Группа Скифы: другие произведения.

Энергетика будущего

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс "Мир боевых искусств. Wuxia" Переводы на Amazon!
Конкурсы романов на Author.Today
Конкурс Наследница на ПродаМан

Устали от серых будней?
[Создай аудиокнигу за 15 минут]
Диктор озвучит книги за 42 рубля
Peклaмa
Оценка: 5.59*11  Ваша оценка:

Аннотация.

Смотрите также сайт www.alter-energy.ru

Ограниченность запасов нефти в совокупности с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления приведет к существенным структурным, технологическим и иным изменениям в топливно-энергетической отрасли, а следом и во всей мировой экономике в период до 2030 года.

Начало этих изменений положено уже сейчас. Новости последних месяцев указывают на изменение приоритетов инвестиционной активности крупных корпораций и национальных правительств.

Однако процессы, которые сейчас явно себя проявили, начались гораздо раньше. Они тесно связаны с разработкой новых технологий в области топлив и энергетики. Можно сказать, что к настоящему моменту стратегия крупных корпораций, финансовых групп и национальных правительств уже в значительной степени сформирована. Политические события последнего времени, а также скачок цен на нефть лишь сделали эти процессы более явными.

Есть все основания полагать, что проявившие себя тенденции будут лишь развиваться и углубляться.

Все это может в ближайшие годы существенно сказаться на:

- мировом рынке топлив и электроэнергии

- рынке инвестиций

- рынке новых технологий и инновационных проектов

- топливно-энергетическом комплексе России

- доходных статьях бюджета РФ

- геополитическом положении России в мире

Обсуждению этих вопросов и посвящен предлагаемый обзор.

Часть 1. Энергетическое будущее мировой экономики

1.1 Структура мировой энергетики к 2020 году и перспективы нефтяной и газовой отраслей

Каких бы высот ни достигла современная индустриально-технологическая цивилизация к настоящему моменту, и какие бы радужные перспективы автоматизации нашей сумасшедшей жизни в каменных лабиринтах мегаполисов ни рисовали нам компании-производители электронной техники, стоит исчезнуть колоссальному потоку энергии, питающему нашу цивилизацию - и мир остановится.

Поток энергии движет цивилизацию, в стальных жилах гигантского индустриального организма бежит черная кровь - нефть.

События последнего времени указывают нам на серьезные грядущие изменения. Цены на "кровь цивилизации" растут небывало высокими темпами. Это происходит на фоне драматических событий на политической сцене - война в Ираке, международный терроризм, обострение противоречий между Западным миром и остальными странами (которым и принадлежит большая часть нефтяных запасов).

То, что происходит сегодня - это с одной стороны результат вырвавшихся на свободу политико-экономических противоречий второй половины 20 века, с другой стороны - предвестник глубоких структурных изменений.

В настоящее время нефть является основным сырьем для производства топлив для автомобильного, авиационного, морского и частично железнодорожного транспорта. Существенна роль тяжелых фракций нефти (мазутов) для поддержания устойчивой работы угольных теплоэлектростанций, доля которых в производстве электроэнергии доходит в настоящее время до 40%. Кроме того, многие теплоэнергетические установки малого и среднего масштаба, такие как, котельные, различного рода технологические печи и т.д. также работают на продуктах переработки нефти.

По прогнозам при нынешних темпах роста мирового потребления энергии максимум добычи нефти придется на период между 2010 и 2020 годами. При этом значительная доля спроса на энергию все равно не будет удовлетворена. Дальнейшая активность в области нефтедобычи будет смещаться в сторону освоения так называемых

oil sands, однако их добыча и переработка в жидкие углеводородные топлива требует значительных капиталовложений, что ни коим образом не будет способствовать снижению цен на топливо.

К 2020 году более 90 % населения Земли будет проживать в мегаполисах. Это приведет к драматическому росту потребления электроэнергии, по некоторым оценкам более чем в 2 раза. Задача реструктуризации энергетической отрасли и снижения себестоимости электроэнергии является уже в наши дни более чем актуальной.

Главным перспективным направлением в настоящий момент является увеличение относительной доли природного газа в производстве электроэнергии. Это обусловлено доступностью природного газа и большими разведанными запасами во многих регионах мира, относительной легкостью добычи, возможностью транспортировки, как по газопроводам, так и в контейнерах в сжиженном виде (морская транспортировка танкерами), высокими теплотворными характеристиками газового топлива, высокой надежностью соответствующего теплоэнергетического оборудования (по сравнению, например, с оборудованием для угольного топлива) и возможностью повышения эффективности теплоэнергетических циклов за счет использования газовых турбин с более высоким коэффициентом полезного действия, чем паровые турбины. Также представляется целесообразным перевод на газовое топливо технологических печей стекловарной, металлургической и других отраслей промышленности. Так в северных штатах США такой переход к настоящему моменту завершен уже на 80%.

В русле указанных выше тенденций следует рассматривать и заключенное недавно соглашение между РАО "Газпром" и Petro Canada о поставке природного газа в США уже в 2009, а также интенсификацию переговоров между РАО "Газпром" и Shell по поводу участия российской компании в разработке месторождения "Сахалин-2".

На нижеследующей диаграмме представлены прогнозные тенденции развития мировой энергетики к 2020 году по сравнению с 2000 годом.

Относительная доля угля уменьшится до 35 %, однако на фоне общего увеличения энергопотребления роль угольных электростанций будет возрастать. Их низкая эффективность в нынешнем виде приводит к необходимости модернизации существующих и разработке новых тепло - агрегатов на угольном топливе. Доля ядерной энергетики будет снижаться, поскольку не предполагается строительство новых крупных ядерных электростанций главным образом по соображениям экологической безопасности.

Также не планируется существенных изменений в структуре гидро- энергетики. К "другим" видам относится производство электроэнергии за счет ветра, геотермальных источников, а также использования в качестве топлива отходов сельскохозяйственного производства и муниципального мусора.

Итак, природный газ - это, наряду с углем, источник электроэнергии в будущем. Однако при выходе мировой энергетики на прогнозируемый уровень производства энергии запасов природного газа хватит на 60-80 лет. Представляется перспективным использование в дальнейшем природного газа из карбогидратов, являющихся составной частью отложений на морском дне. В случае успеха коммерциализации технологии получения природного газа из карбогидратов, их запасов хватит более чем на 100 лет.

В сравнении с природным газом, и тем более с нефтью, запасы каменных углей и горючих сланцев весьма велики. Однако уголь не является "удобным" топливом. Наряду с древесиной, сельскохозяйственными отходами и муниципальным мусором он относится к категории solid fuels или bad fuels в английской терминологии. Прогресс в разработке технологий газификации твердых топлив может поставить уголь в технологическом смысле на одну ступень с природным газом.

Выше мы обрисовали общемировые тенденции. Текущая ситуация и перспективы топливно-энергетической отрасли в различных странах имеет, разумеется, свои особенности. Так в ряде штатов США, таких как Индиана, Пенсильвания и т.д. приняты местные программы поддержки и развития угольной отрасли, поэтому развитию технологий газификации углей и производству энергии и топлив на этой базе там будет уделяться повышенное внимание. В Бразилии, где велики объемы сельскохозяйственного производства, а как импортная, так и собственная нефть дорога, большое внимание уделяется использованию этанола - продукта переработки сельскохозяйственных отходов.

Весьма перспективным и неоднозначным является рынок энергии и топлив в Китае в связи с быстрым развитием экономики этой страны и ростом энергопотребления. На китайском рынке будут соседствовать в ближайшее время все виды топлив и технологий производства электроэнергии.

1.2 Проблема топлива для транспорта. Синтетические топлива и

водородные топливные элементы

Если уменьшение запасов нефти и может быть компенсировано увеличением использования газа при производстве электроэнергии, то топливо для транспорта остается при этом серьезной проблемой.

Хотя двигатели внутреннего сгорания на сжиженном природном газе разработаны и практически опробованы, повсеместный переход на них не представляется вполне экономически выгодным. Существующие технические решения, производственные мощности автомобилестроения и перспективные проекты, а также инфраструктура топливо-заправочных станций, доставки и распределения топлива - все это ориентировано на жидкое топливо с температурой замерзания примерно -40 С и температурой кипения в районе 70-80 С. Автомобильному транспорту необходимо жидкое топливо.

Выходом является использование синтетических жидких топлив, к числу которых относятся:

Octane C8H18 CH3(CH2)3CH3
Toluol (Methylcyclohexane) C7H14 C6H5CH3
Ethylbenzol C8H10 C6H5CH2CH3
Isopentane C5H12 CH3CH(CH3)CH2CH3
Isobutane C4H10 CH3CH(CH3)CH3
Ethylmethylether (EME) C4H10O CH3OC2H5
Dimethylether (DME) C2H6O CH3CH2OH
Methanol CH3OH
Ethanol C2H5OH CH3CH2OH

Основой получения синтетических топлив является синтез - газ, представляющий собой смесь в различных пропорциях водорода и моно - оксида углерода (угарного газа). Поток газа направляется на катализаторы (как правило, металлические на основе никеля, палладия, кобальта и т.д.). Наиболее разработанной является так называемая технология Фишера - Тропша, позволяющая получать из синтез - газа метанол, этанол и другие жидкие горючие органические соединения.

Альтернативный способ получения метанола основан на использовании специальных бактерий и дрожжевых культур, способных перерабатывать насыщенные влагой органические смеси. Этот способ применяется для получения метанола или этанола из отходов сельскохозяйственного производства или сточных вод городской канализации. Доля этого способа не будет значительной в обозримом будущем, однако в ряде регионов мира, например в Бразилии, где имеются значительные объемы отходов от переработки сахарного тросника, этот метод широко применяется уже сегодня.

Основным источником получения синтетических жидких топлив является синтез-газ. В свою очередь основным сырьем для получения синтез-газа является в настоящее время природный газ. Также возможно получение синтез-газа при газификации угля и других твердых топлив, например сельскохозяйственных отходов и муниципального мусора. Последнее имеет существенное значение для экологии и организации функционирования и жизнедеятельности мегаполисов.

Технологии газификации известны с начала прошлого столетия. Чуть позже были получены первые результаты в синтезе жидких топлив из синтез-газа с использованием катализаторов. В 30 - 40-е годы прошлого столетия технологии получения синтетического бензина получили широкое применение в нацистской Германии. Ограниченность нефтяных ресурсов вынудила Гитлера использовать технологии получения синтетического топлива из угля. Топливо получалось в основном не в процессе газификации, а каталитическим реформингом ацетилена, который в свою очередь получался электродуговым пиролизом твердого угольного топлива. Немецкие компании, основанные в те годы, до сих пор работают на мировом рынке и являются одними из ведущих производителей электроплазменных установок для конверсии угля в газообразные и жидкие топлива.

Следующая страница в истории синтетических жидких топлив связана с режимом апартеида в ЮАР. Международные санкции и отсутствие собственных нефтяных запасов побудило правительство ЮАР искать решение топливных проблем на пути газификации угля. Компания Sasol Synfuels, основанная в ЮАР в средине прошлого столетия, является сегодня мировым лидером в области технологий получения синтетических топлив из угля и природного газа.

Большой интерес проявляли и проявляют к синтетическим топливам и технологиям газификации угля страны Азиатского региона в первую очередь Япония и Китай. Бурное развитие экономик этих стран и ограниченность или полное отсутствие собственных нефтяных ресурсов являются главными причинами такого интереса.

Наконец арабо-израильский конфликт начала 70-х годов и вызванный им нефтяной кризис пробудил активный интерес к указанным выше областям в западных странах и США. В последующие годы восстановление стабильного нефтяного рынка привело к снижению спроса на такого рода технологии, кроме того в то время общий уровень научно-технического развития был не вполне достаточен для их эффективного промышленного внедрения. Однако интерес к проблемам газификации и синтетических топлив поддерживался угледобывающими компаниями и администрациями угледобывающих регионов, таких как, Иллинойс, Индиана, Пенсильвания и т.д.

Сегодня в ряде стран, например в Бразилии, этанол достаточно широко используется как топливо для двигателей внутреннего сгорания. В США и других странах используются топлива, представляющие собой смесь, например, дизельного топлива - продукта переработки нефти и синтетических топлив.

В 2001 году один из специалистов по вопросам производства и использования синтетических топлив в США сказал: "DME - это очень хорошее топливо. Если бы нефть стоила $50 за баррель, производить и использовать DME было бы выгодно."

Ныне умы специалистов и политиков занимает так называемая "водородная энергетика". Предлагается получать синтез-газ из природного газа, либо как продукт газификации твердых топлив и затем либо разделять водород и СО с помощью специальных мембранных технологий, либо доокислять СО на катализаторах при взаимодействии с водяным паром для получения СО2 и водорода. Водород может быть использован непосредственно как топливо для получения электрической энергии с помощью устройств, получивших название топливных элементов (fuel cells). Причина такого интереса связана с тем, что водород принято считать топливом с высокими энергетическими характеристиками, а топливные элементы не дают вредных эмиссионных выбросов (продуктом работы топливных элементов является водяной пар). Сегодня практически в каждом крупном городе США есть несколько автобусов городского пассажирского автотранспорта, работающих на водородных топливных элементах. Однако подробный технико-экономический анализ, представленный например в [1] позволяет усомниться в широкой практической реализуемости водородной программы, по крайней мере на данном этапе развития техники и технологии. По этой причине представляется весьма целесообразным вкладывать средства и усилия в разработку топливных элементов, работающих на природном газе или метаноле (такие устройства уже известны сегодня), а также на других жидких синтетических топливах.

Возможно использование двигателей внутреннего сгорания на синтез-газе, однако их КПД не высок. Но их использование может быть выгодно в плане расширения использования автономных теплоэнергетических установок. Например в Калифорнии, где утилизация отходов животноводства представляет серьезную проблему, принята целевая комплексная программа разработки и внедрения установок средней мощности по получению тепла и электроэнергии на основе процесса газификации таких отходов.

Существует ряд перспективных направлений усовершенствования конструкции двигателей внутреннего сгорания с целью повышения их эффективности. К ним в первую очередь следует отнести системы с термохимической ре-куперацией тепла, совместное использование двигателей внутреннего сгорания и топливных элементов и т.д. Мыслмо много напралений повышения эффективности ДВС, однако необходимо создание надежного технико-экономического базиса, и в условиях сокращения нефтяных запасов этот базис связан по-видимому с производством жидких синтетических топлив.

1.3 Новые технологии в теплоэнергетике

Производство электрической энергии на теплоэлектростанциях представляет из себя процесс, когда энергия сжигаемого топлива идет на нагрев энергопередающего агента ("рабочего тела"), который вследствии теплового расширения совершает работу по вращению турбины. Электрогенератор, связанный с турбиной, вырабатывает электрическую энергию, которая передается потребителю. Таким образом тепловая энергия сжигаемого топлива преобразуется в механическую энергию вращения турбины, и затем в электрическую энергию.

В большинстве современных электростанций в качестве "рабочего тела" используется водяной пар, а в качестве топлива уголь, мазут или природный газ. Водяной пар приводит в движение паровую турбину. Согласно правилу, открытому французским инженером Карно в конце 19-го столетия коэффициент полезного действия теплового агрегата тем выше, чем больше отношение максимальной температуры рабочего тела к его минимальной температуре в тепловом цикле. Говоря иначе, для повышения КПД тепло- агрегатов необходимо нагревать рабочее тело до более высокой температуры. КПД современных электростанций на угольном топливе с использованием паровых турбин и пара в качестве рабочего тела цикла не превышает 25%. Температура пара при этом порядка 300 градусов Цельсия. Современные направления совершенствования производства электроэнергии связаны с повышением КПД (efficiency в английской терминологии) тепловых циклов посредством использования :

- сверхкритических паровых турбин с температурой пара до 500 градусов Цельсия;

- газовых турбин, в которых рабочим телом являются непосредственно газообразные

продукты сгорания топлива с температурой до 800 градусов Цельсия;

- оптимальной комбинации газовых и паровых турбин с целью максимально

эффективного использования тепловой энергии.

Наиболее эффективными вариантами сжигания угольного топлива являются в настоящее время pulverized coal burner, fluidized bed coal burner и re-circulation fluidized bed coal burner. Все перечисленные схемы сжигания угольного топлива имеют свои достоинства и недостатки и находятся в постоянном усовершенствовании. Однако использование этих схем возможно на данном этапе лишь с турбинами на сверхкритическом паре, поскольку продукты сгорания угля содержат летучую золу и капли масел, что может разрушить ротор газовой турбины. Эффективная очистка продуктов сгорания угля с помощью современных фильтров невозможна без охлаждения продуктов сгорания, что с неизбежностью ведет к снижению КПД системы.

Наиболее эффективной и технологически реализуемой представляется в настоящее время схема NGCC (Natural Gas Combined Cycle), основанная на сжигании природного газа и комбинированном использовании каскадов газовых, сверхкритических и докритических паровых турбин. Продукты сгорания природного газа также содержат твердые частицы - при горении образуется сажа, однако оптимизация процессов горения позволяет уменьшить концентрацию сажи до допустимого уровня.

Схема, основанная на использовании в качестве топлива синтез-газа - продукта газификации угля или иных твердых топлив, носит название IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) и во многом подобна NGCC.

Type Efficiency
Pulverized coal burner

with super-critical steam turbine 45 %
NGCC power plant 55 %
IGCC power plant 55 %

К достоинствам IGCC power plants следует отнести возможность варьировать долю производства электроэнергии посредством газовых турбин, работающих на синтез-газе, и долю синтез-газа, направляемого в каталитический конвертор для получения синтетических топлив. Существенной проблемой, как и в случае схем на угольном топливе, является необходимость эффективной очистки синтез-газа перед его сжиганием и направлением продуктов в газовую турбину.

Хотя pulverized coal burners также достаточно эффективны, IGCC имеют перед ними еще и то преимущество, что путем относительно небольших капиталовложений можно обеспечить возможность функционирования power plant как NGCC так и IGCC. Например, известный европейский проект ELCOGAS предусматривает возможность использования обоих режимов. С целью индустриальных испытаний концепции IGCC доля времени, когда ELCOGAS работает в режиме IGCC непрерывно увеличивается, как видно из нижеследующей диаграммы [4].

1.4 Инвестиционные проекты в области производства жидких синтетических топлив

В настоящее время в различных странах мира началась реализация нескольких крупных инвестиционных проектов по строительству заводов по производству синтетических топлив из природного газа (Gas-to- Liquid plants).

Shell заключила с Qatar Petroleum соглашение о строительстве GTL plant "Perl GTL" в Ras Laftan. Планируемая производительность завода 140000 баррелей в день. Первая очередь вступит в строй в 2009 году с производительностью 70000 баррелей в день. Размер инвестиций Shell составит $ 5 млрд. Разработка проекта поручена японской компании JGC, которая будет рабоать во взаимодействии с британской Kellogg Brown and Root (KBR). Разработка проекта потребует 500000 человеко-часов.

Проект Shell в Катаре тесно связан с совместным проектом Shell и Toyota по созданию автомобилей со сверхмалой эмиссией вредных веществ в выхлопных газах. Синтетическое топливо по технологии Shell является топливом с низким содержанием соединений серы. На исследования в области синтетических топлив в течении последнего десятилетия компания Shell потратила несколько сотен миллионов долларов.

ExxonMobil планирует инвестировать в строительство GTL plant в Катаре $ 7 млрд. Пуск завода запланирован в 2011 году, его мощность составит 154000 баррелей в день. Затраты ExxonMobil на R&D в этой области составили $ 600 млн. за последние два десятилетия.

Согласно соглашению между Qatar Petroleum и Sasol International (Южно-Африканская Республика) в 2005 году вступит в действие GTL plant в Ras Laftan с производительностью 24000 баррелей в день. Инвестиции в проект составили $ 800 млн., разработка проекта стоимостью $ 30 млн. была осуществлена британской компанией Foster Wheeler. К концу текущего десятилетия планируется увеличить производительность этого завода до 120000 баррелей в день. Природный газ для завода будет поставляться в рамках North Field ExxonMobils Enhanced Gas Utilization project.

Фирма Canadas Ivanhoe Energy закончила исследования практической реализуемости (feasibility study) для GTL plant с мощностью 156000 баррелей в день. Фирма имеет лицензию на использование технологии компании Syntroleum. Qatar Petroleum в настоящее время увеличивает свои усилия в направлении этого проекта.

Фирма Conoco обратилась к Qatar Petroleum c проектом GTL plant с мощностью 80000 баррелей в день.

Предполагаемая цена синтетического топлива составляет $ 20 за баррель. При выходе на запланированные уровни мощностей инвестиции в проекты окупятся в течении примерно 10 лет.

Sasol Synfuels совместно с Chevron планируют строительство GTL plant в Нигерии в районе Escravos Delta. Начальная мощность завода планируется на уровне 34000 баррелей в день, начальный объем инвестиций составит $ 1300 млн. В течении первых десяти лет эксплуатации планируется увеличить мощность до 120000 баррелей в день. Следует отметить, что компания Texaco, принадлежащая ныне Chevron, является патентодержателем технологии автокаталитического реформинга природного газа в синтез-газ. Данная технология (наряду с каталитическим преобразованием синтез-газа в жидкие топлива) является одной из двух важнейших составных частей GTL процесса.

Chevron и Sasol проводят в настоящее время feasibility study GTL проекта в северной Австралии с предполагаемой начальной мощностью 30000 баррелей в день. Проект планируется запустить в 2006 году. В течении первых десяти лет эксплуатации планируется увеличить производительность до 200000 баррелей в день.

Предполагается, что синтетические топлива будут поступать на рынки Европы, Индии и стран Азиатского региона. По сообщениям информационных агенств Китай ведет переговоры с правительством Катара о заключении долговременных соглашений на поставку синтетических топлив в эту страну.

Японские финансовые компании, например, Industrial Bank of Japan, проявляют крайний интерес к финансированию GTL проектов. Этот интерес поддерживается правительством Японии в рамках программы по снижению вредных выбросов от автомобильного транспорта, поскольку синтетические топлива, полученные по GTL технологиям, отличаются низким содержанием соединений серы и ароматических углеводородов.

В Южной Америке правительство Боливии планирует строительство двух GTL заводов. В 2003 году компании Ivanhoe Energy, Syntroleum и Repsol-YPF начали feasibility study проекта GTL завода с мощностью 90000 баррелей в день в Санта - Круз. Ориентировочная стоимость проекта составит $ 3 млрд. Планируются поставки синтетических топлив в Мексику, Бразилию и США.

В сентябре 2003 года GTL Bolivia и Rentech (США) объявили о совместном финансировании feasibility study GTL проекта с мощностью 10000 баррелей в день.

Неофициальные источники сообщают о работах British Petroleum по созданию GTL plant с улучшенными технологическими параметрами теплообмена и максимально эффективного использования тепловой энергии с целью снижения себестоимости синтетического топлива. Стоимость проекта составляет до $1 млрд.

Инвестиционные проекты, связанные с получением синтетических жидких топлив из угля по технологии IGCC, имеют масштабы на пару порядков меньшие, чем GTL проекты.

C 2002 года Marathon Oil и Syntroleum (США) осуществляют полномасштабный коммерческий проект по производству синтетических топлив на основе IGCC (Catoosa project) под общим руководством Department of Energy США. Начальная стоимость проекта $ 36 млн. Цель проекта - демонстрация коммерческой эффективности полного цикла технологий получения жидких синтетических топлив из угля.

Группа технологий газификации Gas Technology Institute (США, штат Иллинойс) в 2002-2003 осуществила строительство газифаера промышленного масштаба, предназначенного в частности для комплексного испытания различных технологий и оборудования для получения технологически применимого (очищенного от примесей) синтез-газа. Стоимость проекта $ 50 млн.

Из приведенных фактов видно, что GTL проеты, основанные на использовании природного газа, имеют гораздо большие объемы финансирования, чем проекты, основанные на IGCC технологиях. Однако в 2002 году Clean Coal Power Resources (США) был предложен проект IGCC power plant с электрической мощностью 2400 МВт и производительностью GTL процесса 100000 баррелей в день. Стоимость проекта предполагалась в размере $ 4.5 млрд.

В области производства синтетических топлив и новых энергетических технологий по-прежнему остается много проблем научно-технического плана, эффективное решение которых приведет к снижению себестоимости синтетических топлив и электроэнергии. Уже сегодня совокупный объем официально объявленных инвестиций в эти сферы составляет до $ 15 млрд., что сравнимо со стоимостью крупных российских компаний нефтегазовой отрасли. При доле средств, направляемых на R&D в 5-10% мы получаем сумму до нескольких миллиардов долларов, направленную на исследования и развитие технологий. Для сравнения отметим, что инициированная РАО "Норильский никель" программа исследований в области водородной энергетики составляет всего лишь $ 40 млн., однако, по мнению российской Академии наук позволит существенно поддержать российские научные учреждения.

В условиях столь существенного потенциального финансирования R&D в указанных областях следует ожидать, что западные компании смогут добиться существенного технологического прорыва, улучшить существующие технологии и добиться низкой себестоимости синтетических топлив.

1.5 Новые подходы к производству, распределению и потреблению электроэнергии.

Энергию необходимо не только производить, но и эффективно (с минимальными потерями) распределять и экономить.

Драматические события недавнего прошлого в ряде штатов США и канадских территорий, когда из-за перегрузки вышли из строя электроэнергетические сети, и на несколько часов прекратилась подача электрической энергии, вызвали к жизни серьезные вопросы о надежности систем распределения и контроля электрической энергии в промышленно-развитых странах. Дальнейшее усовершенствование систем автоматизированного контроля и распределения электрической энергии должно быть основано на новых подходах и принципах, учитывающих гигантские объемы потребляемых мощностей и возможные перегрузки. Предлагаются различные подходы к решению этих проблем, от "практических" до "экзотических" (например, с использованием нейросетей).

Определенным образом указанные выше проблемы связаны также с проблемами оптимизации энергопотребления при одновременной работе большого количества энергопотребляющих устройств. Так Department of Energy США начал работу над проектом оптимизации энергопотребления лифтов и электромоторов в США. Для решения такого рода задач предполагается широкое использование новых технологий в электронике и информационных системах, таких как распределенные системы датчиков, "mashine - to - mashine solutions" системы и других.

Значительный эффект в плане экономичного использования электроэнергии может дать использование осветительных систем нового поколения, основанных на использовании ламп на светодиодах. В отличии от ламп накаливания, которые до 90% потребляемой электрической энергии переводят в тепло и лишь 10% в свет, лампы на светодиодах имеют на порядок лучшие показатели. Представляется перспективным использование автономных источников освещения, состоящих из светодиодных ламп, солнечных батарей и аккамуляторов. Такие системы уже нашли применение в ряде мегаполисов как автономные системы для городского и магистрального освещения.

Наконец чрезвычайно важным и актуальным по ряду экологических, экономических, транспортных и гуманитарных аспектов является разработка и использование в ряде регионов земного шара автономных источников электроэнергии и тепла малой и средней мощности, работающих на локально доступном топливе, таком как природный газ, уголь, отходы сельхозпроизводства и муниципальный мусор. Такие системы основаны на процессе газификации твердых топлив с последующим сжиганием синтез-газа в стационарных двигателях внутреннего сгорания.

1.6 Стратегия High Tech Companies. Примеры

Перестройка энергетической отрасли, а вместе с ней и перестройка всей структуры мировой экономики грядет с неизбежностью. Подтверждением этому является тот факт, что крупные корпорации, для которых область топливно-энергетического комплекса не является основной, расширяют свой оборот в этих сферах.

Сравним для примера деятельность фирм GE ( 40 место в рейтинге мировых экономических субъектов (страны и международные корпорации) по объемам продаж (ВВП), объем продаж $111 630 млн.) и Siemens ( 61 место, $75337 млн. соответственно).

Подход компании Siemens к определению перспективных путей развития и стратегических направлений деятельности состоит в создании общей картины будущего на основе прогнозирования взаимосвязанного развития глобальных тенденций сегодняшнего дня, определение областей интересов компании в прогнозируемом мире будущего, и, наконец, формирование пошаговой стратегии развития с отправной точкой из сегодняшнего дня. С этой целью в компании Siemens был создан отдел Siemens Corporate Technology. В обзорной брошюре "Pictures of the Future" за 2004 год вопросам перспектив развития энергетики уделено значительное внимание.

В настоящее время Siemens разработаны и внедряются на действующих электростанциях газовые турбины, реакторы для получения синтез-газа из природного газа и агрегаты для совместного сжигания газов - продуктов пиролиза угля и природного газа (для сталелитейной промышленности).

Siemens является поставщиком турбинного оборудования и систем автоматизированного контроля технологических процессов для ряда действующих и строящихся power plants. Так Siemens принял и принимает активное участите в европейском проекте ELCOGAS. Значительна активность Siemens Power Generation Group в Китае. Ключевыми проектами здесь являются Shandong Rizhao 2x350MW, вторая ступень Fuzhou 2x350MW, Yangcheng 6x350MW, Hebei Hanfeng 2x660MW и наконец Shanghai Waigaoqiao No.2 Power plant 2x900MW с генератором на сверхкритической паровой турбине, который является крупнейшим энергопроизводящим агрегатом Китая на угольном топливе. В целом Siemens PG является поставщиком электрогенераторов для более чем 16 power plants в Китае с общей мощностью 14 135 MW.

В 2002-2003 годах компания Siemens сделала ряд инвестиций в предприятия Скандинавии и России, производящие турбины. Следует предположить, что эти инвестиции имели своей целью не только расширение производственной базы, но и развитие R&D в области создания турбин нового поколения. В России компания Siemens стала совладельцем ЗАО "Ижтел", ЗАО "Интеравтоматика", ЗАО "Интертурбо", ОАО "Силовые машины", ОАО "Калужский турбинный завод".

Компания General Electric также проявляет значительный интерес к производству и разработке газовых турбин. Так в марте 2003 года GE выиграла контракт на сумму $ 900 млн. на поставку газовых турбин для пяти китайских компаний - производителей электроэнергии. Планируется дальнейшее расширение подобной деятельности.

В России GE организовала собственный R&D отдел, а также ведет ряд совместных проектов с исследовательскими компаниями по вопросам усовершенствования газовых турбин.

К преимуществам такого рода крупных компаний как Siemens и GE, большая часть оборота которых не связана напрямую с энергетической отраслью (Siemens уменьшил инвестиции в R&D в области power generation с 15% в 2002 году до 7,5 % в 2003, общий объем инвестиций в R&D составил чуть более $5,1 млрд.) относится возможность для них сконцентрировать значительный инвестиционный потенциал на развитии какого-либо одного принципиального участка на общем фронте технологических разработок и осуществлении прорыва на нем. Подобная деятельность связана с большими финансовыми, организационными и иными рисками. Компании, оборот которых на 100% относится к энергетическому сектору, как правило, предпочитают обеспечивать равномерное развитие всех звеньев технологии и неохотно идут на разработку принципиально новых идей в одном отдельно взятом технологическом звене. Однако существенный прорыв на отдельном участке может поставить компанию в чрезвычайно выгодное положение на рынке, так, что в случае удачи, все остальные компании будут подстраивать свои технологии под новый подход.

По некоторым данным в качестве такого участка компания Siemens выбрала усовершенствование газовых турбин для технологически безопасного сжигания синтез-газа, получаемого в процессе газификации. Возможные ходы здесь связаны с объединением газовой турбины с генератором неравновесной плазмы. Использование коронного разряда для очистки от летучей золы газов - продуктов сгорания на теплоэлектростанциях (так называемые электрические персипетаторы) известно уже долгое время и имеет широкое индустриальное применение. Использование переменных (импульсных) электрических полей для обработки потока синтез-газа, направляемого в газовую турбину, позволит придать частицам летучей золы, сажи и каплям масел-продуктов газификации электрический заряд и удалить их затем из газового потока. Другой перспективный метод состоит в использовании перфорированной поверхности лопаток турбины, прокачку через микроотверстия пара и создание паровой завесы для защиты лопаток турбины от разрушения частицами летучей золы и каплями масел.

Эффективное решение проблемы очистки синтез-газа - продукта газификации твердых топлив позволит выйти IGCC технологии на первое место среди тепло- энергетических технологий и, ввиду больших запасов углей и горючих сланцев, обеспечить стабильное развитие энергетического сектора на долгий период времени.

1.7 Интересы строительных компаний

Небоскребы являются символом Северной Америки. Первые 15-ти этажные здания из железобетона были построены в начале прошлого столетия в городе Чикаго. Ныне в центре каждого крупного города США имеется так называемый Down Town, состоящий из разнообразных семидесяти- и стоэтажных зданий.

Очевидно, что такого рода комплексы зданий, сооружений, коммуникаций и транспортных сетей являют собой сложные технические объекты и системы. Строительные компании, отвечающие за строительство, эксплуатацию и реконструкцию небоскребов и вспомогательных систем, а также транспортных сетей и коммуникаций имеют большой опыт строительства и эксплуатации комплексных строительных и технических объектов и систем.

Низкая ставка рефинансирования последних лет в США вызвала в известном смысле строительный бум. Однако речь идет о работе мелких строительных компаний, строящих в основном жилью для частного сектора - "одноэтажную Америку", и, отчасти, о строительстве зданий под супермаркеты и склады товаров. При этом "гиганты стройиндустрии" - создатели небоскребов испытывают определенный дефицит заказов. Отметим лишь такой факт - недостаток средств на завершение внутренней отделки зданий привел к возникновению в среде американских архитекторов полушутливой идеи о "новом урбанистическом дизайне" предполагающем не заделанные декоративными материалами вентиляционные и иные трубы внутри зданий, открытые для обозрения посетителей.

Сегодня есть сообщения о том, что некоторые крупные строительные компании проявляют интерес к вложению средств в объекты теплоэнергетики, основанные на новых энергетических технологиях. Сегодня этот интерес осторожный. Однако необходимый проектный, научно-технический, производственный и, отчасти, финансовый потенциал для строительства, например, GTL заводов или IGCC power plants сегодня в США есть.

1.8 Выводы

В условиях высоких цен на нефть, нестабильной военно-политической ситуации в ряде нефтедобывающих регионов мира, а также потенциального значительного сокращения запасов нефти в течении следующих 20 лет, при наличии большого объема финансовых капиталов, незадействованных сегодня в инвестициях, и большого производственного, организационного и научно-технического потенциала развитые страны Запада и международные корпорации, а также ряд национальных правительств Азии, Арабского Мира и Латинской Америки будут с большой вероятностью продолжать и расширять строительство объектов типа GTL plants, IGCC (NGCC) power plants и осуществлять перевод транспорта на синтетическое топливо, а системы энергораспределения и энергопотребления на новые эффективные принципы функционирования с использованием новейших электронных, электротехнических и иных технологий.

Еще вчера представители американской компании Syntroleum говорили о том, что время синтетических топлив еще не пришло. Сегодня мировая экономика находится в одном шаге от будущего, основанного на синтетических топливах и новых энергетических технологиях.

Часть 2. Перспективы России

2.1 Тенденции ТЭК России и ее экономические и геополитические перспективы

Как заявил в одном из недавних интервью бывший министр топлива и энергетики РФ Юрий Шафранник, инвестиции, сделанные в нефтедобывающую отрасль за период истории "новой России" минимальны. Вся нефтедобыча и в значительной степени нефтепереработка в России держится на мощностях, созданных в советский период.

По сообщению ряда информационных агенств значительную часть действующих нефтяных скважин ждет в обозримом будущем истощение или снижение производительности, уменьшающее рентабельность добычи. Так появились, например, сообщения, что максимум добычи нефти будет смещаться из Западной в Восточную Сибирь, к новым месторождениям.

Газовый гигант России "Газпром" также имеет много проблем различного характера. На этот счет не раз высказывались различные мнения, общим для которых было, однако, то, что недостаток инвестиций в поддержание и обновление производственного оборудования будет приводить к снижению рентабельности газовых скважин.

"Газпром" совершает ныне определенные действия для того, чтобы включиться в процессы перестройки энергетического сектора мировой экономики. Так заключено соглашение с компанией Petro Canada о поставке с 2009 года сжиженного газа в США, идут переговоры об участии "Газпрома" в проекте "Сахалин-2", появились сообщения о намерении "Газпрома" купить один газовый морской терминал в США или Канаде, а президент РФ Путин объявил о строительстве газопровода в порт Находка, с тем, чтобы также обеспечивать поставки природного газа в США и Японию.

Однако доля всех этих проектов не столь велика в общем балансе газовой компании, и ключевым будет являться вопрос об использовании полученных средств.

В условиях масштабного строительства GTL plants в других странах мира спрос на российскую нефть может существенно снизиться, особенно в условиях, если нефтяная отрасль России будет требовать для поддержания своего функционирования серьезных инвестиций. Более того, в соответствии с планами политико-экономической элиты развитых западных стран, озвученных, например, в книге известного идеолога западного мира Збигнева Бжезинского "Слабозаселенный природный парк", Россия должна быть выведена из числа мировых игроков и разделена на сферы влияния между Западом и Востоком. При благоприятном сценарии развития новых энергетических технологий в Западном мире и указанных выше странах Азии, Латинской Америки и Ближнего Востока, правительства западных стран, и, прежде всего, США могут пойти на дополнительные организационные меры и управленческие решения, а также определенные финансовые вливания с тем, чтобы изолировать Россию как мирового экономического участника.

Далее, изменение структуры мирового энергетического сектора и потенциальное изменение себестоимости электроэнергии может привести к значительным проблемам для российских предприятий в вопросах конкурентоспособности их продукции на мировом рынке.

Мечты Бжезинского и его друзей могут воплотиться в реальность.

В настоящее время приоритетными для России являются направления по:

- перестройке ТЭК России с учетом новых условий, в том числе с учетом весьма вероятного сценария развития мирового энергетического сектора, элементы которого были описаны выше;

- установлению более тесного взаимодействия в области энергетики и топлив со странами азиатского региона, и в первую очередь с Китаем;

- интенсивному включению российских научно-технических и производственных структур в процесс как минимум R&D в области новых энергетических технологий и синтетических топлив.

Представляется очевидным, что как бы не были велики запасы российской нефти и газа, "отсидеться" в стороне от новых тенденций России не удастся. Их игнорирование может привести к серьезным негативным последствиям для нашей страны.

2.2 Цели для технологического прорыва. В чем Россия может опередить Запад

Мощнейшие экономики Советского Союза и США были созданы благодаря развитию военно-промышленного комплекса и осуществлению таких масштабных производственных и научно-технологических проектов как ядерное оружие и ядерная энергетика, ракетостроение и космическая программа.

Эксперты западных компаний, работающих в сфере энергетических технологий, высказывали автору неофициальное частное мнение о том, что противостояние дух систем служило мощным двигателем экономического, научно-технического и социального развития США.

Необходимость перестройки энергетического сектора, развития и внедрения новых энергетических технологий снова может стать для экономики и науки России тем магистральным направлением, на котором будет найден выход из сегодняшнего кризиса.

Эффективность новых энергетических технологий существенно зависит от научно-технического прогресса в ряде областей, к которым относятся например:

- проблема разработки процесса газификации твердых топлив с относительно низкой температурой синтез-газа, что позволит эффективно фильтровать синтез-газ от примесей без значительных теплопотерь и использовать его напрямую в газовой турбине;

- проблема создания более эффективных катализаторов для получения синтетических жидких топлив из синтез-газа.

- проблемы разработки мембран для фильтрации продуктов сгорания;

-проблема разработки дешевой технологии получения обогащенного кислородом воздуха;

- проблемы эффективного контроля, оптимизации и управления процессами горения газа, твердых топлив и газификации твердых топлив;

- другие проблемы.

Российская компания РАО "Норильский никель" является одним из крупнейших в мире поставщиков цветных металлов, на которых основаны большинство современных каталитических систем.

В России еще есть потенциал для фундаментальных исследований, с чем, в отличие от комплексных инженерных проектов, не вполне эффективно справляются западные исследовательские компании и научные центры.

Резюмируя, можно сказать, что в России есть все необходимые условия - финансовые, технологические и иные - для эффективного включения в процесс разработки и внедрения новых энергетических технологий.

На данном этапе необходимо проведение эффективных организационных мероприятий в этой области.

Первым шагом на этом пути должно стать создание открытого информациооно-аналитического ресурса по указанным выше направлениям, охватывающего как российский, так и зарубежный секторы.

Литература (ссылки)

1) The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak? //

Ulf Bossel, Fuel Cell Consultant; Baldur Eliasson, ABB Switzerland Ltd.; Gordon

Taylor; 2003

2) THE ALTERNATIVE FUEL PRICE REPORT //

Alternative Fuel Prices Across the Nation, June 29, 2004 Clean Cities Report

3) Есть мифология газового пространства // Интервью В. Милова газете "Время

новостей", 27 июня 2003 г

4) Pushing Forward IGCC Technology at Siemens // Frank Hannemann, Berthold

Koestlin, Gerhard Zimmermann, Siemens AG Power Generation, Erlangen, Germany

Harry Morehead, Siemens Westinghouse Power Corporation, Orlando, FL, Francisco

Garcнa Peсa, ELCOGAS SA, Puertollano/Spain, 2003 Gasification Technologies

Conference, San Francisco, California, October 12-15, 2003

В работе использована информация с Интернет-сайтов компаний RBC, Qatar Petroleum, ExxonMobil, Chevron, Syntroleum, Sasol Synfuels, Rentech, Siemens, General Electric, Foster Weeler, Conoco, British Petroleum, Gas Technology Institute, информационных сайтов Gasforum.ru, MEES, Clean Coal Power Resources, US Department of Energy


Оценка: 5.59*11  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com А.Григорьев "Биомусор 2"(Боевая фантастика) Ю.Резник "Семь"(Антиутопия) Е.Азарова "Его снежная ведьма"(Любовное фэнтези) В.Пылаев "Видящий-4. Путь домой"(ЛитРПГ) П.Роман "Ветер бури"(ЛитРПГ) К.Федоров "Имперское наследство. Сержант Десанта."(Боевая фантастика) А.Кочеровский "Баланс Темного"(ЛитРПГ) В.Соколов "Мажор 4: Спецназ навсегда"(Боевик) С.Елена "Невеста на заказ"(Любовное фэнтези) С.Нарватова "4. Рыцарь в сияющих доспехах"(Научная фантастика)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"