Недавно ассоциация "Глобальная энергия" подготовила доклад о десяти новых идеях и направлениях в энергетике. Документ содержит анализ и перспективы наиболее привлекательных технологий.
«Несмотря на то, что в настоящее время энергетическая политика многих государств претерпевает значительные изменения и приоритеты на ближайшую и среднесрочную перспективу могут меняться. В обозримом будущем спрос на доступные и надежные источники энергии по-прежнему будет расти и, согласно оценкам экспертов, увеличится на 37% к 2040 году», - приводятся в докладе слова Александра Новака, заместителя Председателя Правительства РФ.
Согласно прогнозам, глобальное распределение спроса на энергию резко изменится: с одной стороны — стагнация в Европе, Японии, Корее и Северной Америке, с другой стороны — бурный рост в Азии, а также в Африке, на Ближнем Востоке и в Латинской Америке. С этого момента Индия, Юго-Восточная Азия, Ближний Восток и часть Африки к югу от Сахары станут основными локомотивами роста мирового энергетического спроса.
В докладе продолжено описание технологий использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые являются одним из важнейших компонентов низкоуглеродной экономики, продолжают быстро развиваться и остаются популярными. Но также внимание фокусируется на новых материалах и химии, что отражено в следующих главах: «Литий-воздушные аккумуляторы», «Протонообменные мембранные топливные элементы», «Биоинспирированные и биомиметические самовосстанавливающиеся материалы», «Устойчивая бумажная электроника и нейроморфные бумажные чипы».
«Одной из немногих возможных крупномасштабных мер по сокращению выбросов углекислого газа станет атомная энергия. Начиная с 1971 года, использование атома позволило избежать выброса в атмосферу около 56 гигатонн углекислого газа, что соответствует почти двухлетнему общему объему мировых выбросов загрязняющих веществ при сегодняшнем уровне. Экологичным этот вид энергии делает и технология повторного использования ядерного топлива, речь о которой идёт в главе «Переработка радиоактивных отходов и быстрые ядерные реакторы», - отмечает Александр Новак.
В части доклада о производстве электроэнергии говорится, что как правило, технологии здесь предполагают сжигание углеводородов попутного нефтяного газа и не обеспечивают существенного снижения эмиссии парниковых газов по сравнению с сжиганием. С точки зрения декарбонизации, снижение возможно при замене угольных электро- и теплостанций, дизельных установок, для которых эмиссия существенно больше. Самым существенным преимуществом является низкая цена самого попутного нефтяного газа по сравнению с альтернативными топливами, которые надо было бы завозить на месторождение с низкой доступностью транспортной инфраструктуры (в частности, дизельное топливо для дизельгенераторов), относительная зрелость технологии и наличие простого в использовании оборудования. Капитальные затраты здесь сравнительно не высоки.
Как правило, для производства электричества используются газовые микротурбины сравнительно небольшой мощности, требующие компримирования газа лишь в 3-4 бар и низкую теплоту сгорания газа (не менее 24 MДж/нм3) мощность от 5 МВт. КПД таких турбин как правило составляет около 30%. При добавлении паровой турбины, использующей дополнительное тепло сгорающих газов, обеспечивают достижение КПД около 50%.
Альтернативой газовым турбинам могут быть двигатели внутреннего сгорания на газовом топливе (мощность до 30 МВт, КПД 40-50%), генерирующие системы на основе цикла Ранкина с органическим теплоносителем, генераторы Стирлинга, термоэлектрические генераторы.
Кроме того, в ряде случаев имеет смысл использование топливных элементов на метане, а для генерации тепла — специальных горелочных устройств. Для большинства существующего оборудования генерации электричества требуется удаление кислых газов и большей части углеводородов тяжелее метана, что увеличивает расходы. Без удаления этих соединений в случае газовых турбин возможно образование значительных количеств сажи и выход их из строя.
Альтернативой может служить не только удаление таких компонентов, но и процессы их химического превращения: предреформинг или окислительная конверсия в попутном нефтяном газе углеводородов, отличных от метана с образованием смеси синтез-газа и метана, а также создание/использование генерирующих систем, способных использовать в том числе и углеводородов С2+ и устойчивых к коксованию.
Существуют и ряд других проблем, связанных прежде всего с постепенным уменьшением газового фактора и возможными резкими колебаниями поступления газа, и само оборудование должно обеспечить работу и в этих случаях.
Наконец, с точки зрения использования попутного газа для генерации электричества и вместе с ним тепла, основное ограничение связано с потребностями отдаленных месторождений в энергии: как правило эта величина составляет всего 30% от общего количества добываемого попутного газа. Большие объемы выработки электричества требуют подключения к энергосистеме региона соответствующий инфраструктуры, в ее отсутствие применимость такого подхода ограничена.
Авторами глав доклада выступают состоявшиеся учёные, чьи имена признаны в мировом экспертном сообществе. Однако будущее энергетики не представляется возможным без поддержки тех, кто сейчас только начинает свою карьеру: талантливых специалистов и исследователей, на чьих научных изысканиях и открытиях будут строиться технологии будущего. Именно поэтому глава финалистов программы «Молодой учёный 4.0», которую проводит ассоциация «Глобальная энергия», также заняла свое место в докладе.