Инновации в энергетике. «Сколково» раскрывает секреты Инновационные технологии и материалы в энергетике

В ближайшие десятилетия мир будет потреблять гораздо больше энергии, чем сегодня. В конце концов, везде, где возрастает потребность к надежной и доступной энергии, люди смогут наслаждаться более высоким уровнем жизни.

Это хорошо в некотором смысле!

Но в то же время в мире есть огромное население, которое даже не имеет доступа к большинству основных энергетических услуг. Не только это, но и изменение климата также остается серьезной проблемой.

Эта проблема породила потребность в разработке некоторых инноваций, которые могут помочь как сосуществовать так, и удовлетворить растущую потребность людей, вносить вклад в контроль климата.

Энергетические инновации

Энергия является первичной и используется повсеместно - школы и коммерческие районы продолжают работать, городские огни продолжают светить, транспортные средства продолжают двигаться.

В условиях острой необходимости для мира главное преобразовать свою энергетическую систему. Направить вектор развития на разработку и внедрение технологий с низким или нулевым уровнем выбросов углерода.

Развитые страны, такие как Соединенные Штаты и Европа, уже готовы изменить исходные модели потребления, чтобы направить свои силы на добычу чистой энергии, но развивающиеся страны не смогут позволить себе заплатить требуемую премию за этот способ.

Причина проста - современные технологии экологически чистой энергии, такие как ветер, солнечная энергия, электромобили, интеллектуальные сети и накопители энергии, стоят дороже. Таким образом, должен быть какой-то выход, чтобы эти возобновляемые источники энергии были доступны миру таким образом, чтобы их растущие потребности были удовлетворены, но без прожигания дыры в их карманах.

Для этого наметились различные тенденции, которые могут позволить странам принять решения в области устойчивой энергетики таким образом, что они даже окажутся энергосберегающими.

Основные тенденции энергетических инноваций в 2019 году

Инновации во всем, включая хранение энергии, интеллектуальные энергосистемы и технологии производства электроэнергии, затронут каждый сектор.

Хранение энергии будет способствовать жизнеспособности энергии ветра и солнца - двух источников энергии, которые слишком дороги из-за затрат, связанных с батареями, которые хранят генерируемую энергию.

Наличие умных сетей будет регулировать поток энергии по всему городу или району.

Развитие производства электроэнергии повысит эффективность при оптимальном использовании ископаемого топлива и других возобновляемых источников энергии.

Ниже перечислены тенденции, которые мы можем ожидать не только для экономии энергии, но и для удовлетворения растущих энергетических потребностей мира.

1. Инновационные хранилища энергии

Вы можете очень хорошо сбалансировать энергоснабжение и спрос, если у вас достаточно запасенного количества энергии. Фактически, это является ключом к решению неустойчивых проблем возобновляемой энергии.

Как насчет сопряжения системы хранения энергии с возобновляемым источником? Это может обеспечить вам плавное и устойчивое энергоснабжение даже в условиях, когда погода не благоприятствует выработке энергии.

Как говорилось ранее, батареи являются хорошим вариантом для накопления энергии, но, тем не менее, из-за их дорогостоящего характера можно ожидать улучшения в других технологиях накопления энергии, которые могут сделать их не только жизнеспособными, но и доступными сразу.

Ожидается, что новые появляющиеся технологии будут иметь накопление энергии в качестве основного компонента. Вследствие этого все типы решений для хранения, включая бытовую энергию и коммунальные услуги, также станут конкурентоспособными по цене, что в конечном итоге превзойдет преимущества традиционных источников энергии.

Это значительное новшество в области накопления энергии уже началось на карибском острове Барбадос. Здесь старые аккумуляторы для электромобилей используются повторно, чтобы обеспечить накопление энергии сетки с целью продления их обычного срока службы.

2. Сила искусственного интеллекта в микросетях

Лучшая часть микросетей состоит в том, что они являются локальными энергосетями, которые могут работать в обоих направлениях - свободно или даже оставаясь подключенными к большей обычной сети. Эти сети не только экономят энергию, но также обеспечивают энергетическую независимость, эффективность и защиту в случае непредвиденных обстоятельств.

Ну, вы, наверное, слышали об искусственном интеллекте, то есть искусственном интеллекте - одном из популярных технологических нововведений современности. Используя возможности машинного обучения искусственного интеллекта с помощью микросетевых контроллеров, вы можете способствовать улучшению работы, одновременно испытывая постоянную адаптацию.

Эта техника распространяется повсюду. Наряду с WorleyParsons Group техническая компания из Сан-Диего (США) под названием XENDEE разработала расширенный инструментарий для проектирования микросетей. Этот инструментарий нацелен на обслуживание готовых решений на 90% меньше времени и затрат по сравнению с другими традиционными методами.

3. Блокчейн и IoT могут работать в пользу энергетических систем

Блокчейн не ограничивается только криптовалютой в наше время. Он используется в различных отраслях промышленности и энергетический рынок ничем не отличается. Если вы не имеете большого представления о том, что такое блокчейн - на простом языке, то это распределенный регистр, в котором записываются все транзакции через одноранговую сеть.

Лучшая часть использования технологии блокчейн заключается в том, что она нетленная.

Таким образом, использование таких технологий в энергосистеме может устранить потребность в посредниках для поставщиков электроэнергии. Это, в свою очередь, не только решит проблемы неэффективного и неравномерного распределения энергии, но и даст вам, конечному потребителю, возможность напрямую торговать энергией.

Сопряжение этой распределенной книги с обычными устройствами, которые используются для получения и передачи информации - сегодня известный как Интернет вещей (IoT), может оказать существенное влияние на энергетические системы.

Brooklyn Microgrid уже начала использовать эти технологии, и считается, что правильные приложения приведут к успеху, и эта технология начнет внедряться в более широком масштабе.

4. Соотношение сетки с уменьшением затрат

Если альтернативная энергия имеет потенциал для выработки электроэнергии с затратами и уровнем производительности, равными или меньшими, чем у традиционных методов, происходит четность энергосистемы. Это ситуация с солнцем и ветром в настоящее время.

Они достигли паритета как в цене, так и в производительности. Прежде всего, поддержка новых технологий буквально дает им конкурентное преимущество над другими источниками энергии.

Проще говоря, возобновляемые источники энергии становятся эффективными и самооптимизируемыми в основном благодаря инновационным технологиям, таким как блокчейн и AI. Раньше было невозможно интегрировать энергию в сеть, но сейчас это не то же самое.

Эти технологии вносят значительный вклад в укрепление надежности и гибкости энергосистемы.

Солнечная и ветровая энергия, безусловно, эффективны и рентабельны, и с этими развивающимися технологиями, поэтому мы можем ожидать, что возобновляемые источники энергии будут наиболее предпочтительными из всех.

5. Переход на возобновляемые источники энергии из ископаемого топлива

С целью ограничения роста глобальной температуры все большее число стран придумывают цели сокращения выбросов наряду с планами действий по изменению климата.

По мере того, как мир узнает об их влиянии на изменение климата, можно ожидать перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии в ближайшем будущем.

6. Продвижение доступа к энергии в развивающихся странах

Говоря о новых инновациях и технологиях, также важно помнить, что значительная часть населения мира вообще не может получить доступ к энергии. Нашей целью должен быть не только поиск инновационных путей потребления энергии, но и рассмотрение глобальных проблем в области развития, которые включают обеспечение доступности энергии в каждом уголке мира, где есть признаки человеческого существования.

Для этого мы можем создать микросетки на уровне сообществ, поскольку они могут обеспечить экономически эффективный способ доставки недорогой и надежной электроэнергии в тот район мира, где нет электричества. В конце концов, и развивающиеся страны также имеют право ощутить преимущества технического прогресса.

Таким образом, обеспечение их чистыми, модульными и возобновляемыми энергетическими системами должно быть на переднем плане наших разработок.

7. Улучшенное управление энергией

Это факт, что спрос на энергию никогда не будет уменьшаться, на самом деле, он определенно будет расти с повышением уровня жизни. Таким образом, глядя на эту ситуацию, было бы мудро, чтобы лидеры отрасли, производители и традиционные лидеры управления энергопотреблением собрались вместе, чтобы установить некоторые новые стандарты, которые могут помочь в улучшенном управлении энергопотреблением.

Международные группы, такие как Всемирный банк и SEforALL, разрабатывают новые технологии энергосбережения, которые в дальнейшем станут основой для обеспечения доступа к развивающимся странам. Как только показатели стоимости и производительности начнут улучшаться, можно ожидать, что возобновляемые источники будут все более широко использоваться во всем мире.

Список литературы:

1. Волкова И. О., Гительман Л. Д., Кожевников М. В. Инновации в электроэнергетике: учебное пособие. М.: Издательство "Экономика", 2015.
2. Гончаренко А.А., Грасмик К.И. Инновации в энергетике и кооперация с вузами: М.: Издательство «Вестник Омского университета», 2012.
3. Рогозина В.В., Иванова Н.Г. Тенденции инновационного развития электроэнергетики России: М.: Издательство «Успехи в химии и химической технологии», 2017.

Три главных тренда в энергетической отрасли заключаются в следующем.

1. Увеличение динамики рынка

• Как будут изменяться цены на электроэнергию и какая ожидается волатильность?
• Какая стратегия подойдет с учетом изменяющихся ожиданий потребителей и новой демографической структуры?
• Какие элементы будущей цепочки создания стоимости в отрасли будут приносить наибольшую выгоду акционерам?

2. Внедрение новых технологий

• Каким будет переход от централизованной к децентрализованной структуре отрасли?
• Какие организационные и культурные изменения обеспечат получение максимального эффекта от новых технологий?
• Какая стратегия использования новых технологий позволит превзойти конкурентов (например, фокус на возобновляемых источниках энергии или электротранспорте)?

3. Государственное регулирование отрасли

• Какие стратегии позволят в нужной степени учесть более строгий контроль за качеством состояния активов и надежностью энергосетей?
• Что делать, чтобы повысить операционную эффективность при снижении тарифов?
• В чем отличия в подходах к управлению бизнесом при регулируемых и нерегулируемых тарифах?

Что значит цифровизация для энергетического сектора

Энергетический сектор находится на пороге одной из самых значительных технологических трансформаций с 1880 года. Тогда компания Edison Electric Light Company открыла секрет производства практичной и доступной лампочки — с нитью накаливания из обугленной стружки японского бамбука. В течение нескольких лет после этого газовые лампы освещения стали устаревшей технологией.

Бизнес-модели будут выстраиваться вокруг инновационных технологий, в том числе технологий децентрализованной генерации энергии, таких как виртуальные электростанции и хранилища энергии. В условиях повсеместной электрификации и «энергетического перехода» (структурного изменения энергетической отрасли) предприятия энергетического сектора, в том числе традиционные коммунальные предприятия, будут постепенно отказываться от создания масштабной инфраструктуры. В скором времени регулирование отрасли по новым технологиям — субсидирование возобновляемой электроэнергии, требования по интеллектуальным системам учета — должно смягчиться.

Широкая автоматизация и продвинутая аналитика станут основой управления цепочкой создания стоимости. На автоматизированных производствах будут установлены многочисленные сенсоры — от «умных» распределительных сетей до устройств и услуг для конечных пользователей. Лидеры отрасли станут собирать аналитические данные — от системы в целом до конкретного потребителя — и будут скорее «надежными советниками» в области энергетики, чем просто менеджерами активов или внешними поставщиками. Это все позволит обеспечивать целевые показатели надзорных органов и предоставлять качественные услуги.

В краткосрочной перспективе цифровая трансформация может увеличить доходы компании в отрасли на 4% в год. Основной рост доходов — в генерации и распределении — достигается за счет использования не анализируемых в настоящий момент данных, автоматизации процессов и точечного внедрения цифровых решений. К 2025 году цепочка создания стоимости в энергетической отрасли будет децентрализована, а перечень предлагаемых продуктов и услуг расширится. В более долгосрочной перспективе появятся персонализированные решения, а также возможность объединения существующих продуктов и услуг с продуктами и услугами из других отраслей.

Приоритеты цифровой трансформации в энергетике

Из-за сложности и фрагментарности тех систем, которые должны быть выстроены в рамках цифровой трансформации, наиболее продвинутые компании фокусируются на достижении «быстрых побед» — получении ощутимого результата в краткосрочной перспективе. В результате мобилизация всей компании дает необходимый толчок для запуска более долгосрочных инициатив.

При проведении цифровой трансформации в энергетике работа ведется по трем направлениям.

1. Цифровизация текущей операционной модели

Сфокусируйтесь на «быстрых победах», например выявлении процессов, где есть наибольший потенциал для сокращения затрат и улучшения потребительского опыта. Наиболее продвинутые компании переосмысливают или создают с нуля процессы бэк-офиса, чтобы реализовать потенциал роботизации. Приоритетные области могут включать следующие решения:

• роботизированная автоматизация процессов,
• цифровизация внутренних интерфейсов («стыков») и взаимодействия с потребителем,
• повышение доступности данных и их использование при принятии решений,
• цифровизация инструментов управления персоналом,
• обновление ИT-инфраструктуры.

Помимо автоматизации текущих процессов или выстраивания многоканальной системы коммуникации с потребителем, цифровизация предполагает глубокую перестройку системы внутренних процессов организации — от сокращения количества шагов и страниц документации до автоматизации принятия решений. В распределении электроэнергии первыми кандидатами для цифровой трансформации выступают процессы, которые предполагают большое число повторяющихся действий: подключение новых потребителей, обслуживание сети, управление инвестициями, данными по оборудованию, потерями.

2. Использование продвинутой аналитики

У компании должен быть план по «очистке» и стандартизации данных, собираемых из множества источников. Источники и модели данных должны быть взаимоувязаны друг с другом, а ответственность за поддержание систем сбора и хранения закреплена внутри организации — с наличием CDO (Chief Data Officer) и ответственными сотрудниками в подразделениях. Кроме того, необходимо наращивать компетенции сотрудников в использовании продвинутой аналитики, потому что внедрение технологий, например «умных» счетчиков, значительно увеличивает количество данных по сравнению с ручным сбором, а глубокий анализ этих данных не может быть проведен с использованием стандартных инструментов (например, Excel-таблицы).

3. Изучение новых технологий

Управляйте обширным портфелем проектов. Запускайте пилотные проекты и отслеживайте развитие технологии, анализируя затраты и выгоды, оценивайте готовность технологических решений и вводите их в промышленную эксплуатацию. Энергетическим компаниям также следует сотрудничать с игроками в сфере финансов, электронной коммерции и телекоммуникаций, чтобы расширять собственный портфель продуктов и источников дохода. Распространение и развитие технологий зависит от конкретного региона, от наличия поддержки со стороны государства и готовности компании инвестировать. В краткосрочной перспективе внедряемые технологии нацелены на повышение эффективности, а в средне- и долгосрочной перспективе — на повышение потребительской ценности и новых предложениях услуг.

Краткосрочные приоритеты:

• поддерживать существующую систему и добавить мощности по генерации электроэнергии,
• продолжать стратегию по управлению активами за счет аналитики больших данных и централизовать дистанционное техобслуживание,
• обеспечивать стабильность системы в режиме реального времени, автоматизировать и оцифровать процессы,
• внедрять платформы взаимодействия с потребителем и использовать предиктивную аналитику по потребителям,
• предлагать продукты для «умного» дома и услуги по энергетическому менеджменту.

Долгосрочные приоритеты:

• обеспечивать оптимальное распределение электроэнергии по сетям с учетом изменения спроса,
• использовать большие данные и аналитические мощности суперкомпьютеров для принятия решений,
• внедрять интеллектуальные энергосистемы и обеспечивать возможность обратной связи от потребителей,
• предлагать персонализированное обслуживание потребителям, стать для них надежным советником в области энергетики,
• предлагать широкий ассортимент продуктов для «умного» дома и услуг для различных групп потребителей, строить долгосрочные отношения с потребителями.

Решающий фактор успеха в преобразовании энергетической отрасли — готовность организаций и их сотрудников к освоению инструментов цифровизации и получению цифровой ценности — преимуществ, которые предлагают новые технологии.

Пять шагов к цифровой трансформации

1. Сформируйте видение

Процесс цифровой трансформации начинается сверху — с лидеров организации, которые способны объяснить сотрудникам компании, в чем состоит ощутимое преимущество цифровизации для них. Цифровая трансформация требует более глубоких изменений, чем обыкновенная программа по снижению затрат, поэтому она должна быть интегрирована в корпоративную стратегию и получать соответствующее внимание со стороны руководства. Важно определить, какие направления являются ключевыми, сколько ресурсов компания готова потратить на каждое ключевое направления и насколько широкой будет трансформация. Главное — сохранить гибкость и быстро реагировать на новые технологии. Например, технология блокчейн до недавнего времени ассоциировалась с криптовалютами, а сейчас активно используется в торговле энергоносителями, при обмене информацией в микросетях и между электромобилями, гарантирует защищенный доступ к активам и данным компаний.

2. Разработайте цифровую стратегию и план внедрения

При формировании «дорожной карты» реализации помните, что достижение быстрых результатов поможет мобилизовать организацию и сгладить переход от пилотной фазы к полномасштабному внедрению. Закладывайте достаточно времени для перехода к полному развертыванию — от одного до шести месяцев, в зависимости от выбранной технологии. На этом этапе нужно время, чтобы оценить пилотные программы, собрать ноу-хау и узнать мнение партнеров на рынке, разработать новые операционные модели, стандартизировать деятельность и определить, какие инструменты необходимы для контроля реализации и оценки результатов.

3. Назначьте команду исполнителей

Цифровая трансформация затрагивает все уровни иерархии и все типы процессов, поэтому в программу должна вовлекаться вся организация. Пилоты и проекты запускаются одновременно, чтобы увидеть взаимосвязь между технологиями и выявить потенциальные синергии. При этом многопрофильные команды сосредоточены на интерфейсах и устранении неоптимизированных «стыков». Например, межпроектная команда по работе со SCADA в области распределения электроэнергии должна включать представителей всех отделов организации — от диспетчеров, специалистов по управлению активами и учета до экспертов в области эксплуатации сетей и их обслуживания.

Функция информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) — постоянная частью цифровой трансформации, которая играет роль стратегического делового партнера. Сильная ИКТ-группа не только определяет темпы развития инноваций в компании, но и предоставляет экспертную информацию о технологиях, которые поддерживают потребности бизнеса.

4. Развивайте новые компетенции и навыки

Полевые работники должны осваивать мобильные инструменты управления персоналом, совместимые с дополненной реальностью, а также инструменты онлайн-обработки данных и принятия решений. В сфере продаж традиционные клиентские базы данных SAP IS-U все чаще становятся инструментами бэк-офиса и хранения данных, а торговые представители учатся работать с системами управления продажами, которые мотивируют продавцов больше фокусироваться на потребителях.

Для управления изменениями и новыми функциями персонала в некоторых компаниях внедряются дополнительные уровни иерархии технически квалифицированных сотрудников. Таким образом, организационная структура состоит из первого уровня — «традиционных» сотрудников, выполняющих стандартизированные и простые задачи, и второго уровня — сотрудников, способных выполнять более сложные технические операции и задачи.

Применение передовых аналитических инструментов требует появления специалистов по управлению и контролю над данными. Инновационный менеджмент предполагает позиции для менеджеров цифровых проектов — сотрудники на подобных позициях будут действовать как проводники инноваций, постепенно призывая остальных к использованию цифровых технологий, а также демонстрируя преимущества цифровизации.

5. Покупайте или создавайте экосистемы

Одни объекты энергоснабжения инвестируют в создание собственных аналитических инструментов и развитие системы «умных» счетчиков, другие передают эти сферы деятельности на аутсорсинг. Во втором случаем предприятиям необходимо критически оценивать цифровые навыки и возможности своих поставщиков (и даже поставщиков своих поставщиков), чтобы определить, соответствуют ли они будущему цифровому видению компании.

Энергетические компании все чаще сотрудничают со стартапами и технологическими компаниями, чтобы объединить свои усилия для разработки новых продуктов и поиска наиболее современных решений. Совместные предприятия становятся способом получения доступа к ноу-хау и навыкам, которые могут отсутствовать в организации на текущем этапе развития. Кроме того, энергетические предприятия также работают с муниципалитетами, чтобы находить решения в области электротранспорта и «умных» городов.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) с каждым годом становятся все более заметными в мировой энергетике. В США и странах Евросоюза доля ВИЭ в общем объеме производства в 2010 году составила 11% и 9,6%, соответственно. И по прогнозам к 2020 году она вплотную приблизится к 25%. При этом количество энергии, вырабатываемой ВИО, возрастет в странах Евросоюза в 3,8 раза, а в США - в 22,5 раза.

Развитие возобновляемых источников энергии в России находится на ранних этапах. В 2010 году доля возобновляемой энергетики в общем объеме производства составила 0,9% с установленной мощностью в 2,1 ГВт. К 2020 году доля ВИЭ возрастет до 4,5% с установленной мощностью в 25 ГВт.

Несмотря на серьезные проблемы, ограничивающие рост использования ВИЭ в России, существуют существенные предпосылки для их активного развития.

Использование возобновляемых источников энергии играет важную роль в развитии распределенной энергетики .

Распределенная энергетика является приоритетной сферой экономически эффективного практического использования ВИЭ в России. В этой сфере установки на ВИЭ уже сегодня могут успешно конкурировать с традиционными энергоустановками.

Потенциальные масштабы возможного эффективного использования ВИЭ в сфере распределенной генерации уже сегодня измеряются гигаватами. Наряду с законодательной и финансовой поддержкой развития ВИЭ в централизованной энергетике, государственная политика должна учитывать и стимулировать развитие ВИЭ в регионах в сфере распределенной энергетики.

Ключевые предпосылки развития распределенной энергетики с использованием ВИЭ:

• 2/3 территории страны расположены вне сетей централизованного энергоснабжения: население около 20 млн чел., районы с наиболее высокими ценами и тарифами на топливо и энергию (более 25 руб./
• кВтч);
• Более 50% регионов страны энергодефицитны: завоз топлива, импорт электроэнергии – задача повышения региональной энергетической безопасности;
• Газифицировано около 50% населенных пунктов, а в сельской местности - менее 35%.

Рассмотрим различные технологии возобновляемой энергетики.

Среди основных проблем солнечной энергетики можно выделить непостоянность и непредсказуемость основного источника энергии, зависимость от погодных и климатических условий, и обусловленная этим необходимость в накопителях энергии или дополнительных источниках энергии. Существенными недостатками являются высокая стоимость фотоэлектрических систем (ФЭС) с учетом необходимости в накопителях и обратных преобразователях переменного тока (до 50% от общей стоимости системы), сравнительно низкий КПД (от 4-5% до 20% для традиционных фотоэлектрических модулей (ФЭМ), и до 40% для концентрирующих ФЭМ) и низкая энергоемкость (~8-12 м2/кВт), вследствие чего под ФЭС требуются большие территории (Таблица 1).

Наиболее перспективными из перечисленных выше технологий являются:

• Усовершенствованные неорганические тонкопленочные ФЭМ - Сферические ФЭМ на основе селенида меди-индия (CIS) и тонкопленочные поликристаллические кремниевые ФЭМ;
• Органические ФЭМ (в том числе фотосенсибилизированные красителем ФЭМ на основе органических полимеров);
• Термо-фотоэлектрические (TPV) ячейки с узкой запрещенной зоной (low gap-band).

Основные исследования в области развития фотоэлектрических технологий направлены на снижение себестоимости фотоэлектрических модулей за счет:

• Повышения КПД фотоэлектрических модулей I-го и II-го поколения:
• Снижения потребления материалов – использования пленочных ФЭМ;
• Повышения энергоемкости – уменьшения поверхности ФЭМ;
• Использования органических материалов взамен дефицитного сырья (такого как серебро, индий, теллур, свинец и кадмий);
• Снижения стоимости и сроков окупаемости ФЭМ (Рисунок 1);
• Использования более тонких и эффективных фотоэлектрических пластин;
• Использования поликремневых заменителей (например, металлургического кремния).

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика является одним из наиболее популярных и быстро развивающихся направлений альтернативной энергетики. Тем не менее, её распространение так же ограничивается непостоянностью ветра, как источника энергии, нарушением эстетического пейзажа ввиду установки огромных 100-метровых ветровых мельниц и сложностями с подключением к существующим сетям ввиду отдаленности наиболее благоприятных территорий для установки ветрогенераторов от существующей инфраструктуры. Стоимость ветряной турбины составляет около 80% от общей стоимости ветрогенератора, и поэтому основные усилия по снижению себестоимости ветряной энергии направлены на снижение расходов на производство турбин.

Среди основных направлений развития технологий в ветроэнергетике выделяются следующие:

Увеличение генерирующего потенциала:

• Увеличение размеров турбин (см. рис.);
• Увеличение высоты турбинных башен;
• Использование оффшорных ветров и ветров на больших высотах;

Улучшение материалов:

• Снижение зависимости башенных конструкций от стальных элементов;
• Снижение веса пропеллеров (использование углеродных волокон и высокоинтенсивного углепластика);

Улучшение системы привода (редуктор, генератор, электроника) :

• Развитие технологии сверхпроводников для более легких и эффективных электрогенераторов;
• Использование постоянных электромагнитов в электрогенераторах.

Среди новых перспективных разработок выделяются:

Летающие ветряные турбины:

Makani Airborne Wind Turbine - на 90% легче традиционных турбин, запускается с использованием электрического двигателя, способна генерировать электричество на низких скоростях ветра;

Altaeros Airborne Wind Turbine - использует наполненную гелием оболочку для подъема на большие высоты;

Magenn Air Rotor System (M.A.R.S.) - MARS улавливает энергию ветра на высоте от 200 до 300 метров, а также струйные потоки воздуха, возникающие практически на любой высоте;

Генерация на ветрах низких скоростей

Wind Harvester - новая модель ветрогенератора основывается на возвратно-поступательном движении с использованием горизонтальных аэродинамических поверхностей;

Ветряная линза

Ветряная линза (Япония, университет Кюсю) - направленное внутрь изогнутое кольцо, располагающееся по периметру окружности, описываемой лопастями турбины при вращении. Увеличивает мощность ветряной турбины втрое при одновременном уменьшении уровня шума, имеет наибольший потенциал использования в открытом море;

Ветряные турбины с вертикальной осью

Windspire - вертикальная турбина высотой около 10 метров и шириной

около полутора метров, применима к использованию в городских

условиях (Рисунок 4).

Наиболее перспективными технологиями в ветроэнергетике станут те, что

позволят снизить зависимость их эффективности от размеров турбин,

как, например, Wind Harvester или Windspire .

Makani Airborne Wind Turbine

Altaeros Airborne Wind Turbine

Биоэнергетика

Несмотря на высокое распространение производства тепловой и электрической энергии из биомасс, технология выработки энергии из них имеет ряд проблем:

• Необходимость земельных и водных ресурсов для выращивания, конкурирует с производством пищевых продуктов;
• Вредные выбросы при сжигании (NOx, сажа, зола, CO, CO2);
• Сезонный характер роста некоторых культур;
• Проблемы масштабирования генерирующих мощностей.

Наиболее перспективные направления развития технологий в биоэнергетике:

• Совместное сжигание смесей биомассы с традиционными видами топлива (наиболее дешевая технология на данный момент - Рисунок 6);
• Использование новых видов топлива из биомасс, включая различные бытовые и промышленные отходы;
• Переоборудование существующих генерирующих мощностей на углеводородном топливе под использование биомасс;
• Повышение теплоотдачи пеллет биомассы за счет сушки;
• Интегрированная газификация биомасс с топливными ячейками.

В приливной и волновойэнергетике используетсякинетическая энергия воды.Основное отличие состоитв том, что в приливнойэнергетике используетсяэнергия морских приливови отливов за счет перепадав уровне воды, тогда как вволновой энергетикеиспользуются водныетечения и колебания волн.

Основные барьеры на пути распространения данного вида альтернативной энергетики

• Высокие капитальные затраты на строительство (от 2,5 до 7 млн. евро за 1 МВт установленной мощности);
• Географическая привязка к береговой линии и удаленность от существующих электрических сетей;
• Негативное влияние на окружающую среду;
• Зависимость от природных явлений;
• Дороговизна и сложность техобслуживания;
• Быстрый износ генерирующего оборудования под воздействием воды.

Среди общих направлений технологических исследований в области приливной энергетики выделяются следующие:

Усовершенствование приливных плотин:

• Повышение эффективности генераторов на приливных плотинах;
• Улучшение антикоррозийных свойств материалов;

Использование приливного течения:

• Генерация электроэнергии непосредственно от течения воды во время
• приливов (а не от перепада в уровне воды между приливами и
• отливами);
• Исследования в области различных видов турбин (горизонтальных и
• вертикальных) для преобразования энергии приливного течения;
• Исследований новых, не турбинных технологий;

Модернизация фиксаторов преобразователей приливного течения:

Якорная стоянка на гравитационном фундаменте или забивных сваях, плавающие платформы, закрепленные с помощью причальных линий.

Наиболее перспективные новые технологии и разработки в области приливной энергетики:

• Использование мостов в качестве приливных электростанций, например, проект компании Bluenergy (см.рис.);
• Колеблющееся подводное крыло (применяет вместо вращающихся элементов плавники (крылья), которые приводятся в движение течением);
• Системы с использованием трубки Вентури (например, Rotech Tidal Turbine – двусторонняя турбина с горизонтальной осью, расположенная внутри симметричной конической трубки Вентури, преобразует энергию океанического течения в электроэнергию);
• Магнитогидродинамические системы (MHD) (Концептуальная технология, использующая криогенно охлажденную сверхпроводящую электромагнитную катушку, размещенную на морском дне, где проходящие приливные волны используются для выработки энергии).

В волновой энергетике большинство исследуемых технологий все еще находится на стадии разработки или экспериментальных испытаний:

• Усовершенствование технологий осциллирующих водяных колонн (OWC) (например, снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии за счет применения маховиков и силовой электроники);
• Развитие технологии уровневых уловителей (point absorber) на плавучих буях (в т.ч. применение различных способов отбора мощности (механических, гидравлических, электромагнитных));
• Усовершенствование технологий переливных турбинных генераторов типа WaveDragon (Повышение КПД и снижение колебаний вырабатываемой электроэнергии).

Среди новых и уже испытуемых технологий можно выделить следующие наиболее перспективные проекты:

• Волновые аттенюаторы (например, Pelamis Wave Energy – преобразователь волновой энергии в виде змеевидных устройств, наполовину погруженных в воду - см. рис.)
• Волновые генераторы на принципе обратного маятника (Inverted Pendulum, например, bioWAVE™, в котором ряд поплавков или лопастей взаимодействует с колеблющейся морской поверхностью (потенциальной энергией) и подводными течениями (кинетической энергией), конвертируя энергию волн в электричество специальным конвертирующим модулем);
• Генераторы с жидким/газообразным рабочим телом (включая SDE Wave Power, использующий гидродинамическую энергию волн для приведения в движение пистонов в гидравлическом моторе или Archimedes Wave Swing-III ряд устройств из множества уловителей волновых колебаний на гибкой мембране, конвертирующих энергию волн в пневматическую энергию посредством сжатия воздуха в каждом устройств).

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, сколько электроэнергии вы потребляете в день? Или даже в час, просто сидя дома за компьютером? По данным Google, для обработки 100 поисковых запросов корпорация должна потратить столько же энергии, сколько требуется для 28 минут работы 60-ваттной лампочки. Промышленный сектор, как и общество в целом, переживают значительные перемены: под влиянием роста населения и урбанизации спрос на электроэнергию продолжает расти очень быстрыми темпами, и поспеть за ним поможет только еще большая электрификация – в том числе проникновение электричества в те сферы экономики, где ранее доминировали технологии другого рода.

Фото: Unsplash

Эти кардинальные изменения уже сейчас вынуждают энергетические компании не только генерировать достаточное количество электроэнергии, чтобы удовлетворить потребности потребителей, но и разрабатывать технологические решения, способные ответить на вызовы будущего, основными трендами которого станут взаимосвязанность и электрификация. Безусловно, некоторые из этих вызовов могут быть абсолютно разнообразными и комплексными, индивидуальными для каждого рынка, на котором работает крупная энергетическая компания, в то время как другие проблемы могут носить общий характер для всех и могут быть решены на более масштабном уровне. Энергетические компании должны работать над тем, чтобы давать предложения потребителям, которые нуждаются в них больше всего, но также важно разрабатывать и свои решения или сотрудничать со стартапами, которые находятся в авангарде развития технологических инноваций.

Инновации, способные помочь в решении проблем, связанных с этими трендами, можно разделить на две категории:

1. , отвечающие на уже существующие вызовы, будь то дроны, обследующие дымовые трубы электростанций, или энергораспределительные объекты, если говорить об энергетическом секторе;
2. новые продукты, созданные с целью дальнейшего развития отрасли, например, работающие на базе технологий (Internet of Things, IoT).

Стартапы могут сыграть ключевую роль в каждой из этих категорий.

Internet of Energy

Говоря о нашем будущем, где будут доминировать электрификация и взаимосвязанность, нельзя не упомянуть IoT, который позволяет «умным» устройствам взаимодействовать друг с другом и обмениваться нужной информацией, создавая при этом единую сеть. Представьте, к примеру, что со смартфона можно будет не только управлять бытовой техникой, но и отслеживать ее энергопотребление.

По мере того, как жилые и офисные здания становятся «умнее» за счет IoT-технологий, энергопотребление становится рациональнее, а работа сети – более надежной и сбалансированной.

Заручившись помощью перспективных стартапов в этой сфере, каждая энергетическая компания имеет возможность использовать те значительные объемы данных, которые она ежесекундно получает, более эффективно, в том числе для поддержки передовых услуг и решений в области энергоснабжения.

Возобновляемое будущее

Сектор возобновляемой энергетики, каким бы молодым он ни был, станет центральной инновационной площадкой для создания новых решений. В экологической и социально-экономической пользе ВИЭ сегодня уже не приходится никого убеждать: возобновляемая энергетика развивается даже в странах с существенными запасами нефти и газа. Сама идея ВИЭ глобально меняет рынок электроэнергетики, ведь теперь поставщиком энергии может быть не только крупная компания, но и любой человек, установивший на крыше дома солнечную панель.

Фото: Unsplash

В сочетании с накопителями энергии и инновационной системой V2G (vehicle-to-grid), позволяющей заряжать электромобиль и при необходимости возвращать хранящуюся в аккумуляторе энергию в сеть, объекты возобновляемой микрогенерации способны создать самодостаточную энергетическую цепь, элементы которой смогут подпитывать друг друга. Решения, направленные на усиление распространения ВИЭ и делающие процесс генерации электроэнергии более открытым для потребителей, желающих производить свою электроэнергию, находятся в числе перспективных направлений работы для стартапов.

К примеру, в 2016 году Билл Гейтс, Джефф Безос и другие главы крупнейших создали специальный фонд для стартапов, работающих над решением проблем развития возобновляемой энергетики, в частности, над проблемой емкости хранилищ. Инвестиции в этот фонд составили миллиард долларов. Фонд устроен по принципу «терпеливого капитала», то есть инвесторы готовы к тому, что их инвестиции окупятся не ранее чем через 20 лет.

Будущее электромобилей

Немаловажную роль играет и электрическая мобильность, а именно электромобили и связанная с ними инфраструктура, которые открывают многочисленные возможности для стартапов в этой области. Некоторые из них уже работают над запуском собственных моделей беспилотных электромобилей. Наше понимание вызовов, стоящих перед современными технологиями, позволяет нам, среди прочего, находить решения для минимизации времени зарядки автомобиля, уменьшения веса батареи, увеличения ее мощности без дополнительной зарядки.

Фото: Unsplash

Одно из таких решений, например, разрабатывается канадским стартапом, работающим над уменьшением стоимости литий-ионной батареи посредством совершенствования производственных процессов. За период с 2011 года он привлек более 15 миллионов долларов инвестиций, включая частные вложения, исследовательские гранты и средства, полученные по результатам IPO. Мы уже можем наблюдать влияние, которое подобные технологии оказывают на автомобильную индустрию, где все больше крупных производителей работают над выпуском своих электромобилей.

Энергетика ждет стартапы

Энергетические компании сейчас полностью вовлечены в разработку своих подходов к отбору и внедрению инновационных решений, предлагаемых стартапами. Так, в октябре 2017 года мы открыли свой инновационный хаб в «Сколково» для продвижения разработок в энергетической отрасли, а также для взаимодействия со стартапами. Мы начали сотрудничать со стартапом GeoScan, предложившим использовать искусственный интеллект для автономного пилотирования дронов при осмотре дымоходов электростанции. Это решение интересно тем, что задействует квадрокоптеры, которые выполняют осмотр дымоходов на высоте до 320 метров без участия промышленных альпинистов.

Сегодня стартапы в области энергетики проходят через то, через что в свое время прошла IT-индустрия в 1980-х: тогда люди, занимавшиеся разработками в этой сфере, не могли знать, станут ли их решения основой цифровой трансформации начала 2000-х. Глобальные изменения в энергетике неизбежны и крайне необходимы, поэтому шанс внести свой вклад есть у каждого из нас здесь и сейчас.