Развитие солнечной и ветровой энергетики в мире: проблемы и перспективы Выполнил: Ловягин Константин Москва - 2015
План доклада • • Краткий обзор отрасли Преимущества Проблемы Факторы размещения География Ведущие компании Перспективы
ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Определение • Ветроэнергетика представляет собой отрасль энергетики, связанную с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию
• Ветроэнергетическая установка (ВЭУ, ветротурбина) — комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования энергии ветра в другие виды энергии Устройство ветрогенератора:
Чарльз Ф. Браш – изобретатель первого ветрогенератора Первый в мире ветрогенератор Кливленд , Штат Огайо Первый ветрогенератор был изобретен в 1887 -88 г. в США
Размер и мощность ветрогенераторов 30 м. 64 м. 135 м. Малая Ветроэнергетика < 100 к. Вт Промышленная Ветроэнергетика > 100 к. Вт
ВЭС сухопутного базирования Одиночное размещение Ветряная ферма, ветропарк
ВЭС морского базирования
Ветроэнергетика сегодня: • Используется более чем в 100 государствах планеты, на всех континентах, включая Антарктиду • Удовлетворяет 4% мирового спроса на электроэнергию (мощность 360 ГВ к концу 2014 г. ) • 21 страна с установленной мощностью более 1 ГВ • 50 ГВ новых мощностей в 2014 г.
Ветроэнергетика сегодня: • Наличие стран на четверть (Испания) и даже на 40% обеспечивающих свои потребности в электроэнергии за счёт энергии ветра • Азия впервые обогнала Европу по объёму производства энергии из ВИЭ.
Факторы развития ветроэнергетики • • энергетический кризис; экологический кризис; появление передовых технологий; развитие научно-технической базы.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Неисчерпаемость • В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра неисчерпаема, возобновляема и практически повсеместно доступна
Экологичность • Позитивное влияние на общий экологический фон на планете и сокращение потребления органических видов топлива • Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО 2, 9 тонн SO 2, 4 тонн оксидов азота
Экономичность • Экономия на топливе (основной части себестоимости энергии ТЭС), на процессе его добычи и транспортировки • Минимальные потери передаче энергии – ветряная электростанция может быть построена непосредственно у потребителя • Ускорение темпов местного и регионального развития и т. д.
Экономичность • Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия
Стоимость ветровой энергии
ПРОБЛЕМЫ
Технические: • Прерывность работы • Слабая предсказуемость • Интеграция неравномерно и непредсказуемо поступающей энергии в общую энергосистему • Дестабилизация энергосистемы
Организационные: • Необходимость наличия резерва мощности • Институциональный фактор
Экологические • В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 д. Б
Шумовое воздействие ветрогенератора
Экологические • Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности • В то же время, согласно моделированию Стэндфордского университета, большие оффшорные ветроэлектростанции могут существенно ослабить ураганы, уменьшая экономический ущерб от их воздействия
Эстетические • Визуальное воздействие ветрогенераторов на окружающий ландшафт, изменение его аттрактивности
ФАКТОРЫ РАЗМЕЩЕНИЯ
Факторы размещения ВЭС • — территориально дифференцированные по качественным и количественным характеристикам свойства среды, при использовании которых проявляется взаимодействие между объектом размещения и средой, характер которого определяет размещение, а также свойства самих ветроэнергетических объектов, требующие локализации в определённом месте.
3 группы факторов размещения: • (I) физико-географические • (II) социально-экономические • (III) экологические
Физико-географические факторы размещения: • • ветроэнергетические ресурсы рельеф и подстилающая поверхность климатические особенности безопасность
Ветроэнергетические ресурсы • средняя скорость ветра за разные периоды времени; • повторяемость средних скоростей ветра; • максимальная скорость ветра; • длительность ветровых периодов и периодов затишья; • удельная мощность ветра, • удельная энергия ветра;
Средняя скорость ветра на высоте 80 м.
Ветроэнергетические ресурсы Среднегодовая скорость на высоте 50 м м/c Номер класса Характеристика района 1 бедный 0, 0– 5, 6 2 малорентабельный 5, 6– 6, 4 3 средний 6, 5– 7, 0 4 хороший 7, 0– 7, 5 5 отличный 7, 5– 8, 0 6 выдающийся 8, 0– 8, 8 7 великолепный > 8, 8
Социально-экономические факторы размещения: • потребитель; • политическая ситуация и институциональные условия; • инфраструктура (энергосистема, дороги); • трудовые ресурсы; • земельные ресурсы; • мнение населения
Экологические факторы размещения: • Экология • Эстетическая составляющая • Защита здоровья населения
ГЕОГРАФИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ
География ветроэнергетики • Начиная с 80 -ых годов в мире начали формироваться два основных полюса развития ветроэнергетики: Европа (Дания и Германия) и Северная Америка (США). • В середине 90 -х годов с большим отрывом лидировала Европа. На современном этапе важнейшей тенденцией территориального развития ветроэнергетики на макрорегиональном уровне является бурное развитие новейшего полюса — Азиатского региона во главе с Китаем и Индией, а также бурное развитие морской ветроэнергетики.
Ежегодно вводимые мощности
Прирост производства энергии ВЭС в 2013 г.
Страны-лидеры по установленной мощности ветроэнергетики
ПРОИЗВОДИТЕЛИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ
Производители ветрогенераторов Крупнейшими компаниями-производителями ветроустановок в мире являются: Vestas (Дания), Sinovel (Китай), Goldwind (Китай), Gamesa (Испания), GE Energy (США), Suzlon Group (Индия), Siemens (Германия). Представленные компании являются абсолютными лидерами мирового ветроэнергетического машиностроения.
Доля крупнейших производителей ветрогенераторов на рынке
Установленная мощность (МВт) Страна Группа ВЭС "Ганьсу" 5160 Китай Альта 1320 США Джайсальмер 1064 Индия Шеффердс Флэт 845 США Роско 781, 5 США Хорс Холлоу 735, 5 США Каприкорн Ридж 662, 5 США 600 Румыния Фаулер Ридж 599, 8 США Свитвотер 585, 3 США Буффало Гэп 523, 3 США Дабаньчен 500 Китай Мэдоу Лейк 500 США Пантер Крик 458 США Название Фантанэль Крупнейшие ветропарки наземного базирования
Название Установленная мощность (МВт) Страна Лондон Эррей 630 Великобритания Грейтер Габбард 504 Великобритания Уолни 367 Великобритания Танет 367 Великобритания Хорнс Рев II 209 Дания Редсанд II 207 Дания Линн энд Иннер Доусинг 194 Великобритания Крупнейшие ветропарки мира морского базирования
Страны-лидеры по развитию морской ветроэнергетики
ПЕРСПЕКТИВЫ
Динамика развития мировой ветроэнергетики (WWEA)
Прогноз развития мировой ветроэнергетики (WWEA)
Перспективы • Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1, 5 — 2 раза. • В море, на расстоянии 10— 12 км от берега (а иногда и дальше), строятся оффшорные ветряные электростанции.
Перспективы • Стагнация рынков 10 лидирующих странпервопроходцев: Италия и Испания практически не вводят новые мощности
Перспективы • Переход инициативы к развивающимся странам: «неисчерпаемый» рынок Поднебесной и выход бразильского рынка на 3 -ее место по объёму вводимых мощностей: 1, 3 ГВт (7% от всех введённых) • Планируется, что к 2030 г. доля возобновляемых источников в КНР достигнет 20%, а к 2050 г. альтернативная энергетика удовлетворит 43% потребности страны.
Прогноз роста рынков регионов мира до 2019 г.
Прогноз • По расчётам GWEC, при умеренном варианте развития ветровая энергетика будет обеспечивать 15, 6% мирового производства электроэнергии к 2030 г. и 17, 7% к 2050 г. В оптимистичном сценарии вклад ветровой энергетики составляет 29, 1% и 34, 2% соответственно.
Прогноз • Увеличение доли ветровой энергетики будет обеспечено за счет введения новых мощностей на растущих рынках в таких странах и регионах как Южная Америка, Китай, Тихоокеанский регион и Южная Азия.
Прогноз • Годовой объем инвестиций в рынок ветровой энергетики в 2030 г. составит от 50 до 85 млрд евро • Число занятых в этом секторе привысит 1 млн человек • Ежегодное сокращение выбросов к 2030 г. составит от 535 млн. до 3100 млн. тонн
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Солнечная энергия • Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6, 7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива • Использование только 0, 5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия
Солнечная энергетика • Направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде
Солнечная энергетика сегодня Производственные мощности в 170 ГВт 98% которых запущены после 2004 г. 17 стран, производящих как минимум 1 ГВт Глобальное лидерство Европы, на которую приходится 80 ГВт • Быстрее всех «растут» Китай, Япония, США • •
ПРЕИМУЩЕСТВА
Неисчерпаемость • Солнечная энергия - это источник, который не иссякнет, в отличие от невозобновляемых ресурсов, таких как ископаемое топливо, уголь, ядерное топливо • У нас всегда будет доступ к энергии Солнца, по крайней мере, пока оно существует • По данным NASA - ближайшие 6, 5 млрд лет
Экологичность • Использование энергии Солнца обычно не вызывает загрязнения окружающей среды • Очевидно, что солнечная энергетика постепенно снижает зависимость от невозобновляемых источников энергии
Повсеместная доступность • Солнечная энергия доступна во всем мире. Ярким примерно использования энергии Солнца является Германия, которая, в настоящее время, лидирует по суммарной мощности установленных солнечных электростанций
Бесшумность • Для выработки электроэнергии от энергии солнца (в отличие даже от ветра) не требуется никаких движущихся частей
Сокращение расходов • Быстрая окупаемость • Практически не требует обслуживания • Действующие в настоящее время в мире меры и схемы поддержки развития возобновляемой энергетики позволяют устанавливать на частные домовладения и земельные участки солнечные энергосистемы и продавать электроэнергию в сеть по специальным тарифам
Сокращение расходов • Технологический прогресс позволял экспоненциально удешевлять производство фотоэлементов (в 200 раз за последние 35 лет) - себестоимость электроэнергии фотоэлементов снижается ежегодно на 15% • Верхние границы традиционной энергетикипересекаются с нижними границами оценок себестоимости электроэнергии:
Адаптивность • Солнечные установки являются модульными, что позволяет создавать генерирующие мощности практически любого желаемого размера и мощности
ПРОБЛЕМЫ
Неравномерное распределение
Нестабильность • Доступ к солнечному свету ограничен в определенные периоды времени (например, утром и вечером). • Прогнозировать пасмурные дни, а тем более энерговыработку в эти дни, практически невозможно. • Солнечная электроэнергия, без аккумулирования, не может быть основным источником питания.
Дороговизна • Системы хранения энергии, такие как аккумуляторные батареи, помогают сгладить графики выработки и потребления электроэнергии, что значительно стабилизирует солнечные энергосистемы. Однако, аккумулирование является очень дорогой технологией. • Нерентабельность в высоких широтах
Изъятие земли • Солнечные фермы исключают возможность иного использование своей территории в хозяйстве и занимают значительные площади, порождая конфликт землепользования
Экология • Проблема переработки и утилизации солнечных батарей, выработавших свой ресурс
Факторы размещения • Если анализировать факторы размещения на мезоуровне (межстрановом), то единого определяющего фактора, действовавшего бы для каждой страны, не существует. • Напротив, детерминирующий фактор меняется от страны к стране с учетом местной специфики в отношении политической, экономической и социальной ситуаций.
Факторы размещения Уровень солнечной радиации Наличие спроса Наличие свободных земель Собственная производственная и техническая база • Государственная политика • Внешние стимулы • •
ГЕОГРАФИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Страны-лидеры на 2014 г. • 1. Germany: 35. 5 GW (26% мировой генерации) 2. China: 18. 3 GW (14%) 3. Italy: 17. 6 GW (13%) 4. Japan: 13. 6 GW (10%) 5. United States: 12 GW (9%) 6. Spain: 5. 6 GW 7. France: 4. 6 GW 8. Australia: 3. 3 GW 9. Belgium: 3 GW 10. United Kingdom: 2. 9 GW
ПЕРСПЕКТИВЫ
Перспективы • Большой потенциал роста отрасли обусловлен такими общими для всей альтернативной энергетики факторами глобальной значимости, как необходимость обеспечения национальной энергобезопасности в условиях растущей нехватки традиционных энергоносителей; активная инновационная деятельность и неуклонное удешевление энергии, производимой солнечными установками, а также разного рода негативными экологическими последствиями использования нефти, газа и угля.
Динамика отношения производства к инвестициям
Перспективы • В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50 %. • Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет будет вырабатывать около 9 тыс. тераватт-часов — или 20 -25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно
Перспективы • Искусственно созданная ниша в Европе, в целом, заполнилась и дальнейшее развитие туманно и будет определяться экономической конъюнктурой • Вектор и производства и применения фотоэлементов за последние два года перенаправлен в Азию, где в течение двух лет установленная мощность фотоэлементов превысит соответствующую для стран Европы
Перспективы • Одним из основных сдерживающих факторов развития солнечной энергетики является проблема выбора места для размещения солнечных электростанций. • Для промышленной солнечной электростанции с коэффициентом полезного действия порядка 10% и с учетом неравномерности мощности солнечного излучения в течение суток необходима площадь в десятки квадратных километров.
СЭС двойного назначения • В Швейцарии в городе Пайерн построили солнечную электростанцию панели которой подняты над землей на высоких кронштейнах, так что практически всю площадь СЭС – 38 000 м² или пять футбольных полей, – можно использовать по прежнему назначению – сельскохозяйственному. Предполагается, что в тени фотоэлектрических элементов будет мирно пастись стадо из 30 овец.
Дорожное покрытие из солнечных батарей • Французская компания Colas представила инновационную разработку – дорожное покрытие Wattway, способное усваивать солнечную энергию. Для придания конструкции прочности фотоэлектрические панели из поликристаллического кремния вмонтированы в многослойную подложку, так что по ней могут спокойно передвигаться груженые щебнем самосвалы. 20 кв. метров такого покрытия хватит для обеспечения электричеством одного домохозяйства, а километра будет достаточно, чтобы осветить город с 5000 жителей.
Перспективы • Бурное развитие солнечной энергетики пока ограничивается относительной дороговизной материалов, особенно таких, как кремний и теллурид кадмия, и, как результат, высокой себестоимостью конечных изделий.
Краска с фотоэлектрическим эффектом • Группа исследователей колледжа Святой Марии из одноименного городка на востоке США (в штате Мэриленд) во главе с профессором химии Троем Тауншендом создали материал, обладающий фотоэлектрическим эффектом, который можно наносить на плоские поверхности как обычную краску.
Зависимость от государства • Отличительной особенностью размещения отрасли в Германии является концентрация мощностей в Восточной Германии за пределами территорий с максимальным уровнем солнечной радиации. Причина заключается в специальной государственной политике стимулирования развития альтернативной энергетики в «новых землях» , то есть в Восточной Германии. • Например, в соответствии с этой политикой фирмы, производящие оборудование и проводящие исследования в сфере солнечной энергетики, могут получить от государства компенсацию, покрывающую до 100% расходов на фундаментальные НИОКР
Зависимость от государства • За прошедшие два года Министерство экономики, торговли и промышленности Японии урезало тарифы на солнечную энергию на 20% и ввело временные ограничения на использование солнечных установок, аргументируя это тем, что стоимость солнечной энергии снизилась, а реализация проектов отстаёт от графика: по факту реализовано и запущено лишь 13% утверждённых проектов. • Участники отрасли солнечной энергетики утверждают, что из-за действий Министерства инвестиции в сектор ВИЭ становятся экономически нецелесообразными.
Государственная политика
¯_(ツ)_/¯ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Скачать презентацию Развитие солнечной и ветровой энергетики в мире проблемы
Развитие солнечной и ветровой энергетики в мире.pptx