alternative energy

Развитие альтернативных видов энергетики и в первую очередь водородных технологий– главная экономическая национальная идея

Москва 2008

«Россия должна стать инициатором и «законодателем мод» в энергетических инновациях, в новых технологиях преобразования энергии, в поиске современных форм ресурсо- и недропользования. Россия может и должна стать альтернативным мировым энергетическим центром»

Президент Российской Федерации Путин В.В.

О ОНЭКСИМ группаО

Содержание

2

Земля, человечество, энергия

Уход от нефти и переход к водородной экономике и альтернативным источникам энергии

Виды альтернативных источников энергии

Водородные технологии

Конкурентные преимущества России в области водородных технологий

Что даст России развитие водородных технологий?

Различные виды углеводородного сырья отличаются соотношением и количеством входящих в их состав водорода и углерода

С увеличением количества водорода качество топлива повышается, снижается выброс вредных веществ в атмосферу

Эволюция топлив по мере развития цивилизации

3

1я энергетическая революцияПереход от древесины к углю

2я энергетическая революцияПереход от угля к нефти и газу

3я энергетическая революцияПереход от невозобновляемых ископаемых источников энергии к возобновляемым

Соотношение водород / углерод (H/C)

Нефть

Природный и попутныенефтяные газы

Водород

Метан

Этан

Бензин

Мазут

Лигроин

Уголь

Древесина

0 1 2 3 4 Не содержит углерода

Первый этап: в перспективе 10 лет водород получают из природного газа и угля. Достигается более высокий коэффициент полезного действия, повышается эффективность использования традиционных топлив

Земля – самодостаточная замкнутая энергосистема

4

Возможности планеты Земля ограничены:

по запасам энергоресурсов

по способности противостоять нагрузке на экологию

по посевным площадям, предельной урожайности, численности населения

Продолжение использования нефти для выработки электроэнергии и в транспортном секторе ведет:

к истощению запасов этого ценного сырья для нефтехимической промышленности

к увеличению объема выброса углекислого газа, окислов серы и азота, что приводит к серьезным экологическим последствиям

К 2030 году ожидается окончательный переход к водородной экономике.

Этот переход будет проходить в два этапа:

Второй этап: к 2030 году водород получают электролизом воды с использованием возобновляемых источников энергии и энергии термоядерных станций. Источники сырья неограниченны. Экологически чистое производство энергии


5



Сценарий 1. Переход к водородной экономике

Сценарий 2. Кризисный сценарий развития мировой экономики

Выводы






К 2030 году произойдет кардинальное изменение структуры мирового энергобаланса. Основную роль будет играть водород и альтернативные источники энергии. Значение традиционных углеводородных энергоносителей существенно снизится

Снижение роли углеводородов обусловлено:

Стремлением развитых стран к энергетической независимости

Ухудшением экологии

Повышением стоимости строительства новых добывающих мощностей и электростанций

Снижением стоимости водородных технологий и прочих альтернативных источников энергии

Водородные технологии и альтернативная энергетика вошли в стадию коммерциализации:

К 2015 году доля водорода в энергобалансе достигнет 10%, к 2030 году – 23%

К 2020 году водород в значительной степени заменит бензины и дизель в качестве моторного топлива для автотранспорта

Повышение доли водорода и альтернативных источников энергии в мировом энергобалансе обусловлено:

Доступностью сырьевых ресурсов для производства водорода

Быстрым снижением стоимости и повышением эффективности водородных технологий

Необходимостью улучшения экологической ситуации

Снижение спроса и цены на углеводородные энергоносители и переход ведущих стран на альтернативные источники энергии представляют геополитическую угрозу для России и угрозу технологического отставания

6

Статистика и прогноз мирового энергобаланса

7Источник: на основе Global Scenarios 2025, Shell, 2006

Источник: на основе Global Energy Outlook 2007, IEA

Динамика мирового энергобаланса, Дж x1017

Структура мирового энергобаланса В 2005 году доля углеводородов в мировом

энергобалансе составляла более 80%

Пик потребления углеводородов прогнозируются на 2020-2025 гг.

К 2030 году доля углеводородов в мировом энергобалансе снизится до 59%

Замещение углеводородов будет происходить за счет внедрения водородных технологий и альтернативных источников энергии

Начиная с 2030 года основным источником энергии становится водород:

К 2015 году на водородные технологии частично перейдет электроэнергетика

К 2020 году в развитых странах значительные объемы водорода будут использоваться в качестве моторного топлива для транспорта

К 2030 году доля водорода в мировом энергобалансе составит 23%

2005 г.

Ядерная энергетика

Водород

Уголь

25%

Газ

21%

Нефть

35%

Биотопливо

10%

6%

0.05%

3%

Прочие возобн.источники

2030 г.

* - в предположении, что к 2030 году водород заместит до 80% нефти в транспортном секторе и до 15% угля и газа в генерации электроэнергии

0

4

8

12

16

20

Уголь

2010 2015 2020 2025 2030200520001995199019851980

Газ

Нефть

Водород


Прочие

Ядерная энергетика

2030 г.

Уголь

Газ

Нефть


Ядернаяэнергетика

Водород*

Прочие возобн.источники

4%5%

9%

23%

16%

19%

24%

Источник: Statistic Review of World Energy 2007, BP

Ограниченность мировых запасов нефти

8

0

2

4

6

8

10

12

14Северная Америка Европейский союз

`80 `82 `84 `86 `88 `90 `92 `94 `96 `98 `00 `02 `04 `060

20

40

60

80

100

120

Разведанные запасы В среднем за 20 лет300

250

200

150

100

0

50

`80 `90 2000`70`60`50`40`30`20`101900

Ежегодный объем разведанных запасов нефти снижается

Новые месторождения становятся все более труднодоступными. Затраты на их разработку и транспортировку добытого топлива повышаются

Снижение темпов разработки новых месторождений ведет к дефициту углеводородных топлив

В Северной Америке и странах Европейского Союза доказанные запасы нефти уже сокращаются

Доказанные запасы нефти в Северной Америке и Европе, млрд. баррелей

Динамика объема разведанных запасов нефти и газа в мире, млрд. баррелей нефтяного эквивалента

Сокращение запасов углеводородного топлива

стимулирует правительства и корпорации

форсировать разработку и внедрение

водородных технологий и альтернативных

источников энергии

Источник: Statistic Review of World Energy 2007, BPе

Источник: Financial and Operating Information, 2007, BP

Резкое удорожание традиционных видов энергии и снижение стоимости водородных технологий

9

+ 41%

`02 `03 `04 `05 `060

5

10

15

20

25

НефтеразведкаИзвлечение ресурсовСтоимость поддержки

Стоимость кВт-часа электроэнергии, произведенной из водорода и нефти/газа, центов США

Себестоимость производства нефтиBritish Petroleum, доллары США за баррельРост себестоимости производства

углеводородных топлив:

Труднодоступность новых резервов приводит к росту стоимости добывающих мощностей

Отсутствие инфраструктуры и отдаленность новых месторождений повышают стоимость транспортировки

Стоимость водородных технологий быстро снижается:

Переход к серийному производству приведет к резкому снижению стоимости водородных топливных элементов

Внедрение новых технологий производства водорода снизит стоимость производимой электроэнергии

Начиная с 2015-2020 годов производство

энергии с помощью водородных технологий

станет экономически наиболее выгодным

Нефть / Газ Водород

Источник: оценка Freedonia Group

Использование углеводородных топлив приводит к ухудшению экологии

10

Состав парниковых газов в США

Выброс углекислого газа в атмосферу Выбросы CO2 и других вредных соединений

в результате сжигания углеводородных топлив приводят к необратимому ухудшению экологической обстановки

Происходит глобальное потепление климата, возрастают частота и масштабы стихийных бедствий и природных катастроф

К 2030 году выбросы углекислого газа увеличатся на 27-68%

Дальнейшее использования углеводородов в качества топлива приведет к экологической катастрофе в ближайшие 30 лет

Переход на водородное топливо позволяет решить проблемы экологии

Источник: оценка EIA, 2007

Источник: Global Energy Outlook 2007, IEA

10

20

30

40

50

203020202010200019901980

Альтернативныйсценарий

Основной сценарий

Сценарий высокого роста

68%

57%

27%

CO2, выбрасываемыйпри производстве

энергии

Метан

Прочие

Оксиды азота

Прочий CO2

82.3%

2.2%

5.4%

8.6%1.5%

Развитые страны стремятся к энергетической независимости

11Источник: Statistic Review of World Energy 2007, BP

Источник: Statistic Review of World Energy 2007, BPе

Производство и потребление нефтив Европейском Союзе, млн. баррелей в день

Производство и потребление нефти в СШАмлн. баррелей в день

Производство Потребление

0

5

10

15

20

25

`65 `68 `71 `74 `77 `80 `83 `86 `89 `92 `95 `98 `01 `04

Производство Потребление

`65 `69 `73 `77 `81 `85 `89 `93 `97 `01 `050

4

8

12

16

20

Недостаток собственных ресурсов увеличивает энергозависимость США, Японии и стран Европейского Союза

Крупнейшими экспортерами углеводородных носителей являются страны Ближнего Востока и Россия

США и страны Европейского Союза стремятся к снижению своей энергозависимости от стран Ближнего Востока и России

Действия по снижению энергетической зависимости:

Законодательное меры по обеспечению энергонезависимости и энергобезопасности

Политика энергосбережения

Развитие альтернативных видов энергии

Государственная поддержка альтернативныхвидов энергии в США

10 млрд долларов из федерального бюджета США израсходовано на разработку экологически чистых альтернативных источников энергии в период с 2001 по 2006 год

500 млн долларов выделены в 2002 году на программу разработки водородных автомобилей (Freedom CAR – Cooperative Automotive Research). Эквивалентное финансирование программы поступает от крупнейших американских автомобильных компаний

1,2 млрд долларов выделены на развитие стационарных топливных элементов в течении пяти лет в рамках объявленной в 2003 году Инициативы Президента США по водородному топливу

2,7 млрд долларов израсходовано в 2006 году на реализацию 27 программ по альтернативным источникам энергии Министерства энергетики США

С января 2006 года действует «Закон об энергетической политике США», определяющий систему национальных приоритетов в области энергетики

К 2025 году США должны обеспечить снижение импорта нефти из стран Ближнего Востока и России на 75%

Введены налоговые льготы для потребителей альтернативных источников энергии. Для потребителей стационарных топливных элементов такая льгота составляет 30%

В декабре 2007 года подписан «Закон об энергетической независимости и безопасности США». Закон повышает стандарты энергосбережения на 40%, начиная с 2012 года. Стимулируется широкое применение биотоплив (этанола и биодизеля) альтернативных источников энергии и водородных технологий

12

Альтернативные источники энергии и технологии производства электроэнергии из угля являются приоритетными направлениями финансирования Министерства энергетики США

3%

3%

Расходы федерального бюджета Структура энергопотребления

40%

42%

13%2% 3%

Возобновляемаяэнергия

Уголь

Ядернаяэнергия

Нефть Природный газ

Государственная поддержка альтернативных видов энергии в США

13

Прир

40

13

3

8%

39%

3% 3%

Возобновляемая энергияменее 1%

Уголь

Ядернаяэнергия

Нефть

одный газ

ГидроэнергетикаДерево и отходы

24%23%

В марте 2007 года Европейский Союз принял новую энергетическую программу, предусматривающую резкое сокращение потребления углеводородных энергоносителей. К 2020 году их доля в европейском энергобалансе должна быть снижена до менее чем 50%

Европейской комиссией разработан и принят стратегический план развития энергетических технологий. План предусматривает более эффективное использование энергоресурсов и ускорение перехода к низкоуглеродным топливам и технологиям

В Европейском Союзе работы по развитию водородных технологий финансируются в рамках Европейской технологической платформы по водороду и топливным элементам. В рамках платформы разработана дорожная карта перехода стран Союза к водородной экономике на период до 2050 года

Начиная с 2008 года, 470 млн евро выделено на финансирование работ по водородной энергетике в рамках седьмой рамочной программы Европейского Союза (FP7 JTI) Эти средства будут расходоваться в рамках государственно-частного партнерства на паритетной основе (50 / 50)

Государственная поддержка альтернативных видов энергии в ЕС

14

Снижение доли углеводородов в мировом энергетическом балансепредставляет геополитическую угрозу для России

15

Переход развитых стран к водородной экономике к 2030 г приведет к снижению спроса на нефть и газ и падению их стоимости

Использование устаревших неэффективных технологий производства энергии в России ведет к неоправданному повышению внутреннего потребления углеводородных энергоносителей. В результате экспортный потенциал страны снижается

Запасы российской нефти уменьшаются. По данным Минприроды России, разведанных запасов недостаточно для поддержания достигнутых объемов добычи в ближайшие 10 лет. В 2005 году в России превышение добычи нефти над приростом разведанных запасов превысило 1 млрд. тонн

Снижение доходов российского бюджета от

экспорта нефти и газа

Ослабление геополитического влияния России

Углубление технологического отставания


16





Выводы






К 2030 году растущий дефицит углеводородов в мире приведет к значительному увеличению их цены. Цена нефти уже в 2015 году может составить 200-300 долл. США за баррель. Высокие цены на энергоносители приведут к снижению темпов развития мировой экономики и политической нестабильности в мире

Рост стоимости углеводородного топлива обусловлен:

Бурным ростом экономик Китая, Индии и других развивающихся стран

Исчерпанием запасов углеводородов в мире

Повышением стоимости строительства новых добывающих мощностей и электростанций

Последствия реализации сценария:

Рост цены углеводородных топлив

Резкое обострение политической борьбы за энергоресурсы, вплоть до военных конфликтов

Рост мировой инфляции

Замедление темпов роста развивающихся стран (Китай, Индия)

Уменьшение среднего класса развитых стран

Политическая нестабильность в мире

Форсированная разработка и внедрение альтернативных энергоносителей и возобновляемых источников энергии

Исчерпание российской запасов углеводородов и переход ведущих стран на альтернативные источники энергии представляют геополитическую угрозу для России и угрозу технологического отставания

17

Экономический рост Китая и Индии приводит к существенному росту спроса на нефть

18

Структура прироста спроса на нефть


Динамика мирового спроса на нефть,млн баррелей в день


Рост ВВП, % 1980-1990

1990-2005

2005-2015

2015-2030

Мир 2,9 3,4 4,2 3,3

Развитые страны 3,0 2,5 2,5 1,9

США 3,2 3,0 2,6 2,2

Развивающие страны 3,9 5,8 6,1 4,4

Китай 9,1 9,9 7,7 4,9

Индия 5,8 6,0 7,2 5,8

Россия н/д -0,5 4,3 2,8


С 2006 по 2030 год мировое потребление нефти вырастет на 37%

Опережающими темпами потребление нефти будет расти в развивающихся странах. С 2006 по 2030 год в Индии и Китае оно вырастет на 150% и 132% соответственно. Это приведет к резкому повышению доли этих стран в мировом потреблении нефти

Рост потребления нефти со стороны Китая и Индии будет стимулировать рост спроса на мировом рынке

0

20

40

60

80

100

120

140

1980 ‘85 ‘90 ‘95 ‘00 ‘06 ‘10 ‘15 ‘20 ‘25 2030

Индия

Китай

Прочие

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Индия

Китай

Прочие

1985 ‘90 ‘95 ‘00 ‘06 ‘10 ‘15 ‘20 ‘25 2030

Производство нефти достигнет пика до 2015 года

19

Источник: Simmons & Company International, 2007


Структура доказанных мировых запасов нефти

Саудовская Аравия

Прочие страны

Динамика объема разведанных запасов нефти и газа в мире, млрд. баррелей нефтяного эквивалента


Динамика мирового производства нефти,млн. баррелей в день Мировое потребление нефти достигнет пика до 2015 года и в

дальнейшем будет снижаться

Это связано со снижением темпов разведки новых запасов и постепенным истощением существующих

В Саудовской Аравии, на долю которой приходится 12% поставок и 22% разведанных запасов мировой нефти, 90% добычи приходится на 7 сверхкрупных месторождений, уже вошедших в стадию истощения. Три крупнейшие из них эксплуатируются более 50 лет

Сокращение поставок и нарастание дефицита нефти на мировом рынке могут привести к возникновению ажиотажного спроса

22%

78%

Разведанные запасы В среднем за 20 лет300

250

200

150

100

0

50

`80 `90 2000`70`60`50`40`30`20`101900

Последствия нефтяного кризиса

20

Динамика и прогноз стоимости нефти, долларов США за баррелей

Источник: M. Simmons; EIA 2008

Структура потребления нефти по странам, 2007 год


20072000 2015

$300

$100

По некоторым прогнозам, к 2015 году цена на нефть на мировом рынке может вырасти до 200-300 долларов США за баррель

В первую очередь пострадает транспортный сектор экономики: дефицит и резкое удорожание моторных топлив для транспорта

Неприемлемо высокие цены на нефть спровоцирует сокращение среднего класса развитых странах и снижение темпов роста стран БРИК*

Структура потребления нефти по секторам, 2007 год

Источник: International Energy Outlook 2007, EIA

Транспорт

Непромышленный

Промышленный

55%35%

10% США25%

Европейский союз18%

Китай

9%

Япония

6%

Прочие39%

Россия

3%

+ 11-16% в год

$200

* Страны БРИК – Бразилия, Россия, Индия, Китай

Дефицит и высокие цены на углеводороды приведет к кризису мировой экономики и существенно ослабит Россию

21

Исчерпание мировых запасов и ажиотажный спрос на углеводороды приводит к дефициту и росту их стоимости. Стоимость нефти к 2015 году достигнет 200-300 долл. США

Неприемлемо высокие цены на нефть спровоцируют кризис мировой экономики, который в первую очередь затронет транспортный и энергетический сектора

Кризис российской экономики, в том числе из-за снижения спроса на природные ресурсы и экспортную продукцию, отток инвестиций из РФ

Рост мировой инфляции, уменьшение среднего

класса развитых стран

Снижение темпов роста стран БРИК

Форсированная разработка альтернативных

источников энергии и водородных технологий

Резкое обострение борьбы за энергоресурсы,

политическая нестабильность в мире

Ослабление экономики и геополитического

влияния России


22





Выводы





Последствия реализации сценариев

23

Сценарий 1

Переход к водородной экономике

Сценарий 2

Кризисный сценарий развития мировой экономики

• Исчерпание запасов нефти

• Снижение цены на нефть

• Переход транспорта на

альтернативные топлива

• Исчерпание запасов нефти

• Рост цены на нефть

• Кризис транспортного сектора

мировой экономики

Замена нефти в транспорте и

энергетике неизбежна

Замена нефти в нефтехимии

невозможна• Развитие экономики невозможно без все большего использования

продуктов нефтехимии, включая полимерные материалы

Выводы для России

24

• Переход мирового транспорта на альтернативное топливо

• Технологический прорыв в области альтернативных источников

энергии и водородных технологий для транспорта и энергетики

• Высвобождение нефти из транспортного сектора

• Рост потребления нефти в нефтехимической промышленности

России

Развитие альтернативных источников энергии,

в том числе водородных технологий

120107 98

75

37

12 424

020406080

100120140

Герм

ания

СШ

А

Япо

ния

Фра

нция

Росс

ия

Кита

й

Инд

ия

Мир

Развитие нефтехимии для производства

продуктов с высокой добавочной стоимостью

Сохранение нефти для нефтехимии

Потребление полимеров, кг на душу населения, 2006 г.

Источник: Society of Plastic Engineers, ФСГС








25

Альтернативные источники энергии

Электрохимическое преобразование химической энергии водородного топлива в электричество в топливных элементах. Высокий коэффициент полезного действия, минимальные выбросы вредных веществ, возможность интеграции и существующие системы тепло- и энергоснабжения

Водородная энергетика(стадия коммерциализации)

Производство энергии в результате управляемого термоядерного синтеза Потенциально обладает высокой эффективностью получения электрической и тепловой энергии

Термоядерная энергетика(стадия разработки)

Фотохимическое преобразование солнечного света в электрическую энергию на полупроводниковых солнечных батареяхКонцентрация солнечной энергии, получение тепловой энергии с последующей трансформацией в электрическую

Солнечная энергетика (стадия коммерциализации)

Использование энергии ветра для вращения ветрового генератора. Трансформация механической энергии в электрическую. Низкая стоимость за кВт-час выработанной электроэнергии

Ветровая энергетика(стадия коммерциализации)

Использование биомассы для производства электроэнергии. Производство дешевого этанола и биодизеля для использования в качестве моторных топлив. Разработаны дешевые технологии производства этанола из целлюлозы

Биотопливо(стадия коммерциализации)

На первом этапе перехода к водородной экономике альтернативные источники энергии используются в дополнение к традиционным углеводородным энергоносителями. Топливные элементы, солнечные батареи и ветровые генераторы используются для распределенной генерации электроэнергии

На втором этапе наряду с генерацией электроэнергии альтернативные источники используются для производства водорода для топливных элементов без выделения углекислого газа

26

Альтернативные источники энергии находятся в стадии коммерциализации

27

Суммарные установленные мощности солнечной энергетики, ГВт

Суммарные установленные мощности ветряной энергетики, ГВт

Производство этанола, млн. тонн нефтяного эквивалента


0

1

2

3

4

`95 `96 `97 `98 `99 `00 `01 `02 `03 `04 `05

0

20

40

60

80

0

5

10

15

20

25

`96 `97 `98 `99 `00 `01 `02 `03 `04 `05 `06

Суммарная установленная мощность солнечных батарей в 2005 г достигла 3,7 ГВт. Темпы роста установленных мощностей превышают 40% в год

В 2006 году суммарная установленная мощность ветровых генераторов достигла 74 ГВт. Темпы роста установленных мощностей в этом секторе составляют не менее 25% в год. Цена за кВт-ч выработанной электроэнергии ниже аналогичного показателя для нефти на 1,5-2 раза

Количество этанола произведенного в мире в 2006 году эквивалентно 21 млн тонн нефти. Темпы роста производства этанола на мировом рынке превышает 20%

Суммарные установленные мощности водородных топливных элементов достигли 200 МВт. Темпы роста установленных мощностей - 15% в год.

В США, Европейском Союзе и Японии коммерциализация и развитие альтернативных источников энергии происходит опережающими темпами

`96 `97 `98 `99 `00 `01 `02 `03 `04 `05 `06

Термоядерная энергетика

Термоядерный реактор

Термоядерная энергетика развивается с 1950-х годов. До настоящего времени это направление остается на стадии разработки и требует решения серьезных научных, технических и инженерных проблем

Согласно одобренной Правительством Российской Федерации стратегии овладения энергией термоядерного синтеза это направление может подойти к стадии коммерциализации к 2050 году

Преимущества использования термоядерной энергетики:

Потенциально высокая эффективность производства больших объемов электрической и тепловой энергии

Запас исходного топлива практически не ограничен

Возможность использовать электроэнергию и тепловую энергию термоядерного синтеза для получения водорода

Развитие термоядерной энергетики требует решения следующих технических проблем:

Получение и длительное по времени удержание высокотемпературной плазмы

Разработка новых материалов, устойчивых к высоким температурам и радиоактивным потокам быстрых нейтронов

Эффективные теплоотвод и охлаждение

Термоядерный синтез

28

Солнечная энергетика

Солнечный концентратор

Солнечные батареи

Существует два основных способа преобразования солнечной энергии в электрическую:

фотохимическое преобразование солнечного света на полупроводниковых солнечных батареях

концентрация солнечной энергии, получение тепловой энергии с последующей трансформацией в электрическую

Преимущества использования солнечной энергетики:

Экологически чистый способ получения энергии

Неисчерпаемая природа солнечной энергии

Возможность применения в удаленных и труднодоступных районах

Возможность получения водорода для топливных элементов электролизом воды

Проблемы требующие решения:

Снижение стоимости солнечных батарей и концентраторов солнечного света

Повышение коэффициента полезного действия

29

Ветровая энергетика

Ветрогенераторы

Ветрогенератор

Энергия ветра используется для вращения лопастей ветрового генератора. Механическая энергия трансформируется в электрическую с помощью электрогенератора

Преимущества использования ветровой энергетики:

Себестоимость электроэнергии в 1,5-2 раза ниже по отношению к традиционным углеводородным топливам

Экологическая чистота

Неисчерпаемая природа энергии ветра

Возможность получения водорода для топливных элементов электролизом воды

Проблемы требующие решения:

Необходимо снижать уровень шума и инфразвука

Разработка новых высокопрочных материалов, обеспечивающих необходимый ресурс работы ветровых генераторов

Разработка конструкций ветровых генераторов с повышенной эффективностью

30

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Greenpark_wind_turbine_arp.jpg


Экспериментальный биореактор для производства

водорослей

Сахарный тростник – один из источников биотоплива

Растущие объемы биотоплив используются в развитых странах в качестве моторных топлив для автотранспорта. В этих целях используется этанол и биодизель. В настоящее время разработаны экономичные технологии производства этанола из целлюлозы, получаемой из растительных отходов. Биодизель получают из различных масличных культур растений.

Биомасса (отходы лесного и сельского хозяйства) используется для производства тепловой и электрической энергии. Газификация биомассы позволяет получать синтез-газ, который может быть использован для получения электроэнергии и водорода.

Преимущества биотоплива и биомассы: Использование этанола и биодизеля в качестве моторных топлив позволяет снизить

потребление нефтепродуктов в транспортном секторе Применение биотоплив снижает выбросы углекислого газа и способствует улучшению

экологической обстановки Биотоплива и биомасса являются возобновляемыми ресурсами

Проблемы требующие решения: Циклический характер изменения цен на этанол на мировом рынке Дефицит посевных площадей для выращивания технических культур

31

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5:Chlorella.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sugar_cane_leaves.jpg

Взаимосвязь водородных технологий и альтернативных источников энергии

Термоядерный синтез | Солнечная энергия

Тепло

Водород

Термолиз

Механическая энергия

Электричество

Электролиз

Биомасса

Термохимическая и биологическая

конверсия

Фотолиз

32








33

Принцип действия топливного элемента и основные области его применения

34

Ступени преобразования химической энергиитоплива в электроэнергию традиционными электрохимическим способами

Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором химическая энергия водородного топлива непосредственно преобразуется в полезную электроэнергию. Процесс происходит в одну стадию без свойственных традиционным способам процессов горения и промежуточной трансформации энергии топлива в тепловую и механическую энергию

Единственными побочными продуктами не связанными с процессами горения электрохимической реакции являются вода и пригодное для утилизации тепло

Основные характеристики топливных элементов:

Высокий электрический и суммарный (с утилизацией тепла) КПД – 35-55% и 90%, соответственно

Практически полное отсутствие вредных выбросов

Отсутствие движущихся частей и бесшумность работы

Простота конструкции и масштабируемость

Принцип работы топливного элемента

Области применения топливных элементов

Двигательные установкидля транспорта

Двигательные установкидля военной техники

Портативные источникипитания для изделий электроники

Стационарные энергогенераторы промышленного и бытового назначения

35

http://www.mobiledevice.ru/Images/news_1401.jpg

http://www.mobiledevice.ru/Images/news_1401.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/U_Boot_212_HDW_1.jpg

http://www.generalhydrogen.com/hydricity.shtml

Стоимость кВт установленной мощности, USD / кВт

Состояние и перспективы водородных технологий

36

Топливные элементыдля транспорта

2000 2005 2010

Газовые турбины

СтационарныеТопливные элементы

Достигнутые показатели Прогнозные оценки

USD 3000 /кВт

USD 500 /кВт

USD 45 /кВт

Топливные элементы находятся на раннем этапе коммерциализации. Первыми коммерческими продуктами на базе топливных элементов являются:

Стационарные когенерационные установки компании UTC (200 кВт)

Источники бесперебойного питания компании Plug Power (5 кВт)

Для массового продвижения топливных элементов на рынок необходимо снизить их стоимость за кВт установленной мощности до:

500 долларов за кВт для стационарных энергоустановок

45 долларов за кВт для двигательных установок для автотранспорта

По прогнозам Министерства энергетики США эти показатели будут достигнуты к 2010 году

Развитие топливных элементов и водородной энергетики потребует создания разветвленной водородной инфраструктуры

Ожидается, что в ближайшие 10 лет основным источником водорода будут оставаться природный газ и другие легкие углеводороды. Рост потребления водорода приведет к повышению спроса на эти энергоносители и вызовет существенные изменения в структуре их рынка

Почему будущее за водородными технологиями

37

Высокий КПД – до 90%

Высокий КПД энергогенераторов на базе топливных элементов обеспечит более эффективное использование традиционных углеводородных энергоносителей

Идеальное решения для распределительной энергетики

Топливные элементы идеально подходят для распределенной и малой энергетики для удаленных, в том числе северных районов, располагающих природным газом или другими видами углеводородного топлива

Их использование позволяет производить строго необходимые количества электрической и тепловой энергии непосредственно в местах ее потребления, что исключает существенные по объему потери в централизованных сетях электро- и теплоснабжения

Экология

Топливные элементы являются наиболее экологичным типом энергогенераторов. Их использование позволяет практически полностью исключить образование оксидов серы и азота

Почему будущее за водородными технологиями

38

КПД энергосистем различных типов и мощностей

Ко

эфф

иц

ие

нт

по

ле

зно

го д

ей

ств

ия

, %

70

80

40

60

20

30

10

00.01 0.1 1 10 100 1000

Низкотемпературныетопливныеэлементы(PEMFC, PAFC и AFC)

Мощность энергосистемы, МВт

Гибридные установки:Топливный элемент + турбина

Высокотемпературныетопливные элементы (SOFC и MCFC)

Дизельныегенераторы

Микротурбины

Газовые турбины Уголь /парогенератор

Централизованное производство электроэнергии

Распределенное производство электроэнергии на топливных элементах

КПД 80-90% Топливо

Газ 100%

ЭлектричествоТепло

Когенерационная установкана топливных элементах

Водородная энергетика – Возможности для России –Распределенная когенерация электрической и тепловой энергии

Топливо Электростанция КПД 35 % Передача электроэнергии

Газ 100%

ПотериПотери

39

На каком этапе развития находятся водородные технологии

40

2000 20202007

Сто

имос

ть

Первые инсталляции

Аварийноепитание

Складские подъемники

Решения дляненадежных

сетей

Постоянноеэнергоснабжение

Параллельноеподключение к

сетямВодородный

транспорт

http://world.honda.com/news/2005/c051114_1.html








41

Почему Россия – идеальная страна для развития и применения водородных технологий

42

Наличие богатых ресурсов природного газа и других легких углеводородах (попутные нефтяные газы), обеспечивающих растущие потребности в водороде на российском, европейском и азиатских рынках

Большая территория и экономическая нецелесообразность построения централизованных сетей энерго- и тепло- снабжения в удаленных районах. Внедрение автономных энергосистем на базе топливных элементов позволит эффективно решить проблему энергообеспечения удаленных районов, располагающих ресурсами природного газа и/или угля

Неразвитость энергетической инфраструктуры и дефицит мощностей. Высокий коэффициент полезного действия энергоустановок на базе топливных элементов обеспечивает повышение эффективности использования углеводородных энергоносителей и будет способствовать снижению их дефицита на внутреннем рынке

Проблема переработки попутного газа на нефтяных месторождениях. Использование топливных элементов в нефтегазовой отрасли позволяет наладить эффективное снабжение электроэнергией и теплом удаленных объектов промышленного и бытового назначения и может способствовать решению проблемы утилизации попутных нефтяных газов, которые могут быть использованы для получения водорода

Экологическая проблема во многих регионах. Энергоустановки на базе топливных элементов предоставляют значительный потенциал для использования в жилищно-коммунальном секторе. Они обеспечат существенное улучшение экологической обстановке и снижение уровня шума

Большой задел разработок российский ученых в области водородных технологий. Развитие водородной энергетики и сопряженных с ней технологий обеспечит переход российской экономики на инновационную модель развития








43


44

Развитие водородной энергетики и сопряженных с ней технологий обеспечит переход российской экономики на инновационную модель развития.

Разработка и коммерциализация топливных элементов обеспечат выход на мировой рынок высоких технологий и закрепят за Россией статус великой энергетической державы в условиях перехода мировой экономики на альтернативные источники энергии.

Водородные технологии объединяют в себе наиболее важные научные направления и дисциплины, в которых Россия имеет все шансы занять лидирующее позиции в мире:

Нанотехнологии – технологии приготовления и нанесения платиновых катализаторов, углеродных газодиффузионных слоев, наноуглеродные материалы для хранения водорода);

Биотехнологии – получение биомассы и этилового спирта; прямое получение водорода в результате метаболизма особых видов бактерий и микроорганизмов;

Материаловедение – высокоэффективные и экономичные протонопроводящие мембраны для твердополимерных топливных элементов; новые керамические электролиты для твердооксидных топливных элементов; коррозионностойкие конструкционные материалыи материалы для интерконнекторов; высокопрочные композитные материалы;

Кинетика и катализ – высокоэффективные и экономичные катализаторы; неплатиновые катализаторы.







Приложение


45

Первичные источники энергии для получения электроэнергии и водорода

Традиционныеместорождения

углеводородов (нефть и газ)континентов и шельфовых

зон океанов

Высококачественныекаменные угли, включая

коксующиеся

Урановые месторождениявысококачественных руд( 130 долл. США за 1 кг)

Месторождения тория<

Реальные к освоению в XXI веке:нефтегазонасыщенныерезервуары в коллекторах снизкой проницаемостью;- тяжелые высоковязкие нефти,природные битумы;-природный газ угольных место-рождений

Традиционные

Гипотетические:

– водорастворенные газы,–высокогазонасыщенные флю–_иды сверхбольших глубин ;– гидраты метана ;–низкокалорийные высокозоль -ные угли, торфы;– рассеянные урановые концент-раты бедных руд

- гидроэнергия,- геотермальная,- приливная идругие видыгидроресурсныхисточников

Водород

– солнечная энергия,– ветровая энергия,– атомная итермоядерная энергия

ВозобновляемыеНевозобновляемые

Нетрадиционные

Первый этап создания водородной инфраструктуры

Второй этап создания водородной инфраструктуры

КПД использования водорода и углеводородного топлива

ГАЗ

ГАЗ

Топливныйпроцессор

(риформинг,конверсия)

75 %

Батарея ТЭ50-55 %

Собственноепотребление

(5 %)

Общий КПД36-39 % (эл)

75-90 % (эл+т)

КПД ко тельногоагрегата

(уголь -газ)80-94 %

ВнутреннийКПД ПТУ95-96 %

ТермическийКПД (t=500О С)

46 %

КПДэлектрогене-

ратора95-98 %

Собственныенужды ТЭС

до 5-7 %

Потери всетях

до 10 %

Общий КПД25-27 %

КПД ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЭУ НА ТЭ

КПД ГАЗОТУРБИННОЙ ГЕНЕРАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО СЕТЯМ

ГАЗ ВнутреннийКПД ГТУ95-98 %

ТермическийКПД ГТУ35-37 %

КПДэлектроген е–

ратора95-98 %

Собственныенужды ТЭС

5 %

Потери в сетяхдо 10 %

Общий КПД25-30 %

(добыча, очистка,передача, 88%)

(88%)

(88%)

КПД ПГУ (БИНАРНЫЙ ЦИКЛ)

==•+= %)35%38ГТУПТУГТУПТУГТУПТУ

и(при ηηη-ηηηηОбщий КПД

60 %

КПД ПАРОСИЛОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО СЕТЯМ

alternative energy

Documents