Новые технологии в электроэнергетике: Новые технологии в энергетике: безаварийное электроснабжение предприятий

Содержание

Новые технологии в энергетике: безаварийное электроснабжение предприятий

Пожалуй, каждый сталкивался с отключением света у себя дома. Сразу возникает много мыслей: интернета нет, белье не достирается, холодильник разморозится! Когда проблема с электропитанием случается на производстве, это может привести к большим убыткам и даже к человеческим жертвам. Серьезные проблемы требуют серьезных решений. Резиденты Инновационного центра «Сколково», электроэнергетическая компания RUTAS, делятся методами защиты от аварий.

Компания RUTAS

Движущая сила

Сейчас много говорят о возобновляемых источниках энергии, сравнивают перспективы атомной и водородной энергетики. Однако при всем разнообразии энергетических технологий большинство из них по-прежнему связаны с выработкой и передачей электричества.

Электроэнергетика не просто сохранила свои позиции, она значительно их усилила. Проникновение IT во все отрасли и сферы жизни повысило ценность электропитания до жизненно важного. Кроме того, мир замер на низком старте перед переходом на электромобили. Этот процесс уже идет, сеть зарядных станций быстро наращивает покрытие. На очереди — новые поколения общественного транспорта с электропитанием.

Промышленные предприятия тоже используют электроэнергию. Вот только обновлять инфраструктуру так же быстро и красиво, как получается у технологических стартапов, на заводах и фабриках не получится. У них другие объемы, а вместо щедрых спонсоров — обязательства и контракты. Российские предприятия до сих пор используют инфраструктуру, оставшуюся со времен Советского Союза. По мере устаревания электротехнической инфраструктуры растут риски аварий. К сожалению, это не только математические прогнозы, но и аварийные отключения электропитания.

Тревожная статистика

Ежегодное количество аварийных обесточиваний на промышленных предприятиях исчисляется сотнями за год.

Это означает не только остановку производства, но и повышенный износ, иногда выход из строя оборудования. А также нарушение логистических цепочек, что затрагивает другие компании. В случае производств непрерывного цикла и с опасной спецификой, проблемы даже от краткосрочного отключения могут быть крайне серьезными. Представьте остановку электроснабжения на карьере глубиной 2 км или на металлургическом комбинате, который вообще не сможет запуститься после застывания металла в плавильных цехах.

Энергетическая безопасность относится к стратегическим аспектам. И поскольку одновременная модернизация всей энергетической системы нереализуема, критично важны решения, которые позволят улучшить ситуацию точечно, удобно и эффективно распределять по времени вложения денежных средства в обновление системы.

Профилактика проблем

Прежде чем переходить к решениям, давайте кратко рассмотрим характер аварийных ситуаций в электроснабжении. Основные проблемы:

Однофазные замыкания на землю.
Короткие замыкания.
Пробои изоляции электродвигателей, кабельных линий и муфт.
Провалы напряжения.
Аварийные отключения питания.

Это происходит по разным причинам. Одна из важнейших — износ устаревших энергетических сетей. Кроме того, аварии случаются из-за человеческих ошибок, а также в результате сбоев оборудования. В последние годы изменение климата создает новую угрозу. Теперь нужно опасаться также перегрева конструкций там, где раньше этого не происходило.

С учетом разнообразия факторов риска, требуется комплексный подход к решению проблем аварийности. В качестве примера такого универсального решения можно назвать технологию RUTAS 4K.

Технология состоит из четырех устройств:

К1 (устройство УДАТ\BSR) — заземляет нейтраль сетей 6-10 кВ через резисторы, что снижает вероятность и облегчает последствия однофазного замыкания на землю. K1 сокращает групповые отключения электроэнергии на 97-98%. Но даже в тех случаях, когда авария все же случается, перенапряжение в сети будет не такое большое. Это снизит износ изоляции элементов системы, защитит от пробоев другие участки сети, убережет кабельные линии, муфты, электродвигатели, трансформаторы. И позволит спокойно все починить без серьезной спасательной операции.

K2 (устройство ДАКОМП) — служит для защиты от резонансных перенапряжений в режиме однофазного замыкания на землю и более глубокого ограничения перенапряжений в режиме однофазного замыкания на землю. Такие устройства подключаются к зажимам электродвигателей и вводам трансформаторов и называются гасителями-компенсаторами. Они компенсируют скачки напряжения, что сокращает количество пробоев на 22%.

К3 (RC-гаситель) — решает проблему с коммутационными перенапряжениями. Внедрениями установлено, что К3 на 62% эффективней широко применяемых в настоящее время устройств.

K4 (устройство RC-K4) — защищает экраны кабелей из сшитого полиэтилена от термического разрушения в режимах короткого замыкания. Благодаря этому сокращается выгорание экранов современных кабелей из сшитого полиэтилена. Значит, не придется менять километры поврежденного кабеля, что экономит не только деньги, но и время.

Применение такой технологии сокращает аварийные издержки на 81%, а ее окупаемость — менее 5 лет.

Безопасная энергия

Проектирование энергетических сетей в обязательном порядке включает программу защиты окружающей среды. В этом направлении делается немало. Однако помимо новых, есть также большое количество старых сетей и предприятий. Кроме того, проблемы на территории конечных потребителей тоже создают угрозы природе.

Даже простые потери электроэнергии наносят вред окружающей среде, потому что генерирование энергии связано с вредными выбросами. В России около 15% электричества производится за счет сжигания угля. На 1 кВтч приходится до килограмма (!) выбросов CO2.

Конечно, о природе нужно заботиться не только в городах. Однако на этот счет есть обнадеживающая статистика. Модернизация энергетического оборудования дает такие результаты:

На 21% меньше негативного влияния магнитных полей.
На 38% ниже риски возгораний и пожаров.
На 71% меньше выхлопных газов аварийной спецтехники.

Итак, есть проверенные решения. Значит ли это, что проблема решена? Не совсем. Уместнее говорить о том, что она может быть решена.

Профилактика vs Лечение

Есть два основных подхода к модернизации — упреждающий и запаздывающий.

На первый взгляд, может показаться, что преимущество профилактики проблем очевидно. Тем более что аварийные ремонты значительно сложнее, часто требуют поставки нового оборудования. В удаленных регионах на это могут потребоваться месяцы. Не везде есть и квалифицированные специалисты для пуско-наладочных работ. Значит, бюджет ремонта еще больше вырастет.

Все это верно. Но с другой стороны, у предприятий обычно нет свободных средств для замены исправно работающего оборудования. Поэтому начинать лучше не с модернизации, а с обследований. Правда, проведение энергетического аудита тоже требует определенных компетенций и инструментов. А главное — управленческих решений на местах.

Комплексная защита может продлить срок службы электрических сетей и оборудования на срок до 16 лет. Для того чтобы получить такие результаты, а также снизить аварийность, нужно действовать упреждающе.

Как правило, интерес к модернизации энергетической базы пробуждается после аварии. Сложно закрыть глаза на обесточенный объект. Это ЧП. Но тем и плох аварийный менеджмент, что срочный ремонт технологически отличается от планового.

Нормальный ход внедрения, с учетом всех согласований и тестового периода, занимает 1-2 года. Только в горизонте 10 лет можно говорить о плановой модернизации. Чтобы вовремя стартовать такие проекты, руководство предприятия должно мыслить стратегически.

Переворот в энергетике — Электроэнергетика / Отраслевые направления / «Вестник McKinsey»

Внедрение технологических инноваций в энергетическом секторе происходит даже быстрее, чем ожидалось, — и это может ускорить экономический рост, а также повысить устойчивость сектора уже в 2015 г.
Номер 27 (2013)

Статья была опубликована в McKinsey on Sustainability & Resource Productivity, лето 2012 г.

Мир подходит к переломному моменту в развитии энергетических технологий, после которого производительность энергетического сектора может увеличиться в масштабах, невиданных со времен промышленной революции.

Большинство технологий, которые способны обеспечить прорыв в этой сфере, уже хорошо известны — в их числе, например, нетрадиционные способы добычи газа, электромобили, солнечная энергетика, светодиодное освещение. И все же для многих руководителей их распространение
станет настоящим сюрпризом. Причина заключается, по всей видимости, в том, что многие организации так долго наблюдают за развитием этих технологий, что уже свыклись с мыслью о невозможности скорого и существенного прогресса. В основе этих взглядов лежит непонимание
самой природы технологических перемен. Растущие темпы внедрения инноваций в энергетической сфере свидетельствуют о том, что некоторые технологии станут коммерчески жизнеспособными гораздо раньше, чем того ожидает большинство наблюдателей, — в ряде случаев
соответствующие структурные сдвиги могут начаться уже в 2015 г.

Долгое время развитие той или иной технологии может происходить постепенно и носить маргинальный характер, не оказывая существенного влияния на основных участников рынка. И действительно, экономический эффект от разрабатываемых технологий в среднем может
оставаться более чем скромным — причем именно в тот момент, когда ведущие организации, занимающиеся разработкой и внедрением инноваций, уже приближаются к решающему прорыву. Но успешное массовое внедрение новых технологий станет возможным только тогда, когда
они позволят выйти на принципиально новый уровень затрат и эффективности по сравнению с текущей ситуацией. На фоне новых технологий нынешние способы ведения бизнеса могут стать неэффективными менее чем за десятилетие, то есть по экономическим меркам практически
мгновенно.

Технологические инновации, как мы знаем из истории, влекут за собой настолько существенное увеличение производительности, что это приводит к коренному преобразованию целых отраслей промышленности и открывает новые перспективы развития и роста перед всем
обществом в целом. В частности, разработка беспроводных технологий фундаментальным образом изменила сферу телекоммуникаций. Персональные компьютеры и смартфоны, появление которых стало возможным благодаря все более миниатюрным и быстродействующим чипам, произвели
революцию в индустрии бытовой электронной техники. А портативные аудиоустройства, от плееров Sony Walkman до современных айподов, радикально видоизменили способы хранения, передачи и прослушивания музыки.

Энергетические рынки стоят на пороге аналогичных и — без преувеличения — поразительных преобразований. При рекордно высоких ценах на нефть, сталь, медь, алюминий и другие ресурсы организации, занимающиеся энергетическими инновациями, стремятся извлечь преимущества
из внедрения новых решений в таких сферах, как разработка программного обеспечения, производство бытовой электроники, полупроводников и фармацевтической продукции, чтобы коренным образом усовершенствовать повсеместно применяемые ныне методы производства и
потребления энергии.

Темпы преобразований могут оказаться беспрецедентными. Для достижения успеха компании должны понять, каковы основные пороговые значения эффективности для каждой новаторской технологии, а также оценить, какие перемены на рынке повлечет за собой технологический
переворот в каждой конкретной сфере. А те компании, которые удовольствуются всего лишь ролью пассивных наблюдателей за технологическим прогрессом и будут делать ставку на средний экономический эффект, даже не пытаясь извлечь выгоду из рискованных проектов,
могут и не выжить в новом мире, созданном благодаря передовым инновациям.

В Соединенных Штатах можно выделить пять технологий, которые обладают потенциалом, необходимым для того, чтобы уже к 2015 г. оказывать влияние на рост производительности в энергетическом секторе. Речь идет о нетрадиционных способах добычи природного газа,
электромобилях, усовершенствованных двигателях внутреннего сгорания, солнечной энергетике и светодиодных осветительных приборах. Еще пять технологий могут достичь такого уровня вскоре после 2020 г. Это сетевое накопление энергии, цифровое управление преобразованием
напряжения, бескомпрессорное кондиционирование воздуха и электрохромные окна, обогащение угля, а также различные виды биотоплива и электротоплива. Эти технологии имеют широкую сферу применения и достигли достаточно высокой ступени развития, чтобы произвести
настоящий переворот на рынках, когда затраты на их использование окажутся более низкими, чем у технологий, которые доминируют в соответствующих отраслях сегодня.

Широкое применение любой из этих технологий способно обеспечить потребителям ежегодную экономию, исчисляемую сотнями миллиардов долларов, а в масштабах национальных рынков оно поможет странам добиться экономического роста без каких-либо вредных экологических
последствий. Даже если технологический переворот произойдет не во всех перечисленных сферах, а только в некоторых из них, это все равно самым благоприятным образом скажется на состоянии мировой экономики и окружающей среды. Кроме того, успех этих инноваций
будет способствовать укреплению национальной безопасности каждой из стран, поскольку уменьшится их зависимость от импорта топливно-энергетических и прочих ресурсов.

Сегодня мы не можем предсказать, какая из этих технологий станет наиболее успешной, и не способны предугадать масштабы этого успеха. Ясно только одно: по крайней мере некоторые из них ждет блестящее будущее. Для многих компаний выживание будет зависеть от
умения проложить верный курс посреди этой «неопределенной неизбежности». Технологический переворот в любой из этих сфер может стать точкой невозврата для давних участников рынка, которые будут к нему не готовы. Поэтому каждая компания должна предпринять меры,
чтобы гарантированно оказаться в выигрышном положении в случае реализации описанных ниже сценариев технологических преобразований.

Влияние на рынок может стать ощутимым уже в 2015 году

Технологии, благодаря которым стремительно снижаются показатели затрат и экономятся деньги потребителей, развиваются значительно быстрее, нежели технологии, экономическая жизнеспособность которых зависит от норм и особенностей регулирования. Каждая из пяти
технологий, о которых пойдет речь в настоящем разделе, обладает своими преимуществами, связанными с использованием соответствующего программного обеспечения и электронного оборудования, благодаря чему темпы преобразований могут дополнительно ускориться. И
каждая из этих технологий предполагает шесть — восемь альтернативных, соперничающих между собой направлений развития, которые могут обеспечить выход на новый уровень эффективности. В ходе конкурентной борьбы между странами на рынок одновременно выходят разнообразные
формы инноваций. Одинаково важную роль играют такие факторы, как, например, низкий уровень затрат на инженерно-конструкторские работы, выполняемые китайскими специалистами, преимущества системной интеграции силами немецких компаний, объемы и качество про мышленного
производства в Корее или продуктовые инновации, разрабатываемые в США. От этой напряженной конкуренции в конечном итоге выигрывают потребители. Соревнование между технологиями, когда, например, солнечная энергетика борется с ветряной и обе противостоят природному
газу и электромобилям, а последние, в свою очередь, конкурируют с усовершенствованными двигателями внутреннего сгорания, которые отстаивают свое право на жизнь в борьбе с различными топливными элементами, — все это только поднимает планку качества и зачастую
ускоряет разработку и внедрение инноваций.

Нетрадиционные способы добычи газа

В 1980-е годы в США были открыты крупные запасы природного газа, для освоения которых не годились традиционные способы. Это стимулировало развитие горизонтального бурения и гидравлического разрыва пласта, четырехмерной сейсморазведки и компьютерного моделирования
— технологий, которые сделали возможной добычу газа из сланцевых формаций. Впервые полномасштабное применение этих разработок удалось обеспечить в начале 2000-х годов в ответ на значительное сокращение поставок природного газа на внутренний рынок США. За пять
лет подсчитанные запасы природного газа в США возросли на 50%. Рынок понял, что благодаря новым технологиям поставки дешевого природного газа надежно обеспечены на десятилетия вперед, и цены быстро поползли вниз: если в 2008 г. миллион британских тепловых
единиц стоил более 10 долл., то в 2011 г. — уже примерно 4 долл., а в 2012 г. — чуть более 2 долл. Появление на рынке природного газа, добываемого по новым технологиям, уже сэкономило американским потребителям миллиарды долларов и позволило стране снизить
выбросы парниковых газов.

Успешная эксплуатация месторождений сланцевого газа в США позволяет говорить о том, что эта технология обладает потенциалом, способным изменить всю глобальную сырьевую экономику и политику — особенно с учетом того, что страны Европы, Китай и Индия уже начинают
оценку объемов и вскрытие пластов на собственных месторождениях природного газа, доступных для разработки нетрадиционными способами. И хотя их освоение повлечет за собой существенные проблемы, связанные с безопасностью водных и земельных ресурсов, эта технология
все же может стать самой важной среди энергетических инноваций за последние сто лет.

Электромобили

Стоимость усовершенствованных аккумуляторов стремительно снижается. Если в 2009 г. она составляла около 1000 долл. за киловатт-час, то новые предприятия по выпуску аккумуляторов уже в 2010 г. могли предлагать изделия стоимостью чуть более 500 долл. за киловатт-час,
и эта цифра может понизиться до 350 долл. за киловатт-час, когда в ближайшие несколько лет указанные предприятия выйдут на полную производственную мощность. По совокупной стоимости владения аккумуляторы смогут достичь паритета с двигателями внутреннего сгорания
тогда, когда их цена упадет до 250 долл. за киловатт-час — при этом уровне цен продажи на мировом рынке могут возрасти до 15—20 млн единиц в год (по сравнению с 1—2 млн единиц, продаваемых ежегодно в настоящее время). Конечно, после удешевления аккумуляторов
еще может потребоваться от трех до пяти лет для того, чтобы автопроизводители смогли интегрировать эти новые разработки в стандартные автомобильные платформы, поэтому потребители получат выгоду от этих инноваций несколько позже. Тем не менее, когда эти электромобили
появятся на рынке, новая технология сулит потребителям уже в самое ближайшее время более 500 млрд долл. ежегодной экономии вследствие перехода с дорогостоящего, главным образом импортного нефтяного топлива на более дешевую электроэнергию местного производства.
К тому же потребители постепенно убеждаются в том, что электромобили зачастую разгоняются быстрее, что они безопаснее, комфортнее и лучше приспособлены к внедрению новых конструктивных решений по сравнению с автомобилями, созданными по традиционным технологиям.

Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания

Стандарты, принятые в США в соответствии с законом о среднем расходе топлива автомобилями (CAFE), оставались неизменными на протяжении почти трех десятилетий и предусматривали норму на уровне 27,5 мили пробега на галлон топлива. Но автомобильные технологии
не стояли на месте. Новые стандарты CAFE потребуют от автопроизводителей достичь уровня 35,5 мили на галлон в 2016 г. и 54,5 мили на галлон в 2025 г. Впрочем, даже в этом случае американские нормы будут ниже, чем европейские и китайские, которые диктуют требования
к автомобилям в остальной части мира. Спросом у потребителей пользуются автомобили с наиболее эффективным использованием топлива, а разработки в сфере материаловедения и программных средств управления уже способны сделать такие автомобили реальностью. Потребителям
усовершенствование двигателей внутреннего сгорания может обеспечить такую же экономию, как и технологический переворот в области электротранспорта. Есть основания предполагать, что конкуренция между технологиями станет стимулом для создания более привлекательных
высокопроизводительных и недорогих моделей, от чего в итоге выиграют конечные покупатели, которые получат новые возможности для выбора.

Солнечные фотоэлементы

Стоимость солнечной энергии (с учетом монтажа оборудования), еще в 2009 г. составлявшая примерно от 7 до 8 долл. за ватт, в 2011 г. снизилась до 4 долл. за ватт, а в 2012 г. — почти до 2,5 долл. за ватт. Рынок солнечной энергетики в Соединенных Штатах вырос
приблизительно на 40% благодаря реализованным в США в 2009 и 2010 гг. программам стимулирования этой отрасли. Столь активный рост стал отражением мировых тенденций и высоких темпов развития солнечной энергетики, которая получила аналогичную поддержку в Германии,
Италии, Испании и Китае. Дотирование отрасли, по всей видимости, должно иссякнуть, но ее развитие будет продолжаться по инерции, стимулируемое значительными инновациями в промышленном производстве, улучшением качественного выхода производимой энергии, а также
оптимизацией стоимости инженерно-конструкторских работ и всех вспомогательных технических компонентов (компонентов «баланса системы»), обеспечивающих работу солнечных батарей. Все это, как ожидается, может снизить стоимость солнечной энергии до 1,5 долл. за
ватт к 2015 г. и менее чем до 1 долл. к 2020 г. При таких ценах установки, работающие на солнечных фотоэлементах, станут реальной альтернативой традиционным источникам энергии и окажутся наиболее предпочтительными источниками для большинства новых жилых домов,
а также промышленных и торговых предприятий, расположенных в крупных малоэтажных зданиях (естественно, в тех регионах, где климатические условия благоприятствуют солнечной энергетике).

Светодиодное освещение

В Соединенных Штатах на освещение тратится почти 15% потребляемой электроэнергии. Важным преимуществом светодиодов, работающих на полупроводниках, является то, что скорость их усовершенствования практически совпадает с темпами развития микроэлектроники,
описанными в законе Мура. Программируемое регулирование потребления энергии светодиодами в зависимости от необходимого уровня освещенности дополнительно повышает их ценность. Если в 2009 г. светодиодная лампа со световым потоком 100 люменов стоила 50 долл.,
то в 2011 г. — уже 20 долл. К 2015 г. цена лампы со световым потоком 170 люменов должна упасть до 8—10 долл., вследствие чего устареют обычные лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Доля светодиодных ламп в настоящее время составляет приблизительно
2% мирового рынка осветительных приборов, но к 2015 г. их доля может увеличиться до 30%, а к 2020 г. — до 80%. Если распространение светодиодных ламп достигнет такого уровня, то к 2015 г. потребители во всем мире смогут ежегодно экономить более 50 млрд долл.,
а к 2020 г. — более 100 млрд долл. Это позволит снизить годовую потребность США в электроэнергии на 1,5%, что эквивалентно количеству энергии, которое могут выработать более 30 электростанций в режиме базовой нагрузки.

Влияние на рынок после 2020 года

Чтобы следующее поколение энергетических технологий вышло на этап промышленного производства при коммерчески состоятельном уровне издержек, потребуется целый ряд научных и инженерно-конструкторских инноваций. Выход этих технологий на доступные рынки, по-видимому,
будет также зависеть от административного и нормативно-правового регулирования. Не все эти технологии ждет рыночный успех — место под солнцем они завоюют только в том случае, если смогут превзойти наиболее удачные технологии предыдущего поколения. Но когда
это все же случится, целый ряд более ранних инноваций отойдет в историю.

Сетевое накопление энергии

Для масштабного накопления электроэнергии в электрических сетях разрабатывается целый ряд технологий, в том числе на основе аккумуляторных батарей, маховиков и ионисторов (суперконденсаторов), причем принцип действия многих из них аналогичен тому, который
применяется в автомобильных аккумуляторах. Сегодня затраты на сетевое накопление составляют примерно от 600 до 1000 долл. за киловатт-час, и оно может использоваться только в тех случаях, когда местные геологические условия позволяют создавать хранилища воды
или сжатого воздуха, наполняемые с помощью насосных станций. Благодаря инновационному применению проточных и жидкометаллических аккумуляторных батарей, а также другим новым технологиям затраты к 2020 г. могут снизиться примерно до 150—200 долл. за киловатт-час,
и это создаст необходимые условия для использования сетевого накопления энергии в каждом крупном мегаполисе. При таком уровне цен одним лишь Соединенным Штатам, возможно, понадобится за десять лет построить хранилища общей емкостью более 100 гигаватт (что
сопоставимо с нынешней мощностью всех атомных электростанций США), значительно повысив их надежность и безопасность. Вследствие этого существенно снизятся затраты на передачу энергии, вырабатываемой солнечными, ветряными, атомными и угольными электростанциями.
Кроме того, энергетические компании смогут использовать хранилища, чтобы обеспечивать стабильные поставки электроэнергии при сбоях и сезонно-климатических перерывах в работе генерирующих установок — а эта проблема, не столь остро стоящая перед традиционными
электростанциями, весьма актуальна для электростанций, работающих за счет возобновляемых источников энергии. В результате ощутимо уменьшится потребность энергораспределительных компаний в капитале.

Цифровое управление преобразованием напряжения

Первый шаг к широкому развитию электрических сетей сделали Эдисон и Вестингауз, которые в 1885 г. изобрели большие высоковольтные трансформаторы. Эта технология используется фактически в первозданном виде и по сей день. Обычный силовой трансформатор стоит
20 тыс. долл., весит 10 тыс. фунтов и занимает 250 кубических футов. Для управления высоковольтным напряжением в военных целях были разработаны быстродействующие цифровые преобразователи повышенной надежности, изготавливаемые из карбида кремния и нитрида галлия.
Они более надежны и универсальны, потребляют на 90% меньше энергии и занимают всего лишь 1% объема по сравнению с существующими трансформаторами. Эти цифровые преобразователи, возможно, начну вытеснять традиционные трансформаторы к 2020 г., когда их цена снизится
по сравнению с нынешней более чем на 90%. В связи с использованием цифровых устройств преобразования напряжения следует особо упомянуть Китай — в этой стране потенциальная выгода от их внедрения представляется особенно ощутимой, поскольку в Китае планируется
масштабное расширение энергетических сетей.

Бескомпрессорное кондиционирование воздуха и электрохромные окна

В регионах с жарким климатом эксплуатация высокопроизводительного кондиционера сегодня обходится в 3—4 тыс. долл. ежегодно, а сквозь обычные окна, даже если они находятся в исправном состоянии, происходит утечка до 50% всей энергии охлаждения. Новые бескомпрессорные
кондиционеры воздуха и электрохромные окна способны вдвое снизить плату за бытовое отопление и охлаждение воздуха. Пока еще эти кондиционеры и окна стоят слишком дорого, но к 2020 г. стоимость их монтажа, возможно, будет составлять всего лишь половину той
суммы, которую потребители тратят сегодня на установку современных окон и систем охлаждения воздуха.

Обогащенный уголь

Улавливание и захоронение углекислого газа в настоящее время стоит от 8 до 10 тыс. долл. за киловатт. С помощью разрабатываемых сегодня инновационных технологий угольные электростанции США смогут улавливать более 90% собственных выбросов двуокиси углерода,
что позволит им обеспечить соблюдение новых строгих требований Управления охраны окружающей среды США, направленных на борьбу с загрязнением окружающей среды. Генерирующие компании должны модернизировать свои электростанции, внедрив новую технологию обогащения
угля, при использовании которой стоимость киловатта электроэнергии составит менее 2 тыс. долл. В настоящее время в США планируется к 2020 г. закрыть около 200 угольных электростанций, поскольку их эксплуатация требует существенных затрат (по сравнению с электростанциями,
работающими на природном газе) и сильно загрязняет окружающую среду. Благодаря новым технологиям обогащения угля многие из этих электростанций, а также аналогичные электростанции в Европе и Китае смогут работать еще несколько десятков лет. Тем не менее следует
заметить, что технологии обогащения угля вряд ли будут использоваться в промышленных масштабах, если для их поддержки не будут вводиться специальные нормативно-правовые ограничения, регулирующие содержание углекислого газа в промышленных выбросах.

Биотопливо и электротопливо

Поскольку цены на сырую нефть сегодня достигают 100 долл. за баррель, рыночная доля биотоплива — в том числе этанола, произведенного из сахарного тростника и пшеницы — уже успела стремительно увеличиться. Однако предложение биотоплива ограничивается такими
факторами, как спрос на продовольствие и ухудшение качества доступных для обработки земель, что в итоге приводит к увеличению затрат и уменьшает потенциал роста. Генетические инновации, открывшие дорогу для использования биотоплива на основе целлюлозы и водорослей,
могут избавить производителей от этих ограничений. Передовые компании, недавно начавшие инновационный бизнес в этой области, создают высокоприбыльные продукты органического синтеза и сырьевые компоненты, зарабатывая деньги уже сегодня и приближая тот день,
когда на рынке появится биотопливо по цене не более 2 долл. за галлон — согласно прогнозам, это произойдет к 2020 г. В то же время разработчики биофармацевтических технологий закладывают основы для производства электротоплива. Суть производственного процесса
состоит в том, что ферменты поглощают двуокись углерода, воду и энергию, в результате чего образуются длинноцепные молекулы углерода. Состоящее из них электротопливо можно использовать так же, как ископаемое топливо, причем уровень затрат составляет всего
10% от стоимости современного биотоплива. Важнейший вопрос состоит в том, можно ли довести развитие этих технологий до промышленных масштабов.

***

Далеко не все технологии, о которых мы говорили, будут реализованы в полной мере, но некоторые из них все же ждет счастливая судьба — и именно они раз и навсегда коренным образом изменят энергетический рынок. Каждая компания, которая стремится к успеху на
энергетическом рынке будущего, должна знать и понимать новаторские технологии. В частности, энергетические компании должны представлять себе технологические возможности, которые открываются благодаря развитию программного обеспечения и электронного оборудования.
Кроме того, важно внимательно отслеживать достижения новаторов на важнейших рынках. Компании должны четко знать, какие конкурентные преимущества есть у той или иной страны, а для этого необходимо иметь представление о таких факторах, как, например, стоимость
строительства и вспомогательного оборудования солнечных электростанций в Китае, направления развития электронной промышленности в Японии и Корее или влияние программного обеспечения на экономические характеристики продукции в Германии и Соединенных Штатах.
В конечном итоге каждая компания должна понять, при каких пороговых значениях цены и эффективности может произойти существенное увеличение спроса на ту или иную технологию. Тот, кто игнорирует маргинальные на первый взгляд процессы, сам рискует оказаться на
обочине в будущем — в том будущем, которое приближается так стремительно.

Мэтт Роджерс (Matt Rogers) — старший партнер McKinsey, Сан-Франциско

Для корректной работы сервиса, пожалуйста, включите javascript в настройках браузера.

Новые технологии и электроэнергетическая промышленность США — Financier Worldwide

Учитывая быстрый темп развития технологий, американцы используют электричество более широко, чем когда-либо прежде. И каждый день мужчины и женщины, работающие в электроэнергетике, работают над тем, чтобы поставлять безопасную, надежную, доступную и чистую энергию, которая движет нашей экономикой и питает Америку.

Сегодня в стране происходят глубокие преобразования; потребители электроэнергии знают, что способы использования и производства энергии меняются. Самое главное, они ожидают, что отрасль обеспечит желаемое ими энергетическое будущее таким образом, чтобы не ставить под угрозу надежность и доступность.

В ходе этой трансформации основное внимание уделяется обеспечению экологически чистой энергии, созданию более разумной энергетической инфраструктуры и созданию энергетических решений, которые нужны потребителям. Чтобы сделать это успешно, нам необходимо правильно разработать энергетическую политику.

Чистая энергия

Промышленность всегда полагалась на различные ресурсы для производства электроэнергии. Сбалансированный энергетический баланс, сочетающий чистые и возобновляемые источники энергии с традиционными, имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы электроэнергия оставалась безопасной, надежной и доступной.

Мы также знаем, что потребители заинтересованы в более чистом поколении, чтобы принести пользу окружающей среде. Промышленность предпринимала и предпринимала значимые действия, чтобы продвинуть Америку к низкоуглеродному энергетическому будущему. Факты демонстрируют прогресс, которого добивается отрасль.

Во-первых, энергетический баланс стал чище. Всего за 10 лет состав источников, используемых для производства электроэнергии в США, резко изменился. Сегодня одна треть электроэнергии в США поступает из источников с нулевым уровнем выбросов (а именно ядерных и возобновляемых источников энергии), которые помогают снизить воздействие на окружающую среду.

Во-вторых, по прогнозам, использование возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии увеличится почти в четыре раза в период с 2010 по 2040 год. Являясь лидерами в области возобновляемых источников энергии, электрические компании обеспечивают практически всю ветровую, геотермальную и гидроэнергию в стране. В отрасли установлено около 60 процентов всех солнечных мощностей США с конечной целью донести преимущества рентабельной солнечной энергии до всех сообществ США.

Промышленность также сокращает выбросы. Будь то за счет расширения использования возобновляемых источников энергии, повышения энергоэффективности или использования более чистых видов топлива и технологий, электрические компании США активизируют усилия, которые к настоящему времени позволили сократить выбросы углекислого газа почти на 21 процент по сравнению с уровнем 2005 года по состоянию на конец 2015 года. Кроме того, между 1990 и 2015 года выбросы оксидов азота сократились на 79 процентов, а выбросы диоксида серы — на 86 процентов, в то время как потребление электроэнергии выросло на 36 процентов.

Разумная энергетическая инфраструктура

Размышляя о нашем энергетическом будущем, мы должны осознавать ценность, которую обеспечивает энергосистема. Являясь основой системы, сеть эффективно поставляет надежную и безопасную энергию, поэтому потребители всегда получают необходимую им энергию, когда бы она им ни понадобилась.

Продолжающееся развертывание цифровых интеллектуальных счетчиков — на сегодняшний день в домохозяйствах США установлено более 65 миллионов — является одним из ключевых элементов более динамичной и безопасной энергосистемы. Инвестиции, которые ускоряют интеграцию новых технологий, таких как небольшие ветряные и солнечные батареи, накопители энергии, микросети и другие устройства в наших домах и на предприятиях, являются еще одним. Ожидается, что в 2016 году отрасль инвестирует 52,8 млрд долларов в улучшение энергосистемы и дальнейшее усиление мер по обеспечению ее безопасности.

Защита энергосистемы — главный приоритет отрасли. Каждый день отрасль работает над повышением безопасности, надежности и отказоустойчивости сети. Стратегии безопасности постоянно развиваются и тесно координируются с государственными партнерами. Работая вместе, промышленность и правительство значительно улучшают меры реагирования и восстановления после сильного шторма, а также способность защищаться от киберугроз и угроз физической безопасности.

Энергетические решения, которые нужны потребителям

Сегодня потребители хотят большей гибкости и хотят более активно использовать энергию. Электроэнергетические компании меняют способ предоставления услуг потребителям и индивидуализируют эти услуги — для крупных потребителей, таких как центры обработки данных и крупные корпорации, которые хотят использовать возобновляемые источники энергии; для бытовых потребителей, которые хотят управлять своим энергопотреблением с помощью подключенных устройств и веб-платформ; и для крупных городов, которые хотят быть более устойчивыми и уменьшить свой углеродный след.

Промышленность также помогает потребителям экономить энергию. В 2014 году компания инвестировала 7,3 миллиарда долларов в программы повышения энергоэффективности. Благодаря этим инвестициям удалось избежать образования 107 миллионов метрических тонн углекислого газа и сэкономить электроэнергию, достаточную для питания 14,7 миллиона домов в США в течение одного года.

И промышленность продолжает продвигать электрификацию как дорожных, так и внедорожных приложений для поддержки экологических целей, повышения удовлетворенности клиентов и повышения национальной безопасности за счет использования большего количества внутренних энергоресурсов.

В прошлом году отрасль еще больше поддержала эти усилия, запустив партнерство с Министерством энергетики, которое выявляет и использует возможности сотрудничества между правительством и отраслью для продвижения и ускорения общенационального внедрения электромобилей.

Правильная политика

Одной из энергетических технологий, которая вызывает все больший интерес у потребителей, являются крышные или частные солнечные системы. Частная солнечная энергия является привлекательным вариантом для некоторых потребителей, и электрические компании активно изучают способы лучшей интеграции этих систем в энергосистему для повышения надежности, повышения отказоустойчивости, снижения затрат для потребителей и сети и улучшения состояния окружающей среды.

Политиков по всей стране призывают обновить текущие политики, чтобы гарантировать, что каждый, кто использует энергосистему, продолжает справедливо делить расходы на оплату энергосистемы.

Для обеспечения того, чтобы электрические компании могли поставлять энергию, которую потребители в будущем хотят и ожидают, очень важно, чтобы традиционные источники энергии работали рука об руку с чистыми и возобновляемыми технологиями, чтобы сохранялся разнообразный энергетический баланс и чтобы новые технологии дополняли один другой, вместо того, чтобы конкурировать друг с другом.

В конце концов, более миллиона американцев, прямо или косвенно занятых в электроэнергетической отрасли, привержены обеспечению безопасной, надежной, доступной и чистой энергии, а также использованию новых технологий и внедрению изменений, которые максимизируют ценность для потребителей. .

Дэвид Оуэнс (David Owens) — исполнительный вице-президент по бизнес-операциям и регуляторным вопросам в Edison Electric Institute.

Технологии и практика электроэнергетики Инновационный вызов

Офис
Электричество

Америка отличается инновациями и подходом «можно сделать» к решению задач сегодняшнего и завтрашнего дня. Программа «Инновации в области технологий и практики электроэнергетики» (EITPIC) использует американскую изобретательность, чтобы сделать национальную электрическую сеть более прочной и устойчивой. В рамках этой задачи Управление электроэнергетики ищет идеи от промышленности, научных кругов и других новаторов для технологий или решений, которые могут устранить существующие или возникающие уязвимости и угрозы для электроэнергетического сектора или смягчить взаимозависимости между электроэнергетическим сектором и другими секторами.

Победители первого конкурса, объявленного 21 августа 2019 года, разработали идеи, которые могут значительно улучшить сегодняшнюю практику электроэнергетики. Подробнее о предложениях победителей читайте здесь.

Южная Калифорния Edison : Предлагается виртуализация компонентов электросетевых подстанций и управление ими с использованием человеко-машинного интерфейса (ЧМИ).
Университет Джорджа Вашингтона : Предлагается разработать интеллектуальный измерительный блок (SMU) для измерения и интерпретации данных существующих векторных измерительных блоков (PMU) в источнике, а не в диспетчерской. SMU обеспечит обнаружение событий, классификацию и измерения, которые улучшат существующие датчики.
University of Houston : Предлагается усовершенствовать существующие системы управления энергопотреблением (EMS) с помощью стохастической, ограниченной безопасностью, экономичной диспетчерской модели, которая лучше учитывает сетевые микросети и гибкую передачу.
Корпорация Siemens : Предлагается разработать цифровой компаньон по экологически безопасным технологиям, который сочетает в себе семантические технологии, машинное обучение и дополненную реальность, чтобы дать операторам сети лучшее представление о состоянии сети. Компаньон может обеспечить возможности прогнозирования с использованием различных наборов данных, таких как погода и инфраструктура зарядки.
International Business and Technology Service Corporation : Предлагается использовать небольшой недорогой бесфланцевый датчик, который в настоящее время используется в других приложениях, таких как хранение данных, для измерения тока. Устройство достаточно маленькое, чтобы его можно было добавить к существующим компонентам сети, таким как PMU или микро-PMU.
Вашингтонский государственный университет : Предлагается разработать пользовательский интерфейс обработки данных для поддержки рабочих процессов синхрофазора с учетом качества обслуживания (QoS), что приводит к сокращению времени выполнения вычислений и затрат на оборудование.
University of Houston : Предложил основанную на сценариях стохастическую стратегию долгосрочного планирования расширения (S-LTEP), которая устраняет неопределенности, включает возобновляемые источники энергии и рассматривает большой набор сценариев, которые объединены для уменьшения вычислительной сложности в текущие модели планирования передачи.
Новые технологии в электроэнергетике: Новые технологии в энергетике: безаварийное электроснабжение предприятий