Портфели&Стратегии.Energy:Обзор

Энергия – основа не только промышленного производства, но и всего живого на планете. Не удивительно, что значительные и крупные прорывы в истории человечества чаще всего связаны с успехами в этой сфере.

Жизнь человека круто изменилась, когда он научился добывать огонь – высвобождать тепловую энергию из растительного топлива, что привело к моментальным изменениям в качестве жизни. Люди получили возможность обогревать жилища и термически обрабатывать пищу, что уменьшило вероятность погибнуть от инфекций, паразитов и холода. Человек получил в распоряжение больше активного времени благодаря освещению. С этих пор, набегавшись на охоте и поужинав горячим блюдом человек начал больше думать, рассуждать и искать (к счастью тогда еще не было дивана и ютуба, люди развлекались изобретательством). Наскальная живопись, изобретение колеса, изобретение орудий и так далее.

Со временем человек научился работать с энергией воды и ветра, что дало благодатную почву для дальнейших инноваций, ускорило существующие производства и повысило их маржильность. Новые технологии в энергетике позволили строить ветряные мельницы, в том числе для производства муки, получать энергию для ткацких станков, быстрее и жарче раздувать печи кузниц. Большое количество относительно дешевой энергии позволило внедрять механизацию во многие сферы, в том числе, книгопечатание. С этих пор передача знаний стала точнее и машстабнее.

Знания и опыт накапливались, и помноженные на любопытство изобретателей дали новый прорыв в энергетике – паровой двигатель. С этих пор человек обрел большую мобильность, ускорилась торговля – двигатель экономики.

Пройдя долгий путь, человек научился работать с электричеством – универсальной формой энергии, освещать дома электрическим светом. Научился получать электрическую энергию из прочих форм – тепловой, механической, химической, а так же трансформировать ее обратно. С этих пор стало возможным переводить энергию из любой формы в любую через электрическую энергию. Новое знание дало импульс новой волне индустриализации, автоматизации, что привело к значительному росту мировой экономики. Начались исследования эксперименты в области накопления и передачи энергии. Растущая экономика требовала больше мобильности. Паровой котел предоставил старт, однако требовал возить с собой большой объем топлива, отчего оставалось меньше полезного места для груза. В поисках решения и прорыва были изобретены ДВС на жидком топливе, поначалу это был светильный газ, водород. Позже были успешные попытки построить электрические двигатели, но все упиралось в сложность получения и хранения топлива.

Решение было найдено с открытием нефти и успехами в нефтехимии. На этом этапе была решена проблема дешевого накопления и транспортировки энергии. Изобретен дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания. Индустриализация понеслась на всех парах.

Увеличение благосостояния связывают с ростом экономики, а скорость ее роста зависит от доступности дешевой энергии. Экономический рост приводит к увеличению потребности в энергии и текущая парадигма, кажется, достигла потолка: добычи, переработки и ограничений по углеродным выбросам. Ранее проблема решалась повышением КПД существующего оборудования до тех пор, пока это было экономически обосновано. Сейчас стали коммерчески доступны технологии хранения электрической энергии, энергии химических веществ, отвечающим важным критериям экологической безопасности.

В нашей реальности многие энергетические компании, кажется, понимают, что они в первую очередь дают рынку энергию, поэтому такие компании уже сейчас начинают смотреть по сторонам.

На диаграмме отображено удельное содержание энергии в известных веществах. Энергетические компании уже сейчас стараются больше фокусироваться на природном газе и СПГ, более привычном и освоенном способе получения энергии, который останется с нами, и его доля будет только расти.

Аналитики Deloitte ожидают кратного роста рынка СПГ в ближайшие два десятилетия, что возможно благодаря растущему спросу на энергию, а так же освобождению части рынка от нефти и угля, как продуктов, оказывающих сильное влияние на экологию.

Водород и уран, тем временем, является более перспективными и получат сильный толчок как только человечество удешевит технологию производства, хранения и транспортировки водорода, а так же решит проблему использования и утилизации урана.

Чтобы обеспечить экологическую повестку, рассматривают не просто получение водорода на мощностях старой генерации, но качественный сдвиг в сторону ВИЭ

Компания Лукойл, например, видит перераспределение потребления следующим образом

Технический прогресс позволяет обеспечить часть потребности в энергии, не прибегая к преобразованию энергии веществ. Среди них – гидро-, геотермальная- энергии, энергия приливов, солнца и ветра

Аналитики Deloitte ожидают более чем двукратный рост рынка солнечной генерации к 2025 году.

Ряд компаний предполагают использовать для накопления энергии аккумуляторный батареи, основанные на различный технологиях, в том числе и водородные топливные элементы. Водородные ячейки могут так же применяться на объектах малой генерации, давать домохозяйствам тепло и свет, их легко перевозить. Мне нравится такое решение, в духе ТРИЗ (Теория Решения Изобретательских Задач).

Нет универсальной технологии накопления и хранения энергии, поэтому, на мой взгляд, одновременно будут сосуществовать и применяться несколько типов, в зависимости от экономической целесообразности.

Например, в холодных странах излишки мощности АЭС и ГЭС могут накапливаться в водородных ячейках, в них транспортироваться или применяться на месте для электроснабжения и обогрева.

В жарких странах, где выделение тепла водородными ячейками – паразитный процесс – могут использоваться литиевые, железофосфатные или иные батареи, обладающие большой токоотдачей и низким внутренним сопротивлением.

На территориях со смешанным климатом, например в средней полосе России, могут использоваться комбинированные накопители, дополнительно обеспечивая зимой обогрев как самих объектов накопления, так и домохозяйств, переключаясь в летнее время на привычные нам аккумуляторы.

Станет массовым особый класс объектов накопления и генерации – электромобили. Уже идут исследования и разработки технологий, которые позволят внедрить электромобили в локальные энергосистемы (микрогрид). Такое решение, разумеется, не заменит крупные энергохабы, но повысит безопасность энергосистемы в целом. Электромобили будут способны погасить резкие колебания потребления в локальных электросетях, а система управления микрогрид архитектуры обеспечит координацию извлечения и распределения энергии.

Общие черты будущего ландшафта описаны научным и инженерным сообществом. Многие страны работают над проектами по трансформации энергорынка, в которых пытаются определить детали системы, определить наиболее эффективные технологии и решения для своей экономики.

Инфографика великобританского подразделения Европейской Федерации транспорта и окружающей среды поможет читателю понять для себя особенности и ограничения основных, известных на сегодня, технологий накопления и хранения энергии.

Под Power to liquid, понимают процесс получения синтетического топлива для прямого сжигания в ДВС, или применимо к электростанциям, сжигания для генерации. В последнем случае необходимо делать поправку на КПД турбины.

Любая новая технология, или старая, но вновь открытая, получив поддержку, со временем становится дешевле и эффективней.

Водородные технологии имеют большие шансы на успех в транспорте, по мнению компании Лукойл.

Точно непонятно какое использование водорода имела ввиду компания, прямое сжигание или в составе топливных элементов, однако общая тенденция прослеживается.

Вернемся к общей структуре рынка. Для эффективной и безопасной работы новой архитектуры необходимы новые модели управления. Наиболее вероятная структура отражена в обзоре рынка международного энергетического агентства.

По мнению агентства, водород сможет связать воедино все цепочки извлечения энергии на всех уровнях – промышленность, домохозяйства, транспорт. Он позволит балансировать спрос.

Одновременно с обсуждением новой структуры в повестке, так же набирают популярность дискуссии о новой модели управления этой структурой.

Модель предоставления энергии – как к услуги (англ. Energy-as-a-service, EaaS) – это «пакетная» модель обслуживания, в рамках которой клиенту предоставляется аппаратное и программное обеспечение и энергетические услуги. Решения категории EaaS должны включать в себя услуги по управлению потреблением и повышению энергоэффективности, способствовать внедрению возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и других децентрализованных источников энергоснабжения, а также оптимизировать баланс между спросом и предложением на рынке электроэнергии.

Игроки рынка EaaS

Несмотря на все перспективы, по мнению аналитиков, потребность в нефти не исчезнет. Производство смазочных, лакокрасочных материалов, полимерных покрытий, композитов и прочих продуктов нефтехимических компаний продолжат использовать нефть в своей деятельности. Возможен постепенный отказ от нефтехимии в пользу газохимии – это вопрос рыночной коньюнктуры.

По моему мнению, на энергорынке скоро могу произойти интересные события.

Крупные интегрированные нефтегазовые компании начинают заниматься генерацией электроэнергии, они ищут новые направления для развития своего бизнеса, чтобы компенсировать ожидаемое снижение спроса на нефтегазовую продукцию. Рынок нефти скоро может стать очень тесным. Как и технологические компании, они располагают значительными финансовыми средствами и могут применять свои обширные возможности и розничную инфраструктуру для организации мобильного энергоснабжения, особенно в части электрификации транспорта.

Они также могли бы предложить клиентам большое разнообразие услуг через приобретение ряда более мелких, узкоспециализированных игроков. Например, Shell уже объявила о своем намерении стать крупнейшей в мире электроэнергетической компанией к 2030 году. С этой целью компания провела ряд приобретений: в конце 2017 года были приобретены First Utility (независимый британский поставщик электроэнергии) и New Motion (одна из крупнейших в Европе сетей станций для зарядки электромобилей), а в начале 2019 года — компании Sonnen (немецкий производитель солнечных батарей бытового назначения) и Limejump (агрегатор услуг в области управления спросом на электроэнергию).

Вторая, из упоминаемых выше компаний – Total так же активно взяла курс на трансформацию в энергетическую компанию в широком смысле. Делает упор на биотопливо, газ, СПГ и ВИЭ, на совместные предприятия в лидерами направлений.

В процессе перехода произойдет если не схлопывание двух привычных сегодня рынков нефтегазового и электрогенерации, то их значительное пересечение с усилением конкуренции. Вертикально интегрированные нефтегазовые компании начнут поставлять водород, что позволит нарастить отпуск тепла и электроэнергии, вторгаясь на рынок электрогенерации. Так же и компании электроценерации смогут производить водород и с его помощью давать тепло и топливо, претендуя на рынок нефтегазовых компаний.

Возможно, рынок ждет крупная консолидация. Слабые компании с долгами или недостаточным КЭШем не смогут осуществить переход и будут вынуждены продать бизнес крупным игрокам для сохранения рабочих мест. Компании с «плохими» активами останутся выжимать из них последнее и будут раздавлены в отсутствии заградительных мер.

Оставшиеся в итоге консолидации компании, в долгосрочной перспективе, столкнутся со следующим энергопереходом, почва для которого уже готовится.

Термоядерная энергетика способна покрыть сразу все потребности. Технология накопления останется с нами для применения на транспорте, в удаленных местах и на автономных объектах – исследовательские станции, от полярных до межпланетных. Водородная инфраструктура даст топливо новой генерации – изотопы водорода.

Внедрение термоядерной энергии – логичное продолжение одного процесса перехода, а ВИЭ – промежуточная точка…и в конце процесса останется термояд и водород, которые, кажется, смогут покрыть потребности в энергии во всех секторах экономики.

Возможно, когда-нибудь, произойдет переход на антиматерию. Которая не дает радиоактивных отходов, и все топливо из реакции аннигилирует – ну не сказка ли для зеленого будущего?

В 1995 году специалистам из Европейского центра ядерных исследований (CERN) удалось создать антиводород. Сталкивая антипротоны с атомами ксенона в течение трех недель, физикам удалось получить девять атомов антиводорода.

В 2002 году две группы ученых получили тысячи атомов антиводорода

Похоже, какие бы процессы и технологии не изобретались – водород и ядерные технологии, став массовыми, остануться с нами надолго.

Какие способы извлечения энергии не придумал бы человек, ее в любом случае нужно будет транспортировать, и скорее всего по электросетям.

К основной статье ->