Lepesov

РГП «Национальный центр
технологического
прогнозирования» КП МИНТ РК
«Вызовы и риски развития солнечноводородной энергетики в РК»
Докладчик- К.К. Лепесов,
Авторы: 1. Валихан Козыкеевич Бишимбаев-депутат мажилиса РК,
академик НАН РК
2. Камбар Казымович Лепесов , профессор, кандидат химических наук,
заведующий отделом системного анализа и прогнозирования РГП НЦТП
3. Сагидолла Камидолланович Сейтбаткалов, генеральный директор РГП
НЦТП
4. Панархан Курабаевна Шингисова, с.н.с. РГП НЦТП
5. Сырым Камбарович Лепесов, с.н.с. РГП НЦТП
Развитие мировой экономики и, конечно, Казахстана, невозможно без
проведения модернизации и обновления топливно-энергетического и
промышленного секторов экономики, становления, постоянного
уточнения и расширения инновационных программ.
Президент Казахстана Н.А. Назарбаев неоднократно подчеркивает, что
всемерное использование ресурсосберегающих технологий, развитие
национальной инновационной системы страны, элементов «зеленой
экономики» и применение экологически чистых инновационных
технологий является основой индустриальной политики Казахстана.
Принципы Третьей индустриальной революции, принятые ООН и
новый технологический уклад: переход от иерархической
структуры к планарной инфраструктуре
1. ВИЭ:
Солнце,
ветер, вода
и т.д.
2. Планарная
Инфраструктура
Производителей
Энергии
(здания)
3. Накопление
излишков энергии и
ее конверсия в
новый
энергоноситель
Водород
4. ЭнергоИнтернет
Специальные ПО
5. Транспорт:
Отказ от ДВС
и переход на
Н2, как
топливо
Президент Республики Казахстан Нурсултан Назарбаев «зеленая экономика» основа развития третьей мировой
индустриальной революции, Программа принятая ЮНИДО и
Европарламентом.
Казахстан должен двигаться к постиндустриальному миру, в
котором правит триада «образование - наука - инновации» .
Первая промышленная революция, началась в XIX веке и
опиралась на технику массовой печати, а также устройства,
которые приводилась в движение углем и паром, развилась
инфраструктура железных дорог.
В XX-м веке во Второй - получили распространение
информационно-коммутационная техника инструментов
связи (телефония, радио, телевидение и т.д.), важнейшими
энергоносителями стали нефть и газ, двигатель внутреннего
сгорания на транспортных средствах, появились сети
шоссейных автомобильных дорог и высоковольтных ЛЭП.
Третий, современный постиндустриальный, этап начался вместе с
развитием цифровой связи и Интернета, который изменил мировые
коммуникационные площадки, скорость и масштабы перемещения
информации. Кроме того на протяжении двух последних десятилетий
сотни миллионов людей — в Китае, Индии, Латинской Америке,
Африке присоединились к миру западной цивилизации, основанной
на растущем потреблении энергии, которая берется из угля, газа и
нефти. Эти источники энергии ограничены и их которых хватало для
нескольких сотен миллионов людей западного мира уже для
нескольких миллиардов не хватает. Таким образом сущность
современного мирового кризиса в том, что уже сегодня мир
испытывает дефицит энергии и энергоносителей
Причина неустойчивого развития мировой экономики
состоит в возрастающих ценах на энергию и пока
человечество не справится с этой не сбалансированностью, ему не выйти из кризиса. Так при ценах нефти на
уровне нескольких десятков долларов за баррель (один
баррель нефти США равен 159 литрам) двигатель
западной экономики начинает раскручиваться. Когда же
цены на нефть резко возрастают и превышают 150 долл.
за баррель, то при этом потолке цен экономика тормозит.
Производство останавливается, потребители перестают
покупать, спрос на энергию уменьшается и цены на нефть
падают. Как только они упадут ниже 100 долл. экономика
снова движется вперед, но ненадолго, так как ее рост
опять упирается в растущую цену нефти, делающего
невозможным возвращение к росту экономики 90-х
годов.
Первый предел был превышен в 1978 г., когда добыча нефти на
одного жителя Земли достигла исторического максимума. С этого
времени общемировые поставки нефти растут пропорционально
медленнее, чем численность населения. Второй показатель это
мировая добыча нефти, рассчитываемая в абсолютных величинах.
Одни эксперты считают, что пик будет достигнут в 2030-е годы,
другие — что это произойдет еще в нынешнем десятилетии. Но
предполагается, что пик пройден уже в 2006 году, то есть незадолго
до ценового шока 2007 года и именно с этого времени
неустойчивое развитие, с подъемами и спадами мировой
экономики наталкивается на непреодолимый барьер цен на нефть.
Третья индустриальная революция должна коренным
образом реформировать основы цивилизации и создать
новую энергетику без участия углеродного топлива. Новая
энергетика или так называемая «декарбонизированная
энергетика», то есть без выбросов углекислого газа - СО2 и
других вредных загрязняющих веществ, должна базироваться
на новом энергоносителе -водороде, запасы которого в
глобальном масштабе потенциально неисчерпаемы и
общедоступны, что приведет к формированию нового типа
цивилизации на основе водородной экономики.
Третья промышленная революция, парадигма которой
формирование водородной экономики, основывается на пяти
взаимосвязанных фундаментальных положениях:
Согласно первому положению для генерации энергии
необходимо всемерно использовать все виды основных
возобновляемых источников энергии, предлагаемые природой,
а именно: энергия солнца, ветра, гидро- и био массы,
низкопотенциальное тепло окружающей среды, энергия океана
и приливов.
Положение второе. Создавать в зданиях заводов, офисов,
жилых домах энергосистемы в которых электроэнергия
обеспечивается солнечными модулями, теплоснабжение системами солнечных коллекторов или тепловых насосов.
Таким образом будут сформированы структуры поставщиков
энергии зданий, а не потребителей энергии, с почти полностью
энергетическим самообеспечением, без поставок от рынка
электроэнергии. Здания будущего или так называемые дома «с
нулевой энергией станут частью распределенной энергосистемы
района/региона и продавать излишки электроэнергии в
центральную сеть. Должна произойти децентрализация
электросетей декарбонизированной энергетики.
• Cолнечные батареи производят
постоянный ток.
• Постоянный ток по проводке
транспортируется на инвертор.
• Инвертор преобразует постоянный ток
• в переменный.
• В Германии этот переменный ток
считывается счетчиком и подается в
общую сеть.
Устройство плоского солнечного коллектора
Комбинированная система теплоснабжения:
1 - солнечный коллектор; 2 расширительный бак; 3 - бак-аккумулятор; 4
- отопительный котел
Гибридная автономная система «солнце –
ветер»
Положение третье. Создание резерва энергии ВИЭ с
помощью водородных технологий и в виде водорода.
Применение комбинированных видов возобновляемой и
альтернативной энергетики будет способствовать
обеспечению надежности бесперебойного и
равномерного электроснабжения и снижению
капитальных затрат на установленные мощности
источников. Возобновляемое производство водорода
может быть налажено посредством электролиза.
Необходимое для электролиза электричество можно
производить посредством энергии Солнца, а также других
альтернативных источников энергии.
Схема здания с «нулевой энергией» МТИ,
США
Положение 4. Специальные компьютерные программы будут фиксировать
излишек энергии, которые производят миниэлектростанции миллионов
зданий и будет продавать его через интернет, в том числе излишек
сохраняемый в виде водорода. Для получения значительных
макроэкономических мощностей все энергоблоки должны быть объединены
в IT-контролируемые ветви. Таким образом, полагают, что уже сегодня можно
получить электроэнергию мощностей, которые сравнимы с тысячами тонн
полезных ископаемых и ядерных мегаватт. То есть будет сформирована общая
инфраструктура, подобная интернету - «Энергетический Интернет». В
третьей промышленной революции должно произойти возрождение малых и
средних производств, а также взаимодействие потребителей и
производителей. Крупные компании, поставщики углеродного сырья и
энергии, в результате децентрализации энергосистем, видимо будут
трансформироваться в конгломераты более мелких и будут предоставлять,
скорее всего логистические услуги.
Пятое положение. Коренная модификация транспорта и его
инфраструктуры. Для повышения эффективности
транспортных услуг углеводородное топливо будет заменено
на водород, а двигатели внутреннего сгорания водородными топливными элементами с передачей
мощности на электропривод. Электромобили можно будет
зарядить у любого здания, производящего электроэнергию и
они должны стать автомобилями, производящими энергию.
Такие машины, возвращаясь на парковку, можно будет снова
подключить на подзарядку, либо наоборот, они могут
продать часть излишек выработанной энергии или водорода.
Пионером в переориентации и развитии нового
энергетического уклада выступил промышленный
локомотив Евросоюза – Германия. Германский парламент
(Бундестаг) 30 июня 2011 года принял законодательное
решение поэтапно закрыть к 2022 году все 17 ядерных
энергоблоков, которые вырабатывали не менее 22% годовой
потребности страны в электроэнергии и возместить эту
потребность развитием возобновляемых источников
«зеленой» энергии.
Доли установленных мощностей ФЭП в 2010 г.
Доля стран-лидеров ветроэнергетики в
суммарной установленной мощности ВЭУ на
конец 2010 года. По данным World Wind
Energy
В 21 веке Германия предполагает использовать все виды
основных «зеленой» энергии: предлагаемые природой, а
именно: энергия солнца, ветра, биомассы, гидро-, тепло
окружающего, геотермальная энергия.
Германия мировой лидер по промышленному применению
возобновляемых источников и получает из ее восьми
регионов 20% электричества из ветростанций и солнечных
установок (в 2020 г. она планирует иметь 35% вклад
зеленой энергии). Кроме того к национальной энергосети
Германия предполагает добавить вторую энергетическую
схему страны за счет введения вторичного энергоносителя
водорода.
Германия, имеющая долговременные традиции в импорте
энергии и топлива, разрабатывает схемы импорта
энергоисточника с помощью водорода вместо угля или
нефти или газа из регионов мира, обладающих этим
сырьем, а также с мест жарким климатом и сильными
ветрами, например, используя солнечную энергию
Северной Африки, Ближнего Востока, Австралии, Индии
или ветра Южной Америки во много раз более мощных
чем в Европе (Проект Евросоюза Desertec - солнечная
электростанция в Сахаре).
Desertec - солнечная электростанция
Мировые инвестиции в водородную
энергетику по странам-лидерам в
процентах, 2010 г.
США - 44,2%
Япония - 26,6%
ЕС - 20,4%
Южная Корея - 8,8%
Министерство транспорта Германии инвестирует до 2016 года 500
млн евро в разработку транспортных средств на водородном
топливе. Развивается государственно-частное партнерство по новым
технологиям (Clean Energy Partnership), в которое входят четыре
крупнейших автопроизводителя (DaimlerChrysler, BMW, Ford и GMOpel).
Норвежское государственно-частное партнерство HyNor запускает
«водородные дороги» и ее инфраструктуру с сетью водородных
заправочных станций на юго-западе Скандинавии, в создании
которой примут участие Швеция и Дания.
Британская компания ITM Power разработала компактный недорогой
домашний электролизёр для заправки автомобилей водородом.
«GM HydroGen3» - автомобиль с топливным
элементом и баком c жидким водородом
Проект Visio.M
BMW, Daimler, Федеральное министерство
образования Германии, Технический
университет Мюнхена .
Электромобиль «концепт MUTE», вес до
400 кг
«Зеленый"
автомобиль» и инаугурация нового
президента Франции Франсуа Холланда, Париж, 15 мая 2012 года
Государственные программы поддержки солнечной энергетики в США
осуществляется двумя структурами: Агентством передовых исследований
проектов в области энергетики (ARPA – E) и системы из 6 центров
передовых энергетических исследований (EFRC) Министерства энергетики
США, бюджет которых составляет 1177 млрд. дол. США
В Законе, принятом Конгрессом США, предусматриваются масштабные
налоговые льготы для покупателей энергосберегающего оборудования,
а также генерирующих мощностей и их производителе,
стимулирующие развитие солнечной энергетики. Так, потребителям
солнечных источников энергии будут предоставляться скидки в размере
30% их стоимости за счет государства в течение 8 лет. Закон, так
называемый «план Полсона», который практически инициировал
«солнечный бум» в США, предусматривает продление до 2016 г. 30%-ных
налоговых льгот для производителей оборудования фотоэлектрических
и геотермальных станций. Причем на эти льготы могут претендовать не
только фирмы, строящие новые электростанции, но и заводы и фабрики,
которые планируют перейти на автономное энергоснабжение.
Вызовы и риски развития элементов водородной экономики в Казахстане
Казахстан относится к странам, ВВП и бюджет экономики которых во многом
зависит от объема добычи и экспорта органического ископаемого сырья и
продуктов передела горно-металлургического комплекса (ГМК). Специфика
продукции нефтегазовой отрасли республики в большом содержании в них до 25
% серосодержащих веществ. Предприятия ГМК: медные, свинцовые, цинковые,
хромовые, урановые и т.д. производства основным сырьем, которых являются
сульфидсодержащие руды.
За двадцать лет независимости резко возрос автомобильный парк в городах,
усложняя экологическую ситуацию воздушного бассейна.
Таким образом решение проблем загрязнения окружающей среды, снижения
выбросов и очистки от диоксидов углерода и серы, других загрязняющих веществ и
наконец, необходимость выполнения Казахстаном условий Киотского протокола
отвечают задачам, которые поставлены и решаются в рамках глобальной
мировой концепции развития водородной экономики.
В связи с этим представляется необходимым вступление Казахстана в члены
Международной ассоциации по водородной энергетике (МАВЭ).
Промышленное получение водорода в Казахстане отсутствует, но в
республике имеются практически все потенциальные возможности, как
для налаживания производства водорода, так и развития других
элементов водородной экономики. Наиболее рентабельный процесс
производства водорода - конверсия из ископаемого топлива (газ, нефть,
уголь) и синтетического топлива (синтез-газ, метанол, биотопливо и др.).
Переход республики на водородную экономику, видимо, должен начаться
с переориентации нефте- газоперерабатываю-щей промышленности,
которая в основном производит моторные топлива, на водородное
топливо для его экспорта, удовлетворения мирового спроса и распределения его в сетях новой экономики.
Появляется возможность переноса загрязнений автотранспорта из
городов в места производства водорода.
Принять меры по утилизации и переработке попутного и природного газа
нефте- добывающих и перерабатывающих производств на водород. Так
Казахстан сжигает не менее 1,3 млрд.м3 /год попутного газа. Наши
расчеты показывают, что при конвертировании этого газа с к.п.д. 90% в
водород давало бы не менее 0,2 млн.т Н2 /год, и что было бы
эквивалентно ежегодному производству приблизительно 1 млн.т /год
бензина.
Территория Казахстана располагается в «солнечном поясе», у страны есть
огромный шанс преуспеть в сфере использования солнечной энергии.
Для того чтобы обеспечить энергией весь Казахстан, согласно расчетам ученых,
при годовой выработке энергии в 100 млрд. кВт.ч, достаточно солнечных
элементов установленной мощности около 33,3 ГВт.
К сожалению ежедневный мониторинг солнечной активности ведется только
на 6% метеостанций Казгидромета.
Помимо высокого потенциала солнечной радиации республика, как известно,
обладает уникальной минерально-сырьевой базой. Так, на территории
Казахстана имеются месторождения различных элементов, необходимых в
производстве солнечных элементов и модулей. Основным сырьем для
производства солнечных батарей является поликристаллический кремний,
запасов которого в Казахстане достаточно. Для создания пока дорогих
тонкопленочных солнечных элементов требуются редкие и редкоземельные
элементы которые располагаются на территории Казахстана и, следовательно,
необходимо развивать добычу и обработку таких материалов до качества,
требуемого для создания солнечных и топливных элементов.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что вместо продажи первичного сырья
надо производить СЭ и модули собственного производства или экспортировать
высокоочищенные материалы. Развитие безуглеродной энергетики будет
способствовать развитию горно-металлургического, нефтехимического,
машиностроительного и др. комплексов.
Проекты солнечной энергетики Казахстана и научно-исследовательские организации
республики:
- АО «НАК «Казатомпром» - ТОО «Astana Solar» и ИВТ
- «Самрук-Энерго» - ВЭС – мощностью 60 МВт в Шелекском коридоре (Алматинская
область) и второй 51 МВт в у г. Ерейментау (Акмолинская область), солнечной
электростанции мощностью 2 МВт в г. Капшагай (Алматинская область).
- АО «КазНИИ энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина» - солнечные электростанции
на основе планарных концентраторов и ФЭП
- ТОО «Физико-технический институт» ННТХ «Парасат», Научно-исследовательском
институте экспериментальной и теоретической физики и Институте проблем
горения КазНУ им. аль-Фараби, Казахстано-Британском университете, КазНТУ им.
Сатпаева и др.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!