Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Являясь одновременно движущей силой и предпосылкой мегатренда альтернативной энергетики, технологическая революция задает тон его развитию и развитию лежащих в его основе технологий.
Однако сложной задачей является не только перевод технологии из разряда перспективных в разряд революционных. Само технологическое влияние на мегатренд может иметь неблагоприятные последствия для рынков и экономических отношений. Эти последствия сопряжены с различными формами экономических, технологических и социально-политических внешних эффектов, которые повлияют на будущее мегатренда.
Поскольку существующие технологии использования возобновляемых источников энергии пока не могут адекватно ответить на уровень энергетического спроса, существует ощущение неотложности их развития. При этом не учитывается тот факт, что технологии альтернативной энергетики требуют более полного тестирования и оценки. Это сдерживает их более активную разработку и внедрение. Недостаточно изученными остаются, например, такие вопросы, как полный жизненный цикл возобновляемых источников энергии (от производства до утилизации) и возможность применения некоторых технологий в промышленных масштабах. Перспективы всестороннего тестирования технологий зависят в значительной степени от достижения и выполнения многосторонних соглашений, регулирующих международное применение альтернативной энергии, таких, например, какие были предусмотрены проектом Desertec в пустыне Сахара.
Системы альтернативной энергетики сталкиваются со значительными технологическими ограничениями, которые препятствуют их развитию и возможности полноценно дополнять традиционное ископаемое топливо. К таким ограничениям относятся прерывистость, проблемы, связанные с передачей энергии и емкостью систем хранения, уязвимость инфраструктуры. Воздействие мегатренда альтернативной энергетики, вероятно, станет в значительной степени определяться тем, как будут преодолеваться недостатки существующих технологий. Ответом на технологические трудности могут стать достижения, которые повлекут за собой нелинейный прорыв. Проще говоря, негативные факторы превратятся в позитивные, препятствия на пути – в открытые ворота.
Прерывистость – одна из наиболее серьезных проблем для широкой интеграции возобновляемых источников энергии. Поскольку солнечные и ветровые технологии являются прерывистыми, их использование сопряжено с колебаниями выработки электроэнергии и не может обеспечить базовую нагрузку (дневной минимум потребления) в периоды пикового спроса.
Устранение перебоев увеличивает затраты на внедрение и без того дорогостоящих альтернативных источников энергии. Даже сейчас для стабилизации энергоснабжения необходимо поддерживать большие запасы ископаемого топлива, что в значительной степени сводит на нет смысл инвестирования в альтернативную энергетику. Кроме того, могут возникнуть ситуации, когда избыточные мощности будут представлять собой опасность для энергосистемы. Для обеспечения стабильности поставок все равно необходима обычная инфраструктура. Это влечет за собой строительство резервных генераторов природного газа, поскольку атомные или угольные станции не могут быть запущены в мгновение ока. Помимо этого, для подключения регионов с меньшей прерывистостью – например, ветреных или солнечных пустынь или равнин – к основным сетям потребуется дорогостоящая инфраструктура.
Проблема прерывистости не является неразрешимой. Электрические сети способны адаптироваться к переменным нагрузкам от газовых, гидро-, атомных и угольных электростанций. В случае с ветром с прерывистостью можно справиться, если уровень его использования ниже 20–25 % от мощности сети. Сложнее, когда энергия ветра составляет бо́льшую часть общего энергоснабжения сети, поскольку переменная сила ветра может потребовать резервной генерации в периоды спада и привести к непроизводительным затратам энергии при сильном ветре. Решение этой проблемы требует комплексного подхода к разработке новых форм хранения и использования энергии. Отсюда также вытекает необходимость обеспечения сетей возможностью перенаправления энергии при необходимости.
Отсутствие адекватной инфраструктуры передачи энергии представляет собой серьезную проблему для широкого применения альтернативной энергетики. Массовое внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии повлияет на электросети. Например, гибридные электромобили и прочий электротранспорт требуют нового подхода к управлению электросетями с соответствующими инвестициями и расходами на крупномасштабные ветровые и солнечно-тепловые электростанции. Разнообразие источников энергии также поднимает вопрос об интеграции производимой энергии в региональные и международные системы электропередачи. Тем не менее уже разрабатываются решения этих проблем, о чем свидетельствует последовательное снижение стоимости солнечной энергии.
По общему признанию, альтернативная энергетика требует сложной инфраструктуры, которая позволит интегрировать ее в глобальную систему передачи энергии – так называемую умную электросеть. Инфраструктура умной электросети, наряду с расширенными возможностями хранения и передачи энергии, позволит снизить влияние нестабильности возобновляемых источников энергии. Развитие технологии умных электросетей, а также интеграции возобновляемой энергии в существующие сети играют ключевую роль в достижении целей энергетической политики и развитии технологий. Некоторые из этих целей включают повышение потребительской эффективности, расширение роли новых технологий и видов топлива в современных инфраструктурах, а также обеспечение большей безопасности поставок электроэнергии.
Ограничения по мощности накопителей – еще одно препятствие для внедрения альтернативной энергетики. Накопление энергии, вероятно, станет тем фактором, который определит целесообразность использования возобновляемых источников энергии и реальное влияние мегатренда альтернативной энергетики. Существуют различные технологии хранения энергии. Они позволяют накапливать энергию в периоды обильного электроснабжения и отдавать ее при высоком спросе. Эти технологии обеспечивают резервное питание, выравнивание нагрузки и стабилизацию частоты, поддерживают напряжение и стабилизацию сетей, а также способствуют готовности к чрезвычайным ситуациям.
Однако более высокие уровни подключенных к сети переменных возобновляемых источников энергии потребуют значительного повышения гибкости энергосистемы. Существующие технологии не позволяют достаточно эффективно хранить и использовать неископаемую энергию в течение длительного времени. Фактически это самое серьезное препятствие. Достижения в области хранения электроэнергии от возобновляемых источников энергии являются ключевыми факторами, которые потенциально могут диктовать темпы и масштабы энергетической революции.
Сегодня бо́льшая часть мощностей по хранению электроэнергии обеспечивается гидроаккумулирующей системой – старейшим и наиболее отработанным вариантом хранения электроэнергии, разработанным для гидроэнергетики, в то время как все остальные технологии находятся в стадии развития. Если темпы решения этой задачи возрастут благодаря новым разработкам и инвестициям, технологии альтернативной энергетики смогут заменить ископаемое топливо раньше, чем предполагается даже по самым оптимистичным сценариям. И наоборот, медленное развитие мощностей по хранению энергии задержит практическую применимость альтернативной энергетики. В настоящее время проблема накопителей актуальна для непрерывного производства и передачи электроэнергии.
Еще одним препятствием на пути внедрения альтернативной энергетики являются уязвимости в сфере безопасности, связанные с развитием инфраструктуры альтернативной энергетики (электростанции, линии электропередачи). Правда, децентрализованность систем на основе альтернативных источников энергии предлагает и определенные преимущества для обеспечения безопасности инфраструктуры, однако установки альтернативной энергетики сложнее контролировать и охранять, поскольку они, как правило, располагаются разрозненно и в отдаленных районах. Обеспечение безопасности новой инфраструктуры и цепочки поставок, их защита от терроризма и саботажа, особенно в некоторых развивающихся странах, остается актуальной проблемой как для поставщиков, так и для потребителей. В США осложняет обеспечение безопасности дополнительный фактор – 80 % энергетического сектора принадлежит частным компаниям, которые имеют меньше возможностей для обеспечения безопасности инфраструктуры, чем государство.
Как и в случае с другими энергообъектами, инфраструктура альтернативной энергетики остается весьма уязвимой для физических атак и саботажа. По мере того как системы передачи и сети становятся «умнее», возрастает возможность нанесения значительного физического ущерба, что может нарушить работу целой экономики. Энергетические инфраструктуры являются особенно привлекательными и уязвимыми целями для террористов – нанесение вреда или уничтожение таких объектов может привести к быстрому и значительному экономическому ущербу, дезорганизации и, возможно, гибели людей. Это означает, что переход к умным сетям потребует новых мер безопасности. Слово «умные» подразумевает переход от централизованного производства и управления к двусторонней связи между энергосистемой и конечными потребителями, подключения децентрализованных возобновляемых источников энергии наряду с другими распределенными источниками, среди которых в настоящее время преобладает ископаемое топливо. Однако, если безопасность не станет частью критериев проектирования, умная сеть не оправдает своего названия; расширение коммуникаций будет сопровождаться ростом киберуязвимости.
Информационно-коммуникационные системы, контролирующие и отслеживающие состояние энергетической инфраструктуры, особенно уязвимы к кибератакам и проникновению. Зависимость инфраструктуры альтернативной энергетики от информационных данных требует тщательного подхода к сбору, систематизации и интерпретации данных, а также защиты от угроз, которые могут возникнуть в результате технических сбоев, таких как отключения электроэнергии (частичные или полные), вызванные неисправностью сети или электростанции.
Предотвращение таких событий требует масштабной, трудоемкой и дорогостоящей работы по адаптации и улучшению логистической инфраструктуры. Например, в США дальнейшее расширение энергосистемы рассматривается как требование национальной безопасности, поскольку возможности передачи электроэнергии являются важным фактором энергетической безопасности. Однако в настоящее время солнечные и ветряные электростанции не считаются в США критически важными компонентами национальной энергетической инфраструктуры. В приоритете безопасности они уступают объектам ядерной энергетики, крупным гидроэлектростанциям, нефтеперерабатывающим заводам, трубопроводам и ключевым частям государственной энергосистемы.
Внедрение технологий альтернативной энергетики можно ускорить, если решить вопросы технологической совместимости. Особенно важно обеспечить совместимость автономной выработки энергии и требований электросетей, таких как питание переменного/постоянного тока, а также совместимость биотоплива с используемыми транспортными технологиями. Без этого эффективность возобновляемых источников снизится, что приведет к дефициту и дисбалансу, которые, в свою очередь, могут повлечь за собой новые риски для энергетической безопасности.
Несмотря на проблемы, связанные с обоснованием целесообразности и с внедрением альтернативной энергетики на практике, государственные и негосударственные акторы по-прежнему заинтересованы в развитии возобновляемых источников энергии. Они все лучше понимают, что в течение нескольких десятилетий неизбежны изменения в политике и поведенческих моделях, чтобы справиться с последствиями для безопасности, связанными с истощением ресурсов и отказом от ископаемых видов топлива. Быстрый технологический прогресс и расширение применения альтернативных источников энергии побуждают заинтересованные стороны делать ставку на то, что это окупится в дальнейшем.
Некоторые государства могут обладать технологиями, которые позволяют вырабатывать энергию, используя местные или региональные источники, или располагать значительным количеством материалов и ресурсов, на которые внезапно возник высокий спрос. Кроме того, растущее внимание к энергоэффективности может привести к значительным достижениям, которые снизят интенсивность использования энергии. Новые общественные воззрения, усиливающие влияние технологического развития и мегатренда, в частности, в некотором смысле напоминают слова Берти Вустера: его дядя Джордж обнаружил, что алкоголь употребляли как напиток задолго до того, как его стали применять в медицине. По сути, мегатренд формируется общественными представлениями задолго до того, как будут разработаны или реализованы технологические разработки. Таким образом, общественность представляет себе будущее мегатренда и тем самым создает его.
Войти с помощью соц. сетей: