен данными по любым каналам беспроводной связи в режиме реального времени.

Такую систему в конце 2018 г. начало использовать в своей практике ПАО «Кубаньэнерго», подключив к ней около 800 сотрудников.

5. Мониторинг становится централизованным

В сегменте теплоэлектростанций и гидроэлектростанций высока востребованность и актуальность решений для централизованного мониторинга технического состояния энергетических блоков, соблюдения правил промышленной безопасности и контроля работы персонала.

Понятно, что диспетчерские залы на таких объектах существовали всегда, но настоящее воплощение концепции централизованного мониторинга стало возможным сравнительно недавно благодаря развитию протоколов обмена данными (FC, iSCSI и др.), в совокупности позволивших надежно связать территориально удаленные системы мониторинга с центральным пунктом. Важную роль в развитии централизованного мониторинга сыграли и технологии виртуализации, которые позволяют снижать нагрузку на локальные ИТ-ресурсы объекта, а критически важные задачи работы с данными решать в удаленном ЦОДе.

Существенный рост производительности систем мониторинга дало и развитие ПО в этом направлении: в состав софтверных решений для таких систем сегодня входят современные средства управления знаниями, MDM, AR и другие компоненты, позволяющие эффективно отслеживать, выявлять возникающие инциденты и реагировать на них.
* * *

Искусственный интеллект, IoT и другие технологии цифровизации в сочетании с вычислительными мощностями современных ИТ-платформ обладают огромным потенциалом для высвобождения скрытых и нерационально используемых ресурсов на самых разных участках производственного цикла энергетической отрасли. На этапе добычи сегодня уже применяются самые современные ИТ-решения (например, «цифровые двойники» скважин и месторождений), эволюция в том же направлении сферы генерации и распределения электроэнергии вытекает из общей логики процесса и дополняет его. Хочется надеяться, что перечисленные инновации помогут отрасли избежать новых глобальных встрясок.

Михаил Егоров, заместитель генерального директора по стратегическому развитию, «АйДи - Технологии управления»

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) с каждым годом становятся все более заметными в мировой энергетике. В США и странах Евросоюза доля ВИЭ в общем объеме производства в 2010 году составила 11% и 9,6%, соответственно. И по прогнозам к 2020 году она вплотную приблизится к 25%. При этом количество энергии, вырабатываемой ВИО, возрастет в странах Евросоюза в 3,8 раза, а в США - в 22,5 раза.

Развитие возобновляемых источников энергии в России находится на ранних этапах. В 2010 году доля возобновляемой энергетики в общем объеме производства составила 0,9% с установленной мощностью в 2,1 ГВт. К 2020 году доля ВИЭ возрастет до 4,5% с установленной мощностью в 25 ГВт.

Несмотря на серьезные проблемы, ограничивающие рост использования ВИЭ в России, существуют существенные предпосылки для их активного развития.

Использование возобновляемых источников энергии играет важную роль в развитии распределенной энергетики .

Распределенная энергетика является приоритетной сферой экономически эффективного практического использования ВИЭ в России. В этой сфере установки на ВИЭ уже сегодня могут успешно конкурировать с традиционными энергоустановками.

Потенциальные масштабы возможного эффективного использования ВИЭ в сфере распределенной генерации уже сегодня измеряются гигаватами. Наряду с законодательной и финансовой поддержкой развития ВИЭ в централизованной энергетике, государственная политика должна учитывать и стимулировать развитие ВИЭ в регионах в сфере распределенной энергетики.

Ключевые предпосылки развития распределенной энергетики с использованием ВИЭ:

• 2/3 территории страны расположены вне сетей централизованного энергоснабжения: население около 20 млн чел., районы с наиболее высокими ценами и тарифами на топливо и энергию (более 25 руб./
• кВтч);
• Более 50% регионов страны энергодефицитны: завоз топлива, импорт электроэнергии – задача повышения региональной энергетической безопасности;
• Газифицировано около 50% населенных пунктов, а в сельской местности - менее 35%.

Рассмотрим различные технологии возобновляемой энергетики.

Среди основных проблем солнечной энергетики можно выделить непостоянность и непредсказуемость основного источника энергии, зависимость от погодных и климатических условий, и обусловленная этим необходимость в накопителях энергии или дополнительных источниках энергии. Существенными недостатками являются высокая стоимость фотоэлектрических систем (ФЭС) с учетом необходимости в накопителях и обратных преобразователях переменного тока (до 50% от общей стоимости системы), сравнительно низкий КПД (от 4-5% до 20% для традиционных фотоэлектрических модулей (ФЭМ), и до 40% для концентрирующих ФЭМ) и низкая энергоемкость (~8-12 м2/кВт), вследствие чего под ФЭС требуются большие территории (Таблица 1).

Наиболее перспективными из перечисленных выше технологий являются:

• Усовершенствованные неорганические тонкопленочные ФЭМ - Сферические ФЭМ на основе селенида меди-индия (CIS) и тонкопленочные поликристаллические кремниевые ФЭМ;
• Органические ФЭМ (в том числе фотосенсибилизированные красителем ФЭМ на основе органических полимеров);
• Термо-фотоэлектрические (TPV) ячейки с узкой запрещенной зоной (low gap-band).

Основные исследования в области развития фотоэлектрических технологий направлены на снижение себестоимости фотоэлектрических модулей за счет:

• Повышения КПД фотоэлектрических модулей I-го и II-го поколения:
• Снижения потребления материалов – использования пленочных ФЭМ;
• Повышения энергоемкости – уменьшения поверхности ФЭМ;
• Использования органических материалов взамен дефицитного сырья (такого как серебро, индий, теллур, свинец и кадмий);
• Снижения стоимости и сроков окупаемости ФЭМ (Рисунок 1);
• Использования более тонких и эффективных фотоэлектрических пластин;
• Использования поликремневых заменителей (например, металлургического кремния).

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика является одним из наиболее популярных и быстро развивающихся направлений альтернативной энергетики. Тем не менее, её распространение так же ограничивается непостоянностью ветра, как источника энергии, нарушением эстетического пейзажа ввиду установки огромных 100-метровых ветровых мельниц и сложностями с подключением к существующим сетям ввиду отдаленности наиболее благоприятных территорий для установки ветрогенераторов от существующей инфраструктуры. Стоимость ветряной турбины составляет около 80% от общей стоимости ветрогенератора, и поэтому основные усилия по снижению себестоимости ветряной энергии направлены на снижение расходов на производство турбин.

Среди основных направлений развития технологий в ветроэнергетике выделяются следующие:

Увеличение генерирующего потенциала:

• Увеличение размеров турбин (см. рис.);
• Увеличение высоты турбинных башен;
• Использование оффшорных ветров и ветров на больших высотах;

Улучшение материалов:

• Снижение зависимости башенных конструкций от стальных элементов;
• Снижение веса пропеллеров (использование углеродных волокон и высокоинтенсивного углепластика);

Улучшение системы привода (редуктор, генератор, электроника) :

• Развитие технологии сверхпроводников для более легких и эффективных электрогенераторов;
• Использование постоянных электромагнитов в электрогенераторах.

Среди новых перспективных разработок выделяются:

Летающие ветряные турбины:

Makani Airborne Wind Turbine - на 90% легче традиционных турбин, запускается с использованием электрического двигателя, способна генерировать электричество на низких скоростях ветра;

Altaeros Airborne Wind Turbine - использует наполненную гелием оболочку для подъема на большие высоты;

Magenn Air Rotor System (M.A.R.S.) - MARS улавливает энергию ветра на высоте от 200 до 300 метров, а также струйные потоки воздуха, возникающие практически на любой высоте;

Генерация на ветрах низких скоростей

Wind Harvester - новая модель ветрогенератора основывается на возвратно-поступательном движении с использованием горизонтальных аэродинамических поверхностей;

Ветряная линза

Ветряная линза (Япония, университет Кюсю) - направленное внутрь изогнутое кольцо, располагающееся по периметру окружности, описываемой лопастями турбины при вращении. Увеличивает мощность ветряной турбины втрое при одновременном уменьшении уровня шума, имеет наибольший потенциал использования в открытом море;

Ветряные турбины с вертикальной осью

Windspire - вертикальная турбина высотой около 10 метров и шириной

около полутора метров, применима к использованию в городских

условиях (Рисунок 4).

Наиболее перспективными технологиями в ветроэнергетике станут те, что

позволят снизить зависимость их эффективности от размеров турбин,

как, например, Wind Harvester или Windspire .

Makani Airborne Wind Turbine

Altaeros Airborne Wind Turbine

Биоэнергетика

Несмотря на высокое распространение производства тепловой и электрической энергии из биомасс, технология выработки энергии из них имеет ряд проблем:

• Необходимость земельных и водных ресурсов для выращивания, конкурирует с производством пищевых продуктов;
• Вредные выбросы при сжигании (NOx, сажа, зола, CO, CO2);
• Сезонный характер роста некоторых культур;
• Проблемы масштабирования генерирующих мощностей.

Наиболее перспективные направления развития технологий в биоэнергетике:

• Совместное сжигание смесей биомассы с традиционными видами топлива (наиболее дешевая технология на данный момент - Рисунок 6);
• Использование новых видов топлива из биомасс, включая различные бытовые и промышленные отходы;
• Переоборудование существующих генерирующих мощностей на углеводородном топливе под использование биомасс;
• Повышение теплоотдачи пеллет биомассы за счет сушки;
• Интегрированная газификация биомасс с топливными ячейками.

В приливной и волновойэнергетике используетсякинетическая энергия воды.Основное отличие состоитв том, что в приливнойэнергетике используетсяэнергия морских приливови отливов за счет перепадав уровне воды, тогда как вволновой энергетикеиспользуются водныетечения и колебания волн.

Основные барьеры на пути распространения данного вида альтернативной энергетики

• Высокие капитальные затраты на строительство (от 2,5 до 7 млн. евро за 1 МВт установленной мощности);
• Географическая привязка к береговой линии и удаленность от существующих электрических сетей;
• Негативное влияние на окружающую среду;
• Зависимость от природных явлений;
• Дороговизна и сложность техобслуживания;
• Быстрый износ генерирующего оборудования под воздействием воды.

Среди общих направлений технологических исследований в области приливной энергетики выделяются следующие:

Усовершенствование приливных плотин:

• Повышение эффективности генераторов на приливных плотинах;
• Улучшение антикоррозийных свойств материалов;

Использование приливного течения:

• Генерация электроэнергии непосредственно от течения воды во время
• приливов (а не от перепада в уровне воды между приливами и
• отливами);
• Исследования в области различных видов турбин (горизонтальных и
• вертикальных) для преобразования энергии приливного течения;
• Исследований новых, не турбинных технологий;

Модернизация фиксаторов преобразователей приливного течения:

Якорная стоянка на гравитационном фундаменте или забивных сваях, плавающие платформы, закрепленные с помощью причальных линий.

Наиболее перспективные новые технологии и разработки в области приливной энергетики:

• Использование мостов в качестве приливных электростанций, например, проект компании Bluenergy (см.рис.);
• Колеблющееся подводное крыло (применяет вместо вращающихся элементов плавники (крылья), которые приводятся в движение течением);
• Системы с использованием трубки Вентури (например, Rotech Tidal Turbine – двусторонняя турбина с горизонтальной осью, расположенная внутри симметричной конической трубки Вентури, преобразует энергию океанического течения в электроэнергию);
• Магнитогидродинамические системы (MHD) (Концептуальная технология, использующая криогенно охлажденную сверхпроводящую электромагнитную катушку, размещенную на морском дне, где проходящие приливные волны используются для выработки энергии).

В волновой энергетике большинство исследуемых технологий все еще находится на стадии разработки или экспериментальных испытаний:

• Усовершенствование технологий осциллирующих водяных колонн (OWC) (например, снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии за счет применения маховиков и силовой электроники);
• Развитие технологии уровневых уловителей (point absorber) на плавучих буях (в т.ч. применение различных способов отбора мощности (механических, гидравлических, электромагнитных));
• Усовершенствование технологий переливных турбинных генераторов типа WaveDragon (Повышение КПД и снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии).

Среди новых и уже испытуемых технологий можно выделить следующие наиболее перспективные проекты:

• Волновые аттенюаторы (например, Pelamis Wave Energy – преобразователь волновой энергии в виде змеевидных устройств, наполовину погруженных в воду - см. рис.)
• Волновые генераторы на принципе обратного маятника (Inverted Pendulum, например, bioWAVE™, в котором ряд поплавков или лопастей взаимодействует с колеблющейся морской поверхностью (потенциальной энергией) и подводными течениями (кинетической энергией), конвертируя энергию волн в электричество специальным конвертирующим модулем);
• Генераторы с жидким/газообразным рабочим телом (включая SDE Wave Power, использующий гидродинамическую энергию волн для приведения в движение пистонов в гидравлическом моторе или Archimedes Wave Swing-III ряд устройств из множества уловителей волновых колебаний на гибкой мембране, конвертирующих энергию волн в пневматическую энергию посредством сжатия воздуха в каждом устройств).