Отрасли будущего: развитие «зеленой» энергетики

Уже несколько лет разные страны мира ведут неофициальное соревнование: кто сможет дольше всех обеспечивать своих потребителей энергией из возобновляемых источников (ВИЭ). Первой, еще в 2016 году, отличилась Шотландия – в один очень ветреный августовский день все ветряки страны произвели 106% электроэнергии, то есть на 6% больше, чем потребовалось для потребления. В мае 2018 года «зеленые» станции Германии несколько часов обеспечивали всю энергосистему страны «чистой» электроэнергией.

Однако больше всего отличился Китай, где в 2017 году с 17 по 23 июня целая провинция Цинхай – население и промышленность – пользовалась исключительно энергией воды, солнца и ветра. Наибольший объем – 72% – обеспечили гидроэлектростанции, остальное – солнечные и ветровые станции. Именно работа ВИЭ позволила не спалить более 500 000 тонн угля.

Глобальное потепление на глазах меняет климат нашей планеты, стихийные бедствия уже возникают в тех регионах, где о них никогда не слышали. В докладе экспертов ООН, который обнародовали 8 ноября 2017 года в южнокорейском городе Инчхон, указано, что человечеству во что бы то ни стало необходимо удержать глобальное потепление на уровне 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальной эпохой. Сейчас среднегодовая температура уже поднялась на 1 градус Цельсия.

Среди первоочередных мер эксперты ООН предлагают привести к 2050 году выбросы СО2, создающих парниковый эффект в атмосфере, к нулю. И одним из шагов на этом пути является отказ от энергетики на ископаемых видах топлива. Именно поэтому Mind выбрал «зеленую» энергетику как одну из самых перспективных отраслей следующего десятилетия и расскажет о ней в рамках спецпроекта «Отрасли будущего».

Как развивается мировая альтернативная энергетика

В мире есть страны, которые максимально используют возобновляемые источники энергии просто потому, что они самые доступные. Например, Исландия расположена на горячих подземных гейзерах. На крупнейших из них построены паровые электростанции, а лишнюю горячую воду пускают в трубы под дорогами, которые таким образом подогревают зимой. Энергобаланс Норвегии почти на 80% состоит из энергии гидроэлектростанций. В стране много горных рек. А технологии использования воды человечеству известны уже несколько тысяч лет.

Другим странам не так повезло с природными энергоисточниками, поэтому они вынуждены строить солнечные и ветровые станции. На начало 2018 года мировые мощности «зеленой» энергетики (солнце и ветер) превысили 1 ТВт, или более 1000 ГВт электроэнергии – это столько, сколько производят все угольные ТЭС Китая или вся генерация США.

Ежегодно темпы прироста строительства солнечных панелей и ветряков растут на 20–30%. Только в 2017 году в мире было построено 51 ГВт мощностей «зеленой» генерации. Это почти равно мощности всей генерации Украины – 55 ГВт. На сегодня соотношение мировой выработки электроэнергии между ветровыми и солнечными станциями составляет 54% на 46% соответственно. И к 2020 году это соотношение изменится в пользу солнечных панелей.

В 2017 году на развитие «зеленой» генерации было потрачено $333,5 млрд. На солнечные станции было направлено $160,8 млрд, на ветровые парки – $107,2 млрд, еще $48,8 млрд – на энергоэффективное оборудование, аккумуляторные системы, электротранспорт и технологии Smart Grid. Такие данные обнародовало издание Bloomberg New Energy Finance.

Чтобы выйти на 1 ТВт электроэнергии от «зеленых» источников, миру понадобилось 40 лет и $2,3 трлн. Второй терраватт «зеленой» энергии человечество получит через пять лет и всего за $1,23 трлн, считает Bloomberg.

Какими темпами страны готовы внедрять «зеленую» энергетику

Наиболее последовательным сторонником «зеленой» генерации является Германия, которая заявила, что к 2050 году готова на 80% перейти на возобновляемые источники энергии. Другие страны Европы и США говорят о гораздо более скромных показателях: к 2040 году они готовы довести постоянную долю альтернативных источников в своем общем энергобалансе до 40%.

Хотя уже сейчас эти страны имеют серьезные достижения. Так, Дания и Великобритания несколько раз выходили на показатели выработки более 30% электроэнергии своими ветровыми станциями. А США в июне 2017 года выработали 10% электроэнергии в общем балансе на станциях «зеленой» генерации.

Украина об обязанностях по «зеленой» генерации на 2040–2050 годы пока не говорит. Вместе с тем наше обещание выйти на уровень 11% ВИЭ до 2020 года, похоже, будет выполнено. В 2017 году почти 8% электроэнергии производили возобновляемые источники энергии. После 2020 года Украина будет иметь больше опыта, чтобы прогнозировать свое развитие «зеленой» генерации в долгосрочной перспективе.

Наибольшие ветровые станции мира и Европы

Человечество давно пыталось подчинить энергию солнца и ветра, но только в последние пару десятилетий в этих областях произошел некий прорыв и началась перестройка мощных систем. Если учитывать номинальную мощность одной «зеленой» станции, то лидерство держат Китай и Индия. Третье место по мощностям занимает США.

Итак, самый мощный ветровой парк мира – «Ганьсу» мощностью около 8 ГВт – находится в китайской провинции Ганьсу. К 2020 году китайское правительство планирует довести общие ветровые мощности страны до 20 ГВт.

На втором месте – парк «Муппандал», Индия, его мощность всего 1,5 ГВт.

Третье место также в индийской станции – «Джайсалмер» мощностью 1,06 ГВт.

Четвертое и пятое места по мощностям ветровых станций занимают США: Alta – 1,02 ГВт (Калифорния) и Shefferds Flat – 845 МВт (Орегон).

Пока в мире подавляющее большинство ветровых станций находится на суше. Однако страны Северной Европы сделали ставку на морские ветропарки.

Долгие годы лидером по ветроэнергетике была Дания. Поэтому именно датские инженеры первыми решили вынести мощные ветряки прямо в море: там ничего не сдерживает направление ветра, а сами ветровые башни более 100 м в высоту и массой в тысячи тонн никому не мешают и не угрожают в случае поломки. Сегодня такие станции есть в Великобритании, Дании, Норвегии, Ирландии, Германии.

Наибольший ветровой парк Европы мощностью в 346 МВт – Burbo Bank – появился в Великобритании, в Ливерпульском заливе. Первую очередь запустили еще в 2007 году, вторую начали строить в 2016-м, а уже 17 мая 2017 года она была введена в действие. Общая площадь парка ветряков равна 20 000 футбольных полей. Высота одной конструкции достигает 195 м, а длина ветровой лопасти – 79,8 м. Один оборот такой лопасти обеспечивает электроэнергией небольшой дом на 29 часов. В целом же она может поставлять электроэнергию в 600 000 домов.

Крупнейшие солнечные станции мира и Европы

Крупнейшая в мире солнечная станция по мощности значительно уступает ветровой. Индийская Sambhar Lake (пока строится) будет иметь мощность только 4 ГВт, что вдвое меньше, чем у крупнейшей ветровой. Стоимость этого проекта – $4 млрд.

На втором месте – Longyangxia Dam Solar Park, Китай. Была введена в эксплуатацию в 2015 году, ее мощность 850 МВт.

На третьем месте – Kamuthi Solar Power Project, Индия, мощность 648 МВт. Проект завершен в 2016 году.

Еще две строчки в пятерке занимают станции Solar Star и Topaz в Калифорнии, США. Их мощности 580 МВт и 550 МВт соответственно.

Европа подобными достижениями похвастаться не может, главным образом потому, что здесь нет таких свободных земельных участков. Впрочем, в 2017 году в Португалии китайская национальная компания CNBM начала строительство крупнейшей в Европе солнечной станции – Solara 4 Vaqueiros мощностью 221 МВт.

Почти такая ​​же станция ​​вскоре будет построена и в Украине. Весной 2018 года компания ДТЭК приступила к строительству Никопольской СЭС мощностью 200 МВт – монтаж солнечных панелей начался в октябре. А ввести в эксплуатацию ее планируют в начале 2019 года. Общая площадь станции составит 400 га.

Как мир работает над доступностью «зеленой» энергетики

Все страны мира и ведущие производители солнечного и ветрового оборудования ищут возможности увеличить долю «зеленой» энергетики, сделать ее дешевле и заинтересовать в ее развитии как можно больше рядовых потребителей.

До сих пор стандартная эффективность поликристаллических панелей для солнечных станций составляла 16,5%. Но недавно один из ведущих разработчиков сообщил, что эту эффективность удалось поднять до 23,5%. Пока в лабораторных условиях, но теперь доведение ее до промышленных параметров – вопрос времени. То есть площадь размещения панелей и расходы на их обслуживание, а также усилия по установлению и тарифы значительно уменьшатся.

Производители ветровых лопастей и турбинных модулей тоже совершенствуют свою продукцию. Модули уже могут поворачиваться по ветру, так сказать, сами «ловить» направление дуновения, а не просто ждать «попутного ветерка». А на лопастях появляются дополнительные конструкционные полоски, которые улавливают даже малейшее дуновение.

Производители программного обеспечения совершенствуют свои системы Smart Grids, которые собирают всю информацию об изменении погодных условий, и делают все более точные прогнозы. Это позволяет корректно рассчитывать работу ветровых и солнечных станций. Все эти достижения и используют прогрессивные чиновники.

Показательным примером является крупнейший штат США – Калифорния. Правительство штата рассматривает законопроект, которым планирует обязать с 2020 года устанавливать солнечные панели на крышах всех новых частных и многоквартирных домов. А тем, кто установит аккумуляторы и станет максимально пользоваться собственным электричеством, будут предоставлены бонусы.

На определенный эксперимент согласились и жители небольшого немецкого городка Морбах, где проживает 11 000 человек. К 2020 году жители хотят на 100% обеспечивать себя электрической и тепловой энергией из экологически чистых источников. Правда, жителям Морбаха не придется начинать с нуля: у этого населенного пункта уже действует парк «Энергетический ландшафт», который сочетает биогазовую установку, 14 ветрогенераторов и солнечную станцию, расположенную на 4 га. Биоустановка работает на отходах местного сельского хозяйства.

Сегодня власть города ищет инвестора, который бы разработал и внедрил концепцию оптимального смешанного использования всех трех источников, которые полностью покрывали бы потребности Морбаха – и жителей, и промышленных производств.

Украина в мировом «зеленом» тренде

Надо отметить, что Украина строит свою «зеленую» энергетику по обоим сценариям. С одной стороны, мощные промышленные инвесторы строят крупные станции. Только за 2018 год было сделано несколько громких заявлений.

Весной этого года компания «Токмак Солар Энерджи» объявила о строительстве солнечной станции на 50 МВт в Запорожской области. Пока введена в эксплуатацию первая очередь на 11 МВт. Летом норвежская компания NBS AS заявила о строительстве ветрового парка мощностью 250 МВт в Каланчакском районе Херсонской области. Строительством еще трех мощных станций занимается ДТЭК. О солнечной станции ​​мы уже упоминали выше. Теперь следует назвать ветровые проекты ДТЭК: Приморская ВЭС мощностью 200 МВт и Орловская ВЭС на 100 МВт в Запорожской области. Их планируют завершить до 2020 года.

С другой стороны, местные украинские чиновники, как и в немецком Морбахе, объявляют о постепенном переходе своих городов на 100% возобновляемые источники. Правда, ставят себе более удаленный конечный срок – 2050 год. Летом 2018 года подобные обязательства взяли на себя мэры трех украинских городов: Житомира, Каменец-Подольского и Чорткова. Соответствующий меморандум они подписали с Международной климатической организацией 350.org. В сентябре к  подписантам присоединился и Львов.

Как первоочередные меры руководство городов видит строительство новых «зеленых» ТЭЦ на биотопливе. Следующими шагами станут уже общемировые «зеленые» тренды. Мэр Львова Андрей Садовый объяснил, что в план развития города включены пункты поддержки электротранспорта, инвестиции в очистные сооружения и новейшие технологии на основе ветра и солнца.

Будущее требует новых специалистов

С развитием «зеленой» энергетики у бизнеса появились новые запросы на рынке труда. Как выяснил Mind, ни одно из высших учебных заведений Украины еще не готовит узких отраслевых специалистов, идет только формирование запроса. В учебные программы включаются темы по возобновляемой энергетике.

Mind обратился к сотрудникам компании ДТЭК, которая является одной из ведущих компаний в развитии «зеленых» станций, с вопросом: какие знания и качества нужны новым специалистам в области возобновляемых источников? Общими усилиями удалось определить несколько направлений.

С увеличением количества «зеленых» станций возникла потребность в специалистах по прогнозированию выработки электроэнергии объектами ВИЭ (ветер и солнце) в одном лице – метеоролог и энергетик со знанием математики.

При обслуживании ветроэнергетических установок (ВЭУ) необходимо иметь специалистов и в электрической части ВЭУ, и в коммуникационной, и в гидравлической, и в механической. То есть нужны универсальные электромеханики со знаниями, которые до сих пор не были востребованы в традиционной энергетике.

Кроме того, эффективную современную ветроэлектростанцию ​​трудно представить без людей со знанием аэродинамики. Итак, спектр профессий на объектах «зеленой» энергетики расширяется, на грани традиционных профессий появляются новые: инженеры-электромеханики ветроэлектростанций или специалисты по анализу эффективности работы объектов ВЭУ.

Перспективы для науки

Кроме того, компании-инвесторы и производители оборудования организуют полноценные курсы для будущих специалистов и тренинги непосредственно на станциях, где устанавливаются «зеленые» источники энергии и усовершенствованное энергетическое оборудование на сопутствующих подстанциях. Спонсируется оборудование лабораторий учебных заведений современной техникой.

Итак, целый ряд традиционных специалистов, получив дополнительное образование, могут претендовать на перспективные должности, которые уже востребованы рынком. Все зависит от человека: для того, кто ищет новые возможности в профессии, есть все дополнительные возможности.

Определенный толчок получила и наука, связанная с возобновляемыми источниками энергии. В первую очередь, это отрасли, ориентированные на повышение эффективности генерирующего оборудования – ветроустановки, солнечные панели, полупроводниковая техника. Поэтому развиваются фотоэлектроника, силовая электроника, аэродинамика, активизировались попытки использовать искусственный интеллект для создания «умной станции».

Сегодня «зеленая» энергетика заставляет по-новому посмотреть на известные науки и технологии, что может привести к возникновению новых, совершенно неизвестных пока отраслей знаний.