1 20-23 ноября 2012 Москва, МГУ имени М.В.Ломоносова Географический факультет Восьмая всероссийская научная молодежная школа "ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ. - презентация

1 ноября 2012 Москва, МГУ имени М.В.Ломоносова Географический факультет Восьмая всероссийская научная молодежная школа "ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Безруких Павел Павлович, Зам. Генерального директора ЗАО « Институт энергетической стратегии», Председатель Комитета Российского Союза научных и инженерных общественных организаций по проблемам использования возобновляемых источников энергии (Комитет ВИЭ «РосСНИО»), академик-секретарь секции «Энергетика» РИА, д.т.н. Об экологических и стоимостных показателях возобновляемой и традиционной энергетики.

2 2 Качественная оценка истощаемых топливных ресурсов /уголь, нефть, газ, уран/ Преимущества * Высокая плотность энергии * Высокая степень освоения технологий от разведки запасов до потребления * Ориентация мирового хозяйства на использование ресурсов в качестве топлива и сырья * Развитая инфраструктура на всех стадиях: добыча, транспортировка, переработка и использование * Развитая структура подготовки научных и эксплуатационных кадров * Развитая структура производства оборудования и приборов * Развитая инфраструктура научных учреждений Недостатки * Истощаемость ресурсов * Глобальное влияние на изменение климата вследствии эмиссии СО 2, теплового загрязнения * Загрязнение среды обитания человека отходами производства (жидкие, газообразные, твердые) * Неравномерность распределения по земному шару – источник нестабильности * Угроза загрязнений среды обитания человека и пожаров при авариях во время транспортировки и хранения * Потенциальная угроза аварий на АЭС с выбросом радиоактивных веществ и других техногенных катастроф * Изменение структуры земной коры вследствие добычи газа, нефти и угля с непредсказуемыми последствиями * Большая потребность в воде

3 3 Качественная оценка возобновляемых топливных ресурсов /Солнце, ветер, биомасса, гидроэнергетика большая и малая, низкопотенциальное тепло/ Преимущества * Неистощаемость * Отсутствие дополнительной эмиссии углекислого газа * Отсутствие вредных выбросов * Сохранение теплового баланса планеты * Доступность использования (солнце, ветер) * Возможность использования земли для хозяйственных и энергетических целей (ветростанции, тепловые насосы, бесплотинные ГЭС) * Возможность использования земель, не приспособленных для хозяйственных целей (солнечные, ветровые установки и станции) *Низкая (ничтожная) потребность в воде (солнечные, ветровые электростанции) *Невозможность техногенных катастроф (за исключением мощных ГЭС) *Повышенная надежность производства заявленной выработки энергии Недостатки * Низкая плотность энергии (солнце, ветер) * Необходимость использования концентраторов (солнце) * Непостоянный, вероятностный характер поступления энергии (солнце, ветер, в меньшей степени ГЭС) * Необходимость аккумулирования в большей степени для автономных систем * Необходимость резервирования (солнечная, ветровая) для автономных систем * Неразвитость промышленности и отсутствие инфраструктуры (для России) * Затопление плодородных земель (большие ГЭС) * Локальное изменение климата (большие ГЭС)

4 4 Технологические компоненты устойчивой эффективной энергетики Энергетическая и экологическая эффективность использования (потребления) электрической и тепловой энергии, а также топлива (энергосбережение) Эффективное использование минерально- сырьевых ресурсов и изделий (ресурсосбережение) Использование возобновляемых источников энергии (возобновляемая энергетика) Энергетическая и экологическая эффективность производства и передачи электроэнергии Энергетическая и экологическая эффективность производства и передачи тепловой энергии Энергетическая и экологическая эффективность производства (добычи) и транспортировки топлива

5 5 Глобальное преимущество СЭС,ВЭС,ГЭС /энергия к установкам поступает не в результате деятельности человека и неистощима/ где Эвыр- годовое производство электроэнергии, Эсн - расход энергии на собственные нужды, Тсл- срок службы, Эсв – энергия, затраченная на производство оборудования и материалов, Этек – энергия, затраченная на монтажные, строительные и транспортные работы и утилизацию станции.СЭС,ВЭС,ГЭСТЭЦ ТЭС и АЭС (на тепл. нейтронах) АЭС (на быстр. нейтронах) Этоп = 0 Этоп 0 Этоп - 0 Кэн.эф. 1Кэн.эф. Кит 1Кэн.эф. КПД 1Кэн.эф. 1

6 6 Значения коэффициента энергетической эффективности по данным различных исследований Тип ЭС Источник: Алексеев B.B., Синюгин O.A., Определение коэффициента энергоотдачи в ядерной энергетике // Труды ИЭМ. Вып. 19 (152). Экологогео- физические аспекты мониторинга районов АЭС. M., 1992, Гидрометео- издат. с Energiekette von A bis Z -Energiefactor und energetische Amorfizationszeit Pof. Hermann-Josef Wagner Universität Gezamthochschule Essen/ Electrizitatsswirtscl aft, Yg/ 95 (1996)/Heft 8 AWEA:Wind Power Myths vs. Facts g ТЭС АЭС

7 7 7 Источник: REN21. Renewables Global status report Индикаторы состояния и темпы развития ВЭ мира

8 8 Динамика установленной мощности ВЭС в мире за период гг.

9 9 Динамика установленной мощности ФЭС в мире за период гг.

10 10 Комментарий к сценариям развития энергетики МЭА (прогноз ИЭС) Сценарий: I «New Policies Scenario» II «Current Policies Scenario» III «450 Scenario» Сценарий МЭА на 2020 г. Производство электроэнергии в мире, всего, млрд. кВт*ч В т.ч. на базе ВИЭ млрд. кВт*ч То же, % 8,47,210,1 Сценарий ИЭС минимальный сценарий. Производство электроэнергии в мире, всего, млрд. кВт*ч В т.ч. на базе ВИЭ млрд. кВт*ч 4000 То же, % 15

11 11 Основные экологические ограничения использования ВИЭ * Не располагать ВЭС на путях миграции и массового гнездования птиц и летучих мышей. * Располагать ВЭС не ближе м от ближайшего жилого дома, либо офиса. * Не располагать мГЭС на реках с нерестилищем ценных проходных рыб. *Обеспечивать проход рыб по основному руслу. * Обеспечивать на ГеоЭС и ГеоТЭС обратную закачку сепарата в пласт, а так же утилизацию вредных газов. * Перейти на экологически чистые технологии производства кремния. *Перейти на экологически чистые технологии производства биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья.

12 12 Сравнительная характеристика источников шума Источники шумаdB (A) Порог слышимости 0 Сельская ночь, фон Спальная комната 35 Ветроустановка на расстоянии 350 м Легковой автомобиль, скорость 70 км/ч, расстояние 100 м 55 Оживленный офис в максимум активности 60 Грузовой автомобиль, скорость 50 км/ч, расстояние 100 м 65 Пневматический бур на расстоянии 7 м 95 Самолет на расстоянии 250 м 105 Болевой порог Турбина самолета Пневматический молоток 120 Промышленные помещения Стереомузыка Салон автомобиля Помещение офиса Жилое помещение (холодильник) Ветротурбина на расстоянии м от башни Спальня40 30Шепот Шорох падающих листьев Децибеллы

13 13 Данные о гибели птиц в результате человеческой деятельности в США NN пп Вид деятельности человека, препятствия, сооружения Оценка количества гибели птиц 1.Домашние кошки1 млрд. в год. 2.Высотные зданияот 100 млн. до 1 млрд. в год 3.Охотники100 млн. в год 4.Автомобилиот 60 млн. до 80 млн. в год 5.Коммуникационные башниот 10млн. до 40 млню в год 6.Пестициды67 млн. в год 7.Линии электропередачот 10 тыс. до 174 млн. в год (Источники: и Гибель от столкновений с ВЭС: не более 1 птицы в год на 1 ВЭУ!

14 14 Экологические преимущества ВИЭ Ветроустановка или малая ГЭС или фотоэлектрическая станция мощностью 1 МВт, производит 1,5-2,0 млн. кВтч. Предотвращается эмиссия СО 2 по сравнению с электростанцией на газе – 0,8-1,1 тыс. тонн. на нефтепродуктах – 1,1-1,5 тыс. тонн на угле – 1,7-2,3 тыс. тонн

15 15 Безвозвратные потери воды на электростанциях США. Вид ЭСПотери воды, л/кВт*ч АЭС2,3 ТЭС (уголь)1,9 ТЭС (нефть)1,6 ТЭС (комб.,газ)0,95 ВЭС0,004 ФЭС0,11

16 16 К вопросу использования земли под ВЭС Как правило ВЭС сооружаются на землях не пригодных для использования в сельском хозяйстве. Собственно под ветроустановку требуется мало земли:площадка порядка 25 на 25 метров плюс дорога. Между ветроустановками расстояние составляет 5-10 диаметров ветроколеса (70-90 м.), т.е. от 0,5 до 1 км. Плодородная земля между ветроустановками используется как сельскохозяйственные угодья для выращивания овощей, кормов, рапса. Между ветряками пасется скот, живут насекомые и черви, о жизни которых так заботятся противники ветроэнергетики. Сказанное может подтвердить любой, кто бывал в странах Европы.

17 17 Много ли надо земли под ФЭС, если ими заменить все электростанции России? В 2010 г. Nуст = 214,8686 млн. кВт, Эвыр = 1004,72 млрд. кВт*ч - Киум = 0,53 Приход солнечной энергии на оптимально ориентированную площадку на широте Екатеринбурга (угол 50 гр.) составляет 1480 кВт*ч/м 2 в год. Потери на ФЭС составляют до 25%, а КПД преобразования из постоянного в переменный ток составляют 92%, принятый КПД модуля – 15%. Удельная годовая выработка составляет: 1480*0,75*0,92*0,15=153,75 кВт*ч/м 2 в год. Потребная площадь для фотоэлектрических преобразователей равна: 1004,72*10 9 /153,75=6,159*10 9 м 2 =6159 км 2 Площадь модулей при коэффициенте заполнения 0,89 равна Sм = 6159/0,89=6920 км 2 Площадь ФЭС с учетом расстояния между рядами модулей: Sфэс= 6920*3,5=24200 км 2 Площадь России равна Sр= км 2 Под ФЭС нужно: 24200/ =0, или 0,142%*Sр

18 18 А сколько нужно средств? Средний коэффициент использования установленной мощности Киум=0,12 Nфэс=1004,72*10 9 кВт*ч / ( 0,12 *8,76*10 3 ) = 955,8 млн. кВт В 2004 г. удельная стоимость модуля составила на кристаллическом кремнии 1,48 $/Вт Стоимость ФЭС составляет порядка 3 $/Вт Общая стоимость полной замены действующих электростанций на ФЭС: 955,8*10 6 *3*10 3 = 2867, долл. США

19 19 Усреднённые максимальные и минимальные значения стоимости электроэнергии (cost production) от электростанций на возобновляемых источниках энергии и различных видах топлива (1997 год) Источник: EWEA

20 20 Существующие и перспективные стоимостные ориентиры в области ВИЭ Капитальные вложения, $/кВт Себестоимость производства, цент $/кВт*ч Биомасса ,1-10,33,0-9,6 Геотермальная энергетика ,3-9,73,0-8,7 Традиционная гидроэнергетика ,4-11,73,4-11,5 Малая гидроэнергетика ,65,2 Солнечная фотоэнергетика ,8-54,27,0-32,5 Солнечная теплоэнергетика ,5-23,08,7-19,0 Приливная энергетика ,29,4 Наземная ветроэнергетика ,2-22,13,6-20,8 Морская ветроэнергетика ,6-21,76,2-18,4 АЭС ,0-5,0- ТЭС на угле ,2-5,93,5-4,0 ТЭС на газе ,0-3,53,5-4,5 Источник: Международное энергетическое агентство (IEA)

21 21 Изменение удельной стоимости установленной мощности сетевых ВЭУ за рубежом (усредненные данные) Источник: EWEA

22 22 Состояние ( гг.) и перспективы ( гг.) изменения удельной стоимости установленной мощности наземных и морских ВЭУ. Источник: European Commission and EWEA, 2008

23 23 Изменение стоимости электроэнергии сетевых ВЭС за рубежом (усредненные данные) Источник: EWEA

24 24 Динамика удельной стоимости фотоэлектрических модулей в мире в годах Источник: PV World, 2009

25 25 К вопросу стоимости ФЭС Динамика цен на модули ($/Втпик) (усредненные значения производителей США) Годы % сниж.за 5 лет Среднего д. абс. снижени е за 5 лет Тонкоплен.3,003,253,001,651,581,07-19%3,04 раза Крист.3,393,503,252,181,641,48-15%2,4 раза Источник: Ren.Energy World, 07-08/2011 Стоимость современных фотоэлектрических станций в Европе примерно в два раза дороже стоимости модулей Куд = 2000 – 3000 Евро/кВт

26 26 Levelised Cost of Energy (LCOE) Levelised Cost of Electricity (LCOE) Levelised Energy Cost (LEC) Выровненная (осредненная) себестоимость энергии Где t = 1..n- время службы станции (количество полных лет); It - инвестиционные расходы в год ($,руб.) ; Mt - расходы в год на эксплуатацию и техническое обслуживание ($,руб.); Ft - стоимость топлива в год ($,руб.); Et - произведено электроэнергии в год (МВт*ч) ; r - учетная ставка.

27 27 Тип станции Нормированная стоимости электроэнергии (LEC) (2010 USD / МВт*ч) МинимальнаяСредняяМаксимальная Обычные угольные90,199,6116,3 Усовершенствованные угольные103,9112,2126,1 Усовершенствованные угольные с CCS (сист. улав. и погл.) 129,6140,7162,4 На природном газе (тип): Обычные комбинированного цикла61,868,688,1 Усовершенствованные комбинированного цикла58,965,583,3 Усовершенствованные CC (комб. цикл) с CCS82,892,8110,9 Обычная газотурбинные94,6132,0164,1 Усовершенствованные газотурбинные80,4105,3133,0 Усовершенствованные ядерные108,4112,7120,1 Геотермальные85,099,6113,9 Биомасса101,5120,2142,8 ВЭС78,296,8114,1 ВЭС – «Оффшорные»307,3330,6350,4 Солнечные фотоэлектрические122,2156,9245,6 Солнечные тепловые182,7251,0400,7 Гидро58,689,9149,7 Расчет выравненной стоимости электроэнергии по различным источникам генерации (США) Источник: Levelized Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook Released January 23, Report of the US Energy Information Administration (EIA) of the US Department of Energy (DOE)

28 28 Данные, используемые для расчета выровненной себестоимости электроэнергии на гг. CCGT (ПГУ) Coal (Уголь) Coal CCS (Уголь УХУ) Nuclear (АЭС) Wind (Ветер) European Union (ЕС) Киум60%75%80%90%24% Коэфф. исп. топлива (брутто, НТС)61%50%41%33%n.a. Капитальные затраты ($ 2009 за кВт) Срок строительства (лет) Срок службы (лет) Удельная стоимость топлива (различная *) n.a. Затраты на обсл. и эксп. ($ 2009 за кВт) United States (США) Киум55%80% 90%28% Коэфф. исп. топлива (брутто, НТС)61%51%42%33%n.a. Капитальные затраты ($ 2009 за кВт) Срок строительства (лет) Срок службы (лет) Удельная стоимость топлива (различная *) n.a. Затраты на обсл. и эксп. ($ 2009 за кВт) China (Китай) Киум60%80% 90%25% Коэфф. исп. топлива (брутто, НТС)60%49%40%33%n.a. Капитальные затраты ($ 2009 за кВт) Срок строительства (лет) Срок службы (лет) Удельная стоимость топлива (различная *)1070 3n.a. Затраты на обсл. и эксп. ($ 2009 за кВт) Примечание: Стоимость топлива - газ ($/MVtu); уголь ($/тонну); АЭС ($/МВт*ч) Источник: OECD/IEA ARE WE ENTERING A GOLDEN AGE FOR GAS? GIE Annual Conference. 23 June 2011.

29 29 Выровненная себестоимость производства электроэнергии при различных ценах на газ, гг. Примечание: Предположения, приведены в таблице Затраты на производство электроэнергии в странах Европейского союза включают C0 2 по цене $ 40 за тонну. Центральный цены на газ отражает среднюю цену «газового сценария». Источник: OECD/IEA ARE WE ENTERING A GOLDEN AGE FOR GAS ? GIE Annual Conference. 23 June Coal supercritical Уголь сверхкритических (пар) Coal ultra supercritical Уголь суперсверхкритические (пар) Coal IGCCУголь (станции с газифик. и комб.циклом) Gas CCGTГаз ПГУ (станции с комб.циклом) Coal oxyfuel with CCS Уголь (станции с сжиганием кислорода, улавливанием и захорон. СО2) Coal IGCC with CCS Уголь IGCC с CCS (станции с газифик. и комб.циклом, улавливанием и захорон. СО2) Gas CCGT with CCS Газ ПГУ (станции с улавливанием и захорон. СО2)

30 30 Наземные ВЭС - капитальные затраты по отдельным странам, 2003 – 2010 гг. Onshore wind power system installed cost 2010USD/kW Australia Austria Canada China а Denmark б Finland Germany Greece India в Ireland Italy Japan Mexico Netherlands Norway Portugal Spain Sweden Switzerland United Kingdom J United States Sources: IEA Wind, 2007,2008,2009,2010 and 2011: and WWEA/CWEQ 201 h

31 31 Тенденция изменения выравненной стоимости LCOE (энергии ветра) за период Q Q гг. Source: BNEF, 2011b.

32 32 Module cost factory gate or spot (2010USD/W) Installed cost (2010 USD/W) Efficiency (%) Levelised cost of electricity (2010USD/kWh) Residential c-Si PV system c-Si PV system with battery storage Utility-scale Amorphous Si thin film Типичные значения удельной выравненной стоимости электроэнергии солнечных фотоэлектрических систем Примечание: Предполагается, 10% стоимости капитала. Источник: RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: COST ANALYSIS SERIES Volume 1: Power Sector Issue 4/5 Solar Photovoltaics June 2012

33 33 Сценарий EPIA ежегодного мирового ввода новой установленной мощности PV –станций, 2000 – 2015 гг Source: EPIA, 2011b.

34 34 Выравненная стоимость электроэнергии: Сценарии для систем PV на гг. Sources: IEA, 2010; and EPIA and A J. Kearney, 2011.

35 35 Выравненная стоимость производства электроэнергии из биомассы для различных технологий Примечание: Co-firing -Совместное сжигание; Digester-сбраживание биомассы; Gasifier CHP- газификация и комбинированное производство электроэнергии и тепла ; BFB/CFB – сжигание в кипящем циркулирующем слое; Stoker – слоевое сжигание; Stoker CHP- комбинированное производство электроэнергии и тепла при слоевом сжигании. Источник: RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: COST ANALYSIS SERIESVolume 1: Power Sector Issue 1/5Biomass for Power Generation June 2012

36 36 Выравненная стоимость электроэнергии гидроэлектростанций по странам и регионам Sources: ACIL Tasman, 2008; Ecofys, et oi, 2011; IEA, 2010b; IRENA, 2011; Pletka and Finn, 2009; and WGA, 2009.

37 37 Выравненная стоимость электроэнергии малой гидроэнергетики для ряда проектов в развивающихся странах Source: IRENA/GIZ.

38 38 Выводы 1. Существует достаточно высокая вероятность, что темпы развития возобновляемой энергетики превысят самые оптимистические прогнозы и доля ВИЭ в производстве электроэнергии у 2020 г. достигнет 15% (без крупных ГЭС). 2. В развитии возобновляемой энергетики на первый план выдвигается фотоэнергетика на базе кремния. К гг. ожидается снижение удельной стоимости модулей на кристаллическом кремнии до 0,8-1,0 $/Ватт (пик), что снимает последний барьер в развитии фотоэнергетики. 3.Влияние ожидаемого мирового финансового кризиса на развитие возобновляемой энергетики прогнозируется неоднозначным. В зависимости от политических решений Правительств стран возможен вариант сохранения и даже увеличения темпов развития возобновляемой энергетики. 4. В России появились отдельные примеры строительства биогазовых установок, малых ГЭС, тепловых насосов, ВЭС и малых ВЭС, ФЭС, однако, продолжается катастрофическое отставание в объемах использования ВИЭ из-за отсутствия подзаконных актов по государственному стимулированию использования ВИЭ.

39 39 Спасибо за внимание! П.П. Безруких Секция «Энергетика» РИА, Комитет ВИЭ РосСНИО, ЗАО «Институт энергетической стратегии» Эл. почта : тел. 8(495) (495)