Что такое «энергетика» сегодня?

1.

• «Известное известно
немногим!» Аристотель
• «Если не будешь
пытаться думать
самостоятельно, место
барана в загоне тебе
обеспечено!» М.Веллер

2. Что такое «энергетика» сегодня?

• Энергетика в современном обществе
перестала быть только технической
отраслью науки и экономики страны. Она –
важнейший игрок на политической арене!
Быстрая смена парадигм усложняет
понимание процессов, происходящих в
самой энергетике и в обществе, жестко
связанном с энергетикой.
• (Паради́гма (от греч. παράδειγμα, «пример, модель, образец») —
совокупность фундаментальных научных установок, представлений и
терминов, принимаемая и разделяемая научным сообществом и
объединяющая большинство его членов. )

3. Цель курса

Основная цель курса – способствовать формированию
широкого кругозора, системы компетенций в области
энергетики и в смежных с ней областях, пониманию на примере
энергетики логики научного прогресса, его позитивных и
негативных последствий для общества, для каждого жителя
планеты Земля.
В результате изучения курса магистр должен:
1) знать:
- современное состояние и сложившиеся на сегодня
тенденции и направления развития российской и мировой
энергетики;
- основные проблемы обеспечения энергетической,
экологической и геополитической безопасности, обусловленные
быстрым ростом энергопотребления;
- подходы и способы решения обозначенных выше проблем;
- реальное положение России на мировых рынках
энергоресурсов, электрической энергии и энергетических услуг
(современное состояние и перспективы);
3

4. Продолжение

2) уметь:
• оценивать масштабы и приоритеты проблем и
угроз,
• при профессиональной деятельности выбирать
оптимальные решения, которые способствовали
бы решению проблем на всех стадиях
жизненного цикла энергоресурса – от его добычи
и преобразования в электрическую и тепловую
энергию до потребления или реализации на
мировом рынке;
• ориентироваться в потоке информации и отличать
реальные проблемы и вызовы от порождённых
некомпетентностью или корыстью (энергетика на
сегодня сильно политизирована и
криминализирована).
4

5. Тема 1. Роль энергетики в устойчивом развитии общества

Основная задача современной энергетики - удовлетворять
возрастающие потребности общества в электрической энергии:
1) по приемлемым ценам,
2) при минимальном негативном воздействии на
окружающую среду,
3) без провоцирования геополитической нестабильности.
Преимущества электрической энергии в сравнении с 7
другими видами энергии, в разной степени используемой
человеком (механическая, тепловая, химическая, магнитная, электромагнитная,
ядерная, гравитационная):
- простота преобразования в другие виды энергии,
- высокая скорость транспортировки,
- простота преобразования в другие виды энергии,
- легкая делимость на любые количества – от терраватт до
5
микроватт и менее.

6. Мировая динамика электропотребления на 1 чел.

• В период с 1900г. по 2017г. численность
населения Земли увеличилась от 1,6 млрд.
чел. до 7,6 млрд. чел.
• За этот же период производство
электроэнергии увеличилось от 9 млрд.
кВт.ч. до 24 816 млрд. кВт.ч.

7. Мировое производство электроэнергии за 2000-2012 гг.,млрд. кВт-ч

7

8. Почему электрическая энергия?

Преимущества электрической энергии в сравнении с 7
другими видами энергии, в разной степени
используемой человеком (механическая, тепловая,
химическая, магнитная, электромагнитная,
ядерная, гравитационная):
- простота преобразования в другие виды энергии,
- высокая скорость транспортировки,
- простота преобразования в другие виды энергии,
- легкая делимость на любые количества (от терраватт
до микроватт и менее).

9. Первая семерка стран мира по объемам выработки электроэнергии в 2016 г.

9

10.

*

11. История российской энергетики

История российской энергетики
В 1852 г. в России учреждено дочернее предприятие
компании “Siemens & Halske”, возглавляемой Карлом
Сименсом.
По указу Александра III в России было учреждено
“Общество электрического освещения” – прародителя
ОАО “Мосэнерго” и ОАО “Ленэнерго ”. Отсюда и берёт
своё начало одна из крупнейших в настоящее время
мировых энергосистем – российская.
Гигантским шагом на пути электрификации России стали
разработка и реализация плана ГОЭЛРО (Разработан
Государственной комиссией по электрификации России органом, созданным 21.02.1920 г. для разработки проекта
электрификации России после революции 1917 г. По сути
ГОЭЛРО являлся планом развития не только энергетики, а
всей российской экономики.
К 1990 г. целевые показатели плана ГОЭЛРО в 80 раз
превзошли первоначальные по производству
электроэнергии и в 50 раз по установленной мощности
электростанций, определив тем самым место российской 11
энергетики среди мировых лидеров.

12. Технологическая структура современной российской энергетики

12

13. Индекс человеческого развития (ИЧР)

1. Ожидаемая продолжительность жизни;
2. Образование, определяемое комбинацией двух
показателей - грамотности взрослого населения и
охвата населения тремя ступенями образования
(начальным, средним и высшим);
3.Материальный уровень жизни, определяемый
величиной реального ВВП на душу населения,
который пропорционален энергообеспеченности
(Коэффициент детерминации около 0,85)
Достижения в каждой из этих трех областей сначала
оцениваются в процентах от некой идеальной, ни в одной стране
еще не достигнутой ситуации:
• Ожидаемой продолжительности жизни, равной 85 годам;
• Грамотности и охвата населения образованием всех трех
ступеней на уровне 100%;
• Реального ВВП на душу населения на уровне 40000 долл.
Затем вычисляется простое среднее из этих трех индексов.
13

14.

14

15.

2
15

16. Индексы изменения ВВП и потребление (производство) электроэнергии в РФ (РСФСР) к 1950 году

16

17. Динамика мирового энергопотребления

10
17

18.

Ежегодный рост мирового потребления энергии в период до
2020 г. составит 1,6 %, а затем он замедлится до 1%, так что в
2035 году мир будет потреблять на 33% выше значения 2011 г.
В России также прогнозируется устойчивый рост
производства и потребления энергии, сопоставимый с
мировыми темпами.
Численность населения в условиях современного
демографического взрыва удваивается за каждые 40-50 лет, а18
производство ипотребление энергии – за каждые 12-15 лет.

19. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

• За более чем вековую историю электроэнергетики растут не
только количество и мощность потребителей, но и их
разнообразие. (Сейчас более 15% эл.энергии используют потребители,
которых не было ещё в 1990г.).
• Использование энергоресурсов с более высоким потенциалом
(уголь, нефть, газ, уран) вместо дров и биоотходов позволило
увеличить произв.труда в мире за ХХв. в 4,5 раза (Япония-15,5
раза; Норвегия-11,5; Германия и США-5,6; Россия 3,16 раза)
• Сохраняется большое различие в подушевом
электропотреблении по континентам и странам мира,
тыс.кВт.ч/чел.год:
Норвегия-25,2; США –13,4; Россия – 6,43;Эфиопия-0,054.
Между Норвегией и Эфиопией различие в удельном
энергопотреблении составляет 466 крат!!! На сегодня более 1
млрд. человек не имеют доступа к эл. энергии.
• К середине XXI в. прогнозируется удвоение суммарного
19
потребления энергии и утроение потребления электроэнергии.

20. Динамика мирового потребления различных энергоресурсов в 1990-2035 гг., квдр. BTU

20
BTU= 252 cal.

21.

22. Отраслевая структура потребления электроэнергии в России в 2010г.,%

- Пром.
- С/Х
- Строит
- Трансп. и
связь
- ЖКХ и пр.
- Потери в
сутях
22

23. В «Концепции устойчивого развития общества» большая роль отведена энергетической безопасности отдельных стран и мира в целом

(«Концепция была принята на Конференции ООН
по окружающей среде и развитию, состоявшейся в
июне 1992 г. в г. Рио-де-Жанейро на уровне глав
государств и правительств.)
Концепция устойчивого развития пытается
соединить в целостную систему принципы:
1) обеспечения экономической эффективности,
2) социальной защищенности,
3) экологической безопасности,
4) энергетической безопасности,
5) геополитической стабильности.
23

24. Энергетическая безопасность

1.Состояние защищённости страны (её
граждан, экономики) от угроз надёжному
топливо – и энергообеспечению.
2. Энергобезопасность для России является
одной из ключевых гарантий развития,
которая прямо влияет на решение
социально-экономических задач, на
конкурентоспособность России на
глобальных рынках и рост ее
международного авторитета.
24

25.

11
Проблемы современного общества, связанные
с энергообеспечением (с энергетикой)
3. Социальные и
геополитические
угрозы
1.
«Энергетический
голод»
2.
«Экологический
инфаркт»
25

26.

26

27.

Реальное состояние нефтегазодобычи дает повод для
оптимизма: в 2018г. добыча нефти достигла 550 млн т.
(рост за 2018г. около 2%), газа – 725 млрд.м3 (рост 5%).
27

28. 1.1. Альтернативный взгляд на проблему дефицита энергоресурсов

«Каменный век кончился не потому,
что на Земле кончились камни. Так и
век нефти кончится не потому, что
нефть кончится, а потому, что
появятся новые технологии».
Основатель и глава ОПЕК шейх Ахмед
Заки Ямани
28

29. 1.2. Альтернативный взгляд на проблему развращающего влияния «сырьевых» денег на экономику страны

• Проблема не в избытке «дармовых» средств: (1.Дешевые
энергоресурсы внутри страны, 2.Приток денег от продажи
ресурсов на мировом рынке), а в неумелом их
использовании.
• Положительные примеры:
1. Бюджет ОАЭ еще недавно на 90% формировался с
доходов от продажи нефти. Обвал цен в 2008г. из-за
кризиса, по прогнозам, грозил развалом всей экономики
ОАЭ. Однако своевременно выбранная и реализованная
стратегия развития позволила избежать каких-либо
негативных явлений. Она заключалась в резком
сокращении торговли нефтью (сейчас доля в бюджете –
30%, к 2021г. – 5%), которое компенсировалось развитием
собственного сельского хозяйства (самообеспечение
продовольствием на 40%), инфраструктуры
туристического бизнеса, IT-технологий, торговли
бриллиантами.

30.

2. Норвегия ежегодно добывает на каждого жителя страны 16 т нефти
(Россия -3,7 т). Нефтяные деньги Норвегия направляет на: а)
инновационное развитие страны, б) обеспечение очень высокого уровня
жизни населения (Душевой ВВП – 70 тыс долл, в России –
9 тыс долл.), в) накопление средств в стабилизационном фонде (или
Фонде будущих поколений), который является «подушкой безопасности»
для будущих поколений (или на случай форс-мажорных обстоятельств). В
этом фонде накоплено 1 трлн долл (т.е. 55-60 трлн руб). Весь годовой
бюджет России – 15 трлн руб, а в стабилизационном фонде России - 66,26
млрд руб. В Норвегии из этого фонда можно брать не более 3% , и то из
тех денег, которые возвращаются в фонд как прибыль от его инвестиций.
3. В России средства фонда идут на «латание» бюджетных дыр и
финансирование важных для правительства проектов. Большая их часть
фактически «проедается», когда цена на нефть падает или когда
экономика оказывается в кризисе. В «нормальных» условиях деньги,
поступающие в Центральный банк, вкладываются в золотовалютные
резервы, а деньги, поступающие в Минфин, попадают в Банк России и
конвертируются в доллары. Таким образом, в России «нефтяные» деньги
плохо используются и в экономике страны и в бюджетной сфере (пенсии,
зарплата бюджетников, образование, здравоохранение и др.).
30

31.

13
2.«Экологический инфаркт»
2.1. Негативное влияние на глобальный
климат
2.2. Негативное влияние на состояние
локальной среды обитания человека (засухи,
наводнения и др.)
2.3. Аварии и катастрофы техногенного
происхождения
31

32.

3. Социальные и геополитические угрозы
3.1. Насильственный передел природных
энергоресурсов (экономическими,
политическими или военными способами)
3.2. Массовая неконтролируемая миграция
населения вследствие катастрофических
изменений климата
3.3. Нарастание социальной напряженности в
обществе вследствие высокой цены товаров и
услуг
32
14

33. Безальтернативными способами решения трех названных проблем являются: 1) энергосбережение и повышение энергетической

эффективности (ЭС и ПЭЭ),
2) энергозамещение,
3) оптимизация схем производства и транспортировки
электрической и тепловой энергии
1. Энергосбережение и повышение энергетической
эффективности:
- реализация правовых, организационных, научных,
производственных, технических и экономических мер,
направленных на эффективное использование энергетических
ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот вспомогательных
видов топлив (ШМ, ПНГ, вторичные энергоресурсы и др.);
- опора ЭС и ПЭЭ на культуру энергопотребления, которая, как
всякая культура, прививается воспитанием и образованием;
ЭС и ПЭЭ – одно из обязательных условий устойчивого
развития экономики страны за счет снижения удельной
энергоёмкости ВВП .

34. Энергоемкость ВВП в различных странах (т усл.топл./тыс.евро)

35. Потенциал энергосбережения в экономике РФ

36. 2.Энергозамещение:

– постепенный переход от традиционных минеральных
энергоресурсов к НВИЭ (Пока доля альтернативной
энергетики в странах Европы составляет всего 3%).
– освоение новых технологий получения электрической и
тепловой энергии (УТС, БР и замкнутый топливный цикл,
водородная энергетика и др.), т.е. создание многоукладной
альтернативной энергетики.
При этом необходимо следовать «золотому правилу»
энергетики: вид и качество энергии должны точно
соответствовать нуждам потребителей, т.к. с увеличением
количества ступеней преобразования энергоресурсов
снижается эффективность их использования!
(Пример: применение для обогрева больших производственных
помещений, включая объекты сельхозназначения, газовых инфракрасных
систем обогрева позволяет примерно на 80% сократить затраты на
отопление по сравнению с отоплением, использующим традиционные
котельные).

37. 3. Оптимизация схем производства и транспортировки электрической и тепловой энергии

В основе лежит реализация концепции Smart Grid, которую
часто называют глобальной энергетической революцией (ГРЭ)
- важнейшим элементом третьей промышленной революции.
Ожидаемые результатами ГЭР:
1. Повышение энергетической эффективности и экологической
чистоты мощных ПТУ (совершенствование подготовки и
сжигания топлива, улавливание вредных выбросов и очистка
сбросов)
2. Развитие малой (распределенной) энергетики, как на
традиционном топливе (ГТУ, ГПУ, ДУ, ГДУ), так и
(преимущественно!!!) на НВИЭ (ветровая, солнечная,
геотермальная, волновая, приливная, морских/океанических
течений, биотопливо и др.). На сегодня имеет место абсолютное
преобладание в энергетике ископаемого/минерального топлива
(более 80%).

38. Продолжение 1

3.Переход электроэнергетики от
иерархической организации к
горизонтальному взаимодействию. Это
приведет к тому, что сотни миллионов
людей будут генерировать собственную
«зеленую энергию» дома, в офисах и на
предприятиях и делиться ею друг с
другом в «энергетическом Интернете».
Это – ключевая позиция в концепции
Smart Grid.
4.Увеличение доли электроэнергии,
производимой нетрадиционными методами.
5.Когенерация.
38

39. Продолжение 2

6.Переход российской энергетики от
радиальной к кольцевой геометрии
электрических сетей.
7.Расширение применения систем передачи
постоянным током.
8.Совершенствование и внедрение систем
накопления и хранения энергии, в первую
очередь, использование водорода в
качестве аккумулятора (накопителя)
энергии и топлива для топливных
элементов.

40. Продолжение 3

Реализацией идеи ГЭР занимается ряд агентств
Европейского союза и некоторых других стран
(Европарламент выпустил соответствующую
официальную декларацию). Эта идея быстро
распространяется в странах Азии, Африки и
Американского континента.
ГЭР дает надежду, что человечество сможет
войти в устойчивую постуглеродную эру к
середине столетия и предотвратить
катастрофическое ухудшение состояния
окружающей среды. Современный уровень
развития науки и технологий позволяют
осуществить это.
40

41. Факторы, определяющие начало и темпы развития ГЭР

• Экономические – требуются инвестиции в
огромных объёмах
• Технологические – невозможность быстрой
смены технологических укладов
• Социальные – а) быстрый рост населения в
развивающихся странах, б) невозможность
быстрого изменения сложившихся бытовых
укладов
• Глобальные (исторические и географические) –
крайняя неравномерность распределения
энергоресурсов по странам и регионам
41

42. Энергетический сектор экономики России

Энергетический сектор это:
• Топливно-энергетический комплекс (ТЭК)
• Обслуживающие его отрасли (разработка и
производство машин, оборудования и
материалов для энергетического сектора,
коммерческое обслуживание, подготовка
кадров и т.п.)
• Все отрасли и домашние хозяйства,
потребляющие энергетическое сырье и
энергию, осуществляющие их экспорт и
импорт.
Фактически энергетический сектор
охватывает всю национальную экономику и её
42
внешние связи.

43. Энергоресурсы России

-
-
1. На мировом рынке энергоресурсов на долю
России приходится:
12% нефти ,
25% природного газа,
12 % угля,
45% обогащённого (!!!) урана.
2. Россия находится:
на 5 месте в мире по выработке электроэнергии (после
Китая, США, Индии и Японии),
на 1-2 месте по запасам традиционного газа (24%) (По
данным Минэнерго РФ разведанные запасы газа в РФ
составляют 46,8 трлн куб. м на конец 2018г.),
на 8 по запасам нефти (6%).
Всё это предопределяет существенную роль России во
43
всех мировых энергетических сценариях.

44. Состав ТЭК России

• Электроэнергетика (ТЭС, ГЭС, АЭС,
возобновляемая энергетика, электрические
сети);
• Топливные отрасли промышленности
(нефтедобывающая, сланцевая, торфяная);
• Трубопроводной транспорт топлива
(магистральные нефтепроводы,
нефтепродуктопроводы, газопроводы,);
• Геологоразведка (на нефть, газ, уголь,
сланцы, уран).
44

45. Характеристика ТЭК России

1. На развитие ТЭК расходуется более 20% бюджетных средств.
2. До 40% ВВП России связаны с добычей, первичной
обработкой, транспортировкой и потреблением первичных
энергетических ресурсов.
3. На него приходится:
- примерно 30% железнодорожных перевозок, 50% - перевозок
морским транспортом, 100% - транспортировок по трубам;
- 30% основных фондов,
- 30% стоимости промышленной продукции.
4. Он использует:
- 10% продукции машиностроительного комплекса,
- 12% продукции металлургии,
- 67% труб.
5. Он обеспечивает:
- более 50% экспорта и, соответственно, «львиную» долю
поступлений валютных средств в бюджет государства,
45
- значительное количество сырья для нефте-газохимии.

46. Роль ТЭК в экономической и социальной жизни России

От полного коллапса экономики России в
90-е гг. спасли 3 могучих «столпа»
экономики СССР:
1) Уникальная Единая энергетическая система
(ЕЭС),
2) Сотни тысяч километров нефтегазовой и
промысловой инфраструктуры –
кровеносная система экономики,
3) Отлаженное централизованное
коммунальное хозяйство
46

47. Продолжение -1

Помог смягчить последствия мирового
экономического кризиса 2008 -2010гг.
Обеспечил развитие ряда депрессивных
регионов (север европейской части страны, Западная
Сибирь, в том числе Томская обл., Дальний Восток);
Решающую роль ТЭК сыграл в формировании
Резервного фонда (Расформирован в декабре 2017г.) и Фонда
национального благосостояния. По состоянию на
01.01.2013г. в первом было накоплено – 1,885 трлн
руб., во втором – 2,72 трлн руб. В условиях
нынешнего экономического кризиса и санкций эти
фонды играли роль «подушки безопасности». (Фонд
национального благосостояния продолжает исполнять свои функции).

48. Продолжение -2

(Доля продукции ТЭК 74,5% )
48

49. Динамика добычи нефти и газового конденсата

50.

51. Особенности ТЭК как отрасли экономики страны

- высокая капиталоёмкость проектов
освоения и использования энергетических
природных ресурсов;
- длительные сроки реализации проектов;
- усложнение техники и технологий поисков,
разведки, освоения, добычи и переработки
сырья по мере истощения удобных
месторождений;
- значительное влияние институциональных
условий (нормы, правила и процедуры
освоения минерально-сырьевых ресурсов и
их последующего использования).
51

52. Проблемы энергообеспечения России объективной природы

• Неблагоприятные географо-климатические условия:
- суровый климат – 65% территории явлется зоной вечной
мерзлоты, только 2% жителей Земли (кроме россиян)
живут в таком холодном климате, Москва на 3-м месте
(снизу) среди всех столиц по среднегодовой тем-ре);
- большие расстояния (проблемы с автомобильным и ж/д
сообщением);
- длительный ледостав на реках, большинство из них течёт
в меридианном направлении, мало незамерзающих портов
• Территориальное несовпадение мест залегания
минерального энергетического сырья и местоположения
основных потребителей
• Истощение удобных для разработки месторождений
энергетического сырья
52
52

53.

53

54. Распределение вечной мерзлоты на территории России

54

55. Проблемы энергообеспечения России «рукотворной» природы

• Большая энергоёмкость товаров и услуг, включая
производство энергии (расточительность + географо климатические особенности).
• Дефицит внутренних и внешних инвестиций
• Преобладание в экономике энергоёмких отраслей
(горнодобывающей, металлургической, энергетической и др.)
• Морально устаревшие и физически изношенные основные
фонды
• Потеря в 90-е годы значительной части мощности
предприятий электротехнического и
энергомашиностроительного комплексов
• «Проедание» минеральных запасов, открытых и разведанных в
советское время (вследствие недофинансирования ГРР в 90-е и
0-е годы)
• Только в последние годы прирост разведанных запасов нефти и газа55
начал превышать объём их добычи

56. Удельная энергоемкость ряда стран

56

57. Технические и технологические причины большой удельной энергоёмкости экономики РФ

1. Построены/произведены до 1990г.:
• 83 % жилых зданий,
• 65 - 70 % энергетического оборудования (подр. на след. слайде),
• 25% бытовых холодильников.
2. В промышленности эксплуатируется 15 % полностью изношенных
основных фондов.
3. Из-за стагнации во многих отраслях промышленности:
а) значительная доля промышленного оборудования (прежде
всего электропривод, потребляющий около 50% всей
электроэнергии) недогружено, что снижает КПД
электродвигателей,
б) в холодный период отапливаются плохо используемые
производственные и офисные помещения.
За годы экономического спада удельная энергоёмкость
ВВП увеличилась на 22%!!!В развитых странах она
продолжала уменьшаться.
В итоге – удельная энергоемкость ВВП России в 2,5 раза
выше среднемирового уровня и в 3 - 3,5 раза выше, чем в
развитых странах.
57

58. Износ и возраст основного энергооборудования

• Износ основного энергетического оборудования в среднем составляет 60%,
причём половина оборудования выработала свой нормативный срок, а
примерно десятая часть отработала его дважды.
• Возраст оборудования характеризуется следующими цифрами:
• около 60% оборудования ТЭС введено в эксплуатацию более 30 лет назад,
• 80% оборудования АЭС – более 20 лет назад,
• 21% оборудования ГЭС – более 50 лет назад.
• Введены в эксплуатацию до 1990г.:
• 70 % котельных,
• 70 % технологического оборудования электрических сетей,
• 66 % тепловых сетей
Меры, принимаемые Минэнерго РФ в последние годы (годы
восстановления экономики после разрухи 90-х), ведут к обновлению
оборудования и энергетических технологий. Так, например, за 2018г.
Аварийность снизилась в в сетевом комплексе на 5%, в генерирующем –
на 15%.
Следует отметить, что высокий процент находящегося в
эксплуатации старого энергетического оборудования – проблема
глобальная. Порождена она высокой капиталоёмкостью энергетики.
Российское оборудование со «средним возрастом» около 40 лет старше
западноевропейского всего на 5-6 лет.
58

59. Энергосистема Томской обл.

Электрическая
нагрузка 1100 МВт
59

60.

60