Энергетический баланс будущего: борьба за зоны океанических термоградиентов

1. Международный Форум «Энергетика Будущего» Институт комплексных исследований в энергетике, Москва, 16-17 ноября 2010г. А.В. Корнеев, к.э.н., Центр проблем энергетической безопасности Института США и Канады РАН Энергетический баланс будущего: борьба за зоны океанических термоградиентов Возможные проблемы перехода к энергетике устойчивого развития Москва, 2010 г.

2. Новые тенденции в энергетическом балансе переходного периода Специфика современного периода: • Постепенное снижение относительной роли твердого и жидкого минерального топлива. • Рост интереса к преимущественному использованию газообразных энергоносителей, включая водород. • Возрастание значения децентрализованных природосберегающих низкоинтенсивных энергетических технологий и дифференцированных энергетических рынков. Для России при переходе к устойчивому инновационному экономическому развитию важно своевременно использовать новые возможности повышения энергетической эффективности и ускоренной модернизации ТЭК. При этом важно надежно обеспечивать: - возрождение традиционной геополитической роли РФ, как независимого стабилизирующего фактора регионального и мирового значения; - использовать новые механизмы и структуры многосторонней международной координации, направленной на обеспечение энергетической безопасности, стабильности и защиты окружающей среды. Энергетический баланс будущего

3. Новые тенденции в энергетическом балансе переходного периода Параметры национальной энергетической безопасности: • Глобальный и надсистемный характер проблемы, императив международного сотрудничества. • «Sustainable Development» – «устойчиво-поддерживающее развитие». • Шесть базисных аспектов темы - бесперебойность, стабильность, инфраструктура, экология, суверенитет, терроризм. • Три практических смысла энергетической безопасности: 1) характеристика состояния, 2) стратегия выживания, 3) совместный кодекс поведения. Необходимость стабильной ресурсной самодостаточности России с точки зрения интересов настоящего и будущего. =С твердым и жидким топливом были исторически связаны централизованные и капиталоемкие технологии производства и распределения энергии. =В развитых странах наметился постепенный переход от нефти и угля сначала к природному газу, а затем к топливному водороду как универсальному интегрирующему энергоносителю. Энергетический баланс будущего

4. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Составлено автором по данным: How much renewable energy do we use? – Washington: U.S. Energy Information Administration, April 20, 2010, p.1. В настоящее время природный газ обеспечивает около 23% энергетического баланса США и его роль с учетом сланцевого газа постоянно растет, тогда как суммарное значение возобновляемых источников в силу низкой концентрации и высокой стоимости пока не превышает 6%. Энергетический баланс будущего

5. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Жидкое топливо Уголь Природный газ Возобновляемые ист. Атомная энергия The Current Global Energy Outlook.Looking Beyond the Deepwater Horizon: Meeting Global Energy Needs in the 21st Century. – Wash.: U.S. Energy Information Administration, October 1, 2010. – P. 5. По вертикали – квадр. б.т.е.; % доли от мирового потребления энергии. Прогноз динамики роста мирового потребления различных видов первичных источников энергии и их относительного соотношения на перспективу до 2035 г. Энергетический баланс будущего

6. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Топливная биомасса Ветровая энергия Мусор и отходы Солнечная энергия Геотермальная энергия The Current Global Energy Outlook.Looking Beyond the Deepwater Horizon: Meeting Global Energy Needs in the 21st Century. – Wash.: U.S. Energy Information Administration, October 1, 2010. – P. 24. По вертикали – млрд. кВт-час. Не связанные с ГЭС возобновляемые первичные источники смогут обеспечить до 41% от ожидаемого общего роста производства электроэнергии США с 2008 г. по 2035 г. Энергетический баланс будущего

7. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Составлено автором Исторический процесс снижения содержания фазообразующего углерода в ведущих энергоносителях Энергетический баланс будущего

8. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Господствующие энергоносители каждой новой общественно-исторической формации: • Содержания фазообразующего связанного углерода последовательно снижается. • Каждый новый переход повышает удельную энергонасыщенность топлива, создает новые транспортные и производственные технологии. • Изменяют способы материального производства; освоение новых военных стратегий и тактических возможностей, уменьшение уровня загрязнения окружающей среды. • Выдвигают качественно более высокие требования к технологической инфраструктуре ТЭК и обеспечению энергетической безопасности. • Оказывают прямое воздействие на геополитические и геоэкономические интересы ведущих мировых держав. Переход к газовой энергетике: повысит значение криогенных технологий и новых энергетических транспортных систем - магистральные трансграничные трубопроводы, окраинные припортовые промышленные зоны и морские пути. Геополитическая значимость внутренних материковых районов размещения стратегических месторождений топливного минерального сырья в международных и внутренних конфликтных зонах при таком сценарии может заметно снизиться. Энергетический баланс будущего

9. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Составлено автором. По вертикали – показана процентная доля различных видов топлива на мировых энергетических рынках. Важнейшие качественные изменения баланса энергоносителей в период 1850-2150 гг. Энергетический баланс будущего

10. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Предстоящая неизбежная замена технологических укладов: • V технологический уклад - дешевизна и внутренней мотивированности рабочей силы, микроэлектроника, информатика, биотехнологии, новые виды энергии и конструкционных материалов, освоение океана, космоса и спутниковой связи. • VI технологический уклад - качество рабочей силы, сберегающее природопользование, молекулярная медицина, гибкая робототехника, генная инженерия, нанотехнологии, системы искусственного интеллекта, активные информационные сети, высокоскоростные транспортные системы. • Рост эффективности, энергосбережения и наукоемкости товарной продукции. После кризисного переходного периода ожидается более устойчивое экономическое развитие на основе гибких децентрализованных природосберегающих низкоинтенсивных технологий распределенного производства и энергопотребления = Смена прежней базисной парадигмы неизбежности ускорения экономического роста, стратегии снижения и стабилизации энергопотребления; = Переход от монополизма крупных вертикально интегрированных транснациональных корпораций к высококонкурентным рынкам мелких и средних производителей диверсифицированных энергетических продуктов и услуг. Энергетический баланс будущего

11. Последовательные этапы перехода к энергетике устойчивого развития Новые возобновляемые источники получения энергоносителей: • Переход к постепенному более широкому использованию возобновляемых источников энергии. • Созданию гибридных «умных» энергосистем с элементами разнородной внутренней промежуточной аккумуляции. • Низкая пространственная концентрация ресурсов, требующая занятия значительных и все более дефицитных наземных площадей. • Морские энергетические источники, как основа для локальных энергоустановок прибрежного и океанического базирования с использованием аккумуляции океана. Виды ресурсов: использование вертикальных перепадов температур вод океана, поверхностных волн, морских течений, приливов, океанических ветров, естественных перепадов солености, ресурсов биомассы водных растений, а также подводных геотермальных источников = Потенциальная мощность океанических ресурсов с использованием только уже известных технических систем более чем в 2 раза превышает аналогичный суммарный показатель всей современной энергетики, причем свыше половины этой величины приходится на вертикальные термоградиенты. Энергетический баланс будущего

12. Термоградиентные океанические электростанции Проект плавучей электростанции для использования энергии вертикальных океанических термоградиентов • Станция размещена на плавучей заякоренной цилиндрической платформе диаметром 100 м, изготовленной из напряженного пористого бетона. • Вокруг платформы расположены 4 вертикальных энергоблока мощностью по 100 тыс. кВт, каждый из которых состоит из теплообменников, турбогенераторов и насосных систем. • Забор холодных глубинных вод осуществляется с помощью колонны пластиковых труб диаметром 15-20 м и длиной 1200 м. Станция работает по принципу обратного теплового насоса. Составлено автором по данным проектов американских корпораций «Lockheed Missiles & Space Company», ныне «Lockheed Martin» и «TRW Systems Group», преобразованной в «Northrop Grumman TRW» Энергетический баланс будущего

13. Термоградиентные океанические электростанции • Первая американская опытная действующая установка «Мини-OTEC», аммиачного цикла, мощность 50 кВт, период работы 1979-1981 гг. • Построена на базе военной десантной баржи, общая стоимость – 3 млн. долл. • В 80-годы прошлого века на программу выделялось до 40 млн. долл. в год или 50% от затрат на МГД-генераторы. • Разработаны проекты станций мощностью 100 тыс. кВт, с выработкой до 300 т жидкого аммиака в сутки. Составлено автором. Опубликовано в монографии Корнеев А.В. По разные стороны океана: США – Япония: борьба за природные ресурсы Тихого океана // М.: Мысль, 1985. – С. 134. Энергетический баланс будущего

14. Термоградиентные океанические электростанции Возможности и преимущества • Возможность одновременно с электроэнергией на месте производить ряд дополнительных энергоемких продуктов, таких как аммиак, водород, пресная вода, различные другие химические продукты из морской воды. • Создания плавучих промышленных комплексов по выращиванию аквакультур, выплавке алюминия, переработке угля в жидкое и газообразное топливо, а также по обогащению донных полиметаллических конкреций непосредственно в местах их возможной добычи в открытом море. • Строительство автономных плавучих баз снабжения судов ВМФ топливом и продовольственными концентратами, производимыми непосредственно в океане на случай длительного интенсивного радиоактивного заражения суши после гипотетического обмена ядерными ударами с потенциальным противником. • По удельным капитальным затратам (1000-2500 долл./кВт) и стоимости производимой электроэнергии (от 4 центов/кВт∙ч) проектные варианты американских темоградиентных электростанций вполне сопоставимы с действующими атомными электростанциями. Энергетический баланс будущего

15. Спорные районы использования энергии океанических термоградиентов Расположение наиболее перспективных районов Мирового океана, пригодных для использования энергии вертикальных океанических термоградиентовэкваториального типа Составлено автором. Опубликовано в монографии Корнеев А.В. По разные стороны океана: США – Япония: борьба за природные ресурсы Тихого океана // М.: Мысль, 1985. – С. 130. Энергетический баланс будущего

16. Спорные районы использования энергии океанических термоградиентов Потенциальные международные проблемы и конфликты • В 1980 г. в США был принят специальный закон об использовании тепловой энергии океана - Ocean Thermal Energy Conversion Act of 1980, United States Code, Title 42, Chapter 99. • Закон предусматривает придание плавучим тепловым электростанциям юридического статуса судов под американским флагом, выделение целевых субсидий разработчикам оборудования, а также создание специального федерального фонда для страхования опытных демонстрационных установок. • Установлена процедура выдачи американских лицензий на размещение термоградиентнных установок за границами национальных территориальных вод США. • Закон по существу создал в одностороннем порядке специальную американскую зону коммерческой эксплуатации тепловой энергии океана, пока не признанную другими государствами, в том числе и Россией. Энергетический баланс будущего

17. Современная ситуация и перспективы для России • К концу 80-х годов прошлого века в условиях временного снижения мировых цен на энергоносители интерес к этим проектам снизился. • В последнее время термоградиентные установки были вновь включены в действующие программы перспективных НИОКР по водородной энергетике США и ряда других стран. • Доступный возобновляемый энергетический потенциал океана в несколько раз превышает мощность всего современного мирового энергопотребления. • Водородно-термоградиентные схемы энергоснабжения вполне рентабельны и после начала эксплуатации способны существенно изменить привычную систему геоэкономических интересов как развитых, так и развивающихся стран. • Данные направления следует учитывать и в ходе дальнейшей реализации инновационной энергетической стратегии России.Опыт: Камрань, лунная база. • Это могло бы обеспечить нашей стране повышения своего влияния на региональную и глобальную энергетическую политику, а также доступ к новым видам перспективных и безопасных энергетических ресурсов. Энергетический баланс будущего