Как технологии изменят энергетику

Сегодня энергетика постепенно перестает быть консервативной: солнце приходит на смену АЭС, зарождается «водородная экономика». Какую работу предложит молодым специалистам в этой сфере будущее?
Михаил Мин
22 января 2016
1 комментарий

Возникновение жизни на Земле — процесс, не до конца понятный современной науке. Принято считать, что планета «пробудилась» около 4 млрд. лет назад в результате абиогенеза, но как именно это произошло — вопрос спорный. Очевидно, что в момент перехода от неживой материи к живой, первые примитивные организмы овладели одним ключевым навыком, который актуален и по сей день. Это способность извлекать из внешнего мира энергию и использовать ее для собственных нужд. Закон сохранения энергии сыграл на руку живой материи, и благодаря комбинации удачных факторов Земля превратилась в место, где сегодня процветают более 9 миллионов различных видов существ.

«Приручение» энергии, заключенной в огне, приготовление пищи и создание орудий труда позволили нашему виду достичь достаточной степени организации мозга, чтобы выработать язык и зачатки культуры. Так мы вырвались вперед в эволюционной гонке и совершили первую энергетическую революцию. Вторая принесла оседлый образ жизни, «одомашнивание» богатых энергией посевных культур и умение обрабатывать металлы. На этом фундаменте возникла история, общественное и культурное многообразие. К концу XVIII века энергетические революции шли одна за другой: паровая машина, добыча углеводородов, двигатель внутреннего сгорания, расщепление ядра. В результате, уже к середине XX века энергетика заняла свое почетное место в ряду индустрий, без которых невозможна современная цивилизация.

Несмотря на взрывное развитие последних веков, энергетика, как и любая другая общественно значимая сфера, выработала вкус к консервативным, проверенным решениям. Особенно сильно это чувствуется в странах, богатых углеводородами, — например, в России. Однако исторический опыт подсказывает, что научный и технический прогресс оказывается важнее, чем устоявшиеся традиции. Сегодня энергетика находится в эпицентре глобального инновационного шторма, который обещает радикально изменить ландшафт индустрии в самое ближайшее время. К каким из них стоит готовиться молодым профессионал сегодня? Ко всем.

Ветер и солнце

В России, где нефть и газ определяют экономическую и политическую реальность, альтернативные виды энергии составляют не больше 1% от общего объема. Но, даже учитывая, что сырья хватит на столетия вперед, существует несколько объективных причин для развития новых видов энергетики и топлива: экономические реалии, технологическое отставание, экология и огромная территория, богатая ресурсами на любой вкус. Совокупность этих факторов дает основания полагать, что интерес к альтернативным источникам энергии в стране будет как минимум развиваться, а как максимум станет драйвером роста.

Ветряная электростанция в Дании

Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году энергетические потребности человечества повысятся на 50–60%. Этот спрос можно обеспечить по-разному, но только возобновляемые источники энергии окажутся способны сделать это, одновременно снизив экологическую нагрузку на планету. Пример Дании доказывает состоятельность этого подхода уже сегодня. В 2015 года датчане установили мировой рекорд по производству ветровой энергии. Около 42% энергии в стране было выработано благодаря ветряным турбинам. C их помощью кинетическая энергия воздушных масс преобразуется в любую другую энергию, удобную для потребителя, — стоит недорого, работает экологично. В этом же году ветроэнергетика стала самой дешевой для производства в Великобритании и Германии. По подсчетам экспертов Bloomberg, ветряные электростанции в США станут выгоднее традиционных энергоблоков уже к 2023 году.

Не отстает и солнечная энергетика. В Германии в июле этого года солнечные батареи впервые в истории сравнялись по объемам выработки с атомными электростанциями. В США к концу 2015 в индустрии солнечной энергетики работало больше человек, чем в нефтяной сфере. Среди крупных игроков — компания, возглавляемая Илоном Маском, — SolarCity, которая занимается инновационными разработками «умных» сетей и зарядных станций. Китай вышел на первое место в мире по мощности электростанций на солнечных батареях. К концу 2020 года китайское правительство планирует повысить долю электроэнергии, выработанной из возобновляемых источников, до 15%.

Панели SolarCity

У ветряной и солнечной энергетики есть свои проблемы. Особенно очевидны они на примере России. Среднегодовая скорость ветра здесь делает нерентабельной работу большей часть существующих турбин. Сегодня наибольший объем энергии ветра в нашей стране добывают в Калининградской области, Башкирии, на Чукотке и в Коми, но газ и нефть пока в разы дешевле и эффективнее. КПД использования солнечной энергии в России еще ниже из-за климатических и технологических особенностей государства. Плюс ко всему, ветер и солнце — нестабильные поставщики энергии, и их добыча сильно зависит от погодных условий. Значит ли это, что нам на них надо поставить крест? Ровно наоборот.

Яков Сомов
Георгий ГОГОЛЕВ,
руководитель службы развития инновационной экосистемы РВК,
эксперт в области возобновляемой энергетики

«Для того, чтобы увидеть, что будет в российской энергетике через 20 лет, достаточно посмотреть на то, что произошло сначала в Германии, потом на южноевропейских рынках, в США, а теперь в Китае и практически во всем мире. Революция в энергетике прошла для России незаметно. Повсеместно внедряются „умные“ сети, сильно выросло количество источников энергии за счет развития возобновляемой энергетики (в первую очередь, солнца и ветра). Тренды отчетливо видны: децентрализация и переход на возобновляемые источники энергии. Соответственно, тем, кто хочет специализироваться на энергетике в будущем, надо очень хорошо понимать особенности этой новой генерации, разбираться в технологиях и знакомиться с цифровой составляющей.

В России монополии пока тормозят этот процесс. В результате специалистам и учебным программам неоткуда взяться, так что придется учиться не на родине или искать интернет-программы, занимаясь самообразованием. И всё же с переходом к децентрализованной модели сильно вырастает важность локальных сетей, хранения энергии (из-за нестабильности возобновляемой генерации), появятся новые бизнес-модели, основанные на „умных“ сетях, особенно ближе к потребителю. Так что возможностей в секторе будет много. Тем, кто сейчас выбирает профессию в новой энергетике, можно посоветовать посмотреть на новые профессии, которые появились в этом секторе в Европе за последние 15 лет, — а их было немало. В одной Германии в секторе возобновляемой энергетики трудится больше людей, чем в автопроме».

Развитие альтернативной энергии в России напрямую зависит от прорывных технологий, способных повысить КПД панелей и турбин, приспособленных под российские реалии. Изобретатели, оптимизаторы и специалисты в области альтернативных источников энергии будут, как никогда, необходимы стране, где, по данным Института энергетической стратегии, теоретический потенциал солнечной энергии, «пойманной» в течение трех дней на всей территории, превышает энергию годового производства электроэнергии. Если добавить к этому факту понимание того, что запасы энергии ветра на Земле более чем в сто раз превосходят запасы гидроэнергии всех рек планеты, то перспективы открываются фантастические, — в том числе и для смежных сфер знаний. Например, для прикладной климатологии, чьи прогнозы будут приятным подспорьем для индустрии возобновляемой энергии.

Водород и биотопливо

Если в области энергии солнца и ветра Россия предсказуемо осторожна, то в сфере гидроэнергетики дела здесь обстоят гораздо интереснее. Сегодня гидроэнергетика отдувается за большую часть производимой возобновляемой энергии в мире, а наша страна исторически занимает в этой сфере не последнее место. К 2030 году ее роль едва ли изменится, особенно если учесть новые перспективные разработки. Большой потенциал несет малая гидроэнергетика, с помощью которой в России возможно обеспечить 360 млрд кВт*ч, треть от общего объема потребляемой энергий. Особенно многообещающе малые ГЭЦ смотрятся в Сибири, где нет недостатка в водных ресурсах. Водную энергию также можно добывать с помощью метода температурного гредиента морской воды, позволяющего получать электроэнергию из разницы температур на поверхности и глубине океана. Эта технология может пригодиться на Дальнем Востоке, — точно так же, как волновые и приливные электростанции.

Кроме воды, ветра и солнца, много надежд сегодня возлагается на геотермальную энергетику, которая позволяет добывать энергию из недр земли, где идет вулканическая активность и текут теплые воды. В России большие запасы термальных вод находятся на Камчатке, Кавказе, в Краснодарском крае. И хотя мощность геотермальных станций невысока, их безвредность, неиссякаемость и независимость от погодных условий обещают достаточно перспектив для развития отрасли.

Еще одни ключевой источник возобновляемой энергии — биотопливо. Традиционно биоэнергетика позволяет получать сырье из переработки дерева, торфа и газа: водород, метан и этанол. Однако сегодня наиболее актуально следующее поколение биотоплива, которое синтезируется из отходов лесной промышленности, водорослей и травянистых растений типа рыжика посевного. Оно имеют большую концентрацию биомассы и не требует использования большого количества земельных ресурсов. В России эта отрасль пока находится в зачаточном состоянии, но ее развитие будет весьма кстати для лесообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Ведь во всем мире потребность в биотопливе пока только растет, а новые технологии позволяют более эффективно управляться с отходами производства.

Особе место в ряду альтернативных источников энергии занимает водородная энергетика. Запасы водорода практически неисчерпаемы, это самый распространенный элемент во Вселенной. Выработка энергии с его помощью может в перспективе решить многие экологические и экономические проблемы. Единственная загвоздка состоит в том, что нам пока до конца не понятно, как это работает. Сегодня в этой сфере ведутся многочисленные разработки в диаметрально противоположных направлениях, от угля до атома, но сомневаться в потенциале отрасли не приходится. Термин «водородная экономика» используется на самых высоких уровнях и предполагает, что серьезные прорывы в индустрии произойдут в ближайшие десятилетия.

Леонид Башлыков
Леонид Башлыков,
инвестиционный аналитик Phystech Ventures

«Через 20 лет эра углеводородов останется в прошлом, а основные потребители российских угля, нефти и газа постепенно перейдут на альтернативные источники энергии. Россия будет наращивать мощности по переработке своих энергетических ресурсов и транспортировке — их и вторичной энергии. Возникнут тысячи рабочих мест для квалифицированного персонала. Характер труда будет постепенно меняться в сторону работы с автоматизированными системами и системами интеллектуального управления. Их создание и внедрение как раз займет порядка 20 лет. Уже сейчас можно увидеть такие системы на наших предприятиях, но доля их еще совсем незначительна.

Специалист в области внедрения и управления такой системой должен будет владеть не только базовыми знаниями своей индустрии, будь то добыча, переработка и транспортировка углеводородов, электроэнергетика или энергетические сети, но и уметь работать с продвинутыми IT-системами по их оптимизации и менеджменту.

Молодым специалистам и студентам стоит задуматься о расширении своих компетенций на несколько областей, потому что именно на их пересечении появляются новые идеи и технологии. Так, будущему инженеру-электротехнику есть смысл освоить азы работы с большими данным, чтобы в будущем он имел возможность полноценно реализовывать потенциал Smart Grid, будущему монтажнику ЛЭП могут пригодиться навыки управления дронами, которые в уже обозримом будущем смогут взять на себя часть задач по ремонту высоковольтных линий.

Так или иначе IT-составляющая проникнет во все сферы энергетики, и те, кто будет максимально эффективно использовать их возможности, получат большие профессиональные преимущества».

Новая энергетика

Одно из ключевых преимуществ новой энергетики состоит в том, что практически все ее решения на рынке — масштабируемые. Это значит, что, если государству не понадобится развивать инфраструктуру, сфера вполне адаптируется и под менее амбициозные локальные задачи. Поставить ветряк на даче, сделать крышу из солнечных батарей и «ловить» энергию воды в соседней речке в ближайшем будущем будет так же просто, как вскипятить чайник. И для функционирования индустрии в ближайшие 20 лет в любом случае понадобятся специалисты самого широкого профиля и из разных отраслей: инженеры, аналитики, оптимизаторы, дизайнеры систем, инструкторы, операторы.

Кроме добычи энергии, в ближайшем будущем актуализируется проблема ее передачи и хранения. Костяк новой энергетики составят умные специалисты, которые опираются на развитие информационных и коммуникационных технологий в индустрии. За их счет сильно упростится организация и обслуживание электроснабжения, что приведет к децентрализации, демократизации и повышению экономической эффективности энергетики. Как именно они будут работать в России? Сегодня это большой вопрос, но рано или поздно его придется решать. Для устойчивого развития альтернативной энергетики и «умных» сетей также понадобятся технологические прорывы в области батарей, синтезирующих элементов и новых материалов. Сегодня отличный пример демонстрируют в компании Tesla, где научились делать не только самые востребованные в мире электрокары, но и литий-ионные аккумуляторы Powerwall для бытового использования и резервного питания.

Термоядерный реактор ITER

Не стоит сбрасывать со счетов и инновации в более традиционных сферах энергетики. Сланцевая революция в США и Европе только набирает обороты, но уже в 2015 году она сыграла свою роль в понижении цен на нефть и газа. Вероятность того, что она доберется до России в ближайшие 20 лет, невысока, но специалисты в этой области всё равно будут востребованы. Поступательно развивается и ядерная энергетика. Оправившись после Фукусимы, отрасль занимается разработкой сверхэффективных реакторов четвертого поколения и новых форм утилизации отходов. Во Франции приступают к строительству международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Повсюду в мире ведутся исследования холодного синтеза.

Энергетика — благородная сфера приложений труда, которая в ближайшие десятилетия станет еще благороднее. Решение проблем загрязнения окружающей среды, глобального изменения климата и дальнейшего развития напрямую зависит от модернизации энергетического хребта планеты. Контур будущего проглядывается уже сегодня, но важно понимать, что в процесс обновления окажется вовлечено не одно поколение, и основные проблемы достанутся тем, кто сейчас еще только задумывается о завтрашнем дне. На этом пути, очевидно, важно помнить и понимать, что судьба человечества была и всегда будет неразрывна связана с потреблением энергии, так что этот процесс должен стать максимально устойчивым и осознанным.

Энергетики будущего

Архитектор «умных» сетей

проектировщик крупных и малых децентрализованных энергетических сетей.

Оператор «умных» сетей

профессионал, наблюдающий за бесперебойной работой «умных» сетей.

Экоинженер

специалист по надзору и управлению экосистемой, который оказывается задействован при внедрении новых энергетических решений.

Проектировщик домохозяйств с положительным энергобалансом

дизайнер помещений и индивидуальных энергосистем, производящих самодостаточное количество энергии.

Климатолог

профессионал в области точных прогнозов погоды для более эффективной работы систем, чувствительных к переменным условия добычи солнечной, ветрянной и водной энергии.

Оператор электрозарядных станций

менеджер сети электрических заправок.

Инструктор в области альтернативных источников энергии

специалист, способный провести аудит и предложить варианты модернизации энергосистем с учетом новых технологий.

Дизайнер новых решений энергонакопления

изобретатель новых источников хранения энергии.

Механик смешанных систем

профессионал широкого профиля, способный сводить воедино энергию из разных установок и энергетических ресурсов.

Мастер солнечного поля, парка ветряков или цепи волновых станций

специалист, поддерживающий работу крупных систем возобновляемой энергии.

Образование

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

www.pkmpei.ru

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

www.spbstu.ru

Новосибирский государственный технический университет

nstu.ru

МГТУ им. Н.Э. Баумана

www.bmstu.ru

Томский политехнический университет

www.tpu.ru

Ивановский государственный энергетический университет

www.ispu.ru

Национальный исследовательский ядерный институт «МИФИ»

www.mephi.ru

Михаил Мин
22 января 2016
1 комментарий
 

Обсуждение материала

Оставить комментарий

Cпецпроекты