engineering_ru | Отчет BP за 2016 год - текущая ситуация в мировой энергетике (часть 2)

Entry tags:

Отчет BP за 2016 год - текущая ситуация в мировой энергетике (часть 2)

Различные типы источников энергии для мировой энергетики в 2016 году (в процентах) по данным BP.

Во второй части обзора перейдем к менее распространенным источникам энергии по сравнению с нефтью, природным газом и углем.

Атомная энергетика (АЭС)

Доля АЭС в мировой энергетике выросла до 17% в 2002 году, но к 2016 году несколько снизилась до 13.5%:

Общее число работающих ядерных реакторов:

Мировая атомная энергетика восстанавливается после кризиса вызванного аварией на японской АЭС Фукусима. В 2016 году на АЭС было выработано электроэнергии объемом около 592 млн. тонн н.э. против 635 млн. тонн н.э. в 2006 году. Мировое производство энергии на АЭС (млн. тонн н.э.):

Крупнейшими производителями электричества на АЭС (больше 40 млн. тонн н.э.) являются США, Франция, Китай и Россия. До недавнего времени в этот список входили Германия и Япония.

Как видно из графика наиболее активно сегодня атомная энергетика развивается в Китае и России. В настоящее время именно в этих странах строится наибольшее число АЭС:

Число работающих ядерных реакторов по странам:

Возраст работающих ядерных реакторов:

Число включаемых и выключаемых ядерных реакторов:

Большинство АЭС работают около 80% своего времени:

Считается, что уран (топливо для АЭС) также является исчерпаемым ресурсом. График добычи и потребления урана на 2015 год:

Основные производители урана в 2007-2016 годах:

Мировые запасы урана:

В настоящее время в России развивается направление атомных станций на быстрых нейтронах (замкнутого цикла), которые позволят решить проблему отработанного топлива и многократно уменьшить потребление урана. Кроме того обсуждается возможность добычи урана из океанской воды. По оценкам запасы урана в океанской воде составляют около 4.5 миллиардов тонн, что эквивалентно 70 тысячам лет современного потребления.

Одновременно продолжают развиваться технологии термоядерного синтеза. В настоящее время с 2013 года во Франции сооружается экспериментальная термоядерная установка ITER. Общие затраты на международный проект оцениваются в 14 миллиардов долларов. Ожидается, что завершение строительства этой установки произойдет в 2021 году. На 2025 год запланировано начало первых испытаний, на 2035 года полномасштабная эксплуатация установки. После создания ITER планируется создать к середине 21 века ещё более мощный термоядерный реактор DEMO:

Подробнее о развитие направления ядерных и термоядерных реакторов можно прочитать в блоге tnenergy.

Гидроэлектростанции (ГЭС)

Гидроэнергетика в настоящее время является самым крупным источником возобновляемой энергии. Мировая выработка гидроэнергии выросла с середины 20 века в несколько раз (в 2016 году рост на 2.8% до 910 тонн н.э. по сравнению со среднегодовым ростом в 2.9% в 2005-2015 годы):

В то же время доля гидроэнергии в мировой энергетике за указанный период выросла всего с 5.5% до 7%:

Крупнейшими производителями гидроэнергии являются Китай, Канада, Бразилия, США, Россия и Норвегия.
Из этих стран, 2016 год стал рекордным по выработке гидроэлектроэнергии для Китая, России и Норвегии. В остальных странах максимумы пришлись на прошлые годы: Канада (2013 год), США (1997 год), Бразилия (2011 год).

Мировой гидропотенциал оценивается почти в 8 тысяч терраваттчасов (в 2016 году выработка гидроэнергии составила около 4 тысяч терраваттчасов).

СА – Северная Америка, ЕВ – Европа, ЯК – Япония и Республика Корея, АЗ – Австралия и Океания, СР – бывший СССР, ЛА – Латинская Америка, БВ – Ближний Восток, АФ – Африка, КТ – Китай, ЮА – Южная и Юго-Восточная Азия.

Дешевыми (категория 1) считаются гидроресурсы, обеспечивающие производство электроэнергии со стоимостью не выше чем тепловые электростанции на угле. Для более дорогих ресурсов стоимость электроэнергии возрастает в 1,5 раза и более (до 6–7 цент/кВт⋅ч). Почти 94% из еще не используемых дешевых гидроресурсов сосредоточено в пяти регионах: бывшем СССР, Латинской Америке, Африке, Южной и Юго-Восточной Азии и Китае (табл. 4.10). Вполне вероятно, что при их освоении возникнет ряд дополнительных проблем, в первую очередь экологических и социальных, связанных, в частности, с затоплением больших территорий.

Особенностью гидроэнергетики России, Латинской Америки, Африки и Китая является большая удаленность районов богатых гидроресурсами от центров потребления электроэнергии. В Южной и Юго-Восточной Азии значительный гидропотенциал сосредоточен в горных районах материка и на островах Тихого океана, где часто нет адекватных потребителей электроэнергии.

Более половины из оставшихся для освоения дешевых гидроресурсов находится в тропической зоне. Как показывает опыт существующих здесь ГЭС, устройство в таких районах крупных водохранилищ неизбежно порождает комплекс тяжелых экологических и социальных (в том числе медицинских) проблем. Гниение водорослей и «цветение» стоячей воды настолько ухудшают ее качество, что она становится непригодной для питья не только в водохранилище, но и ниже по течению реки.

В условиях тропического климата водохранилища оказываются источником многих заболеваний (малярия и т.п.).
Учет отмеченных обстоятельств и ограничений может перевести часть дешевых ресурсов в категорию дорогих и даже вывести за пределы экономического класса.

20 стран с наибольшим резервом по гидропотенциалу:

Карта расположения крупнейших ГЭС в 2008 и 2016 годах:

Карта расположения крупнейших строящихся и планируемых ГЭС на 2015 год:

Таблицы крупнейших нынешних и строящихся ГЭС:

Строительство ГЭС сталкивается с большим сопротивлением экологов, которые сомневаются в целесообразности подобного типа электростанций в связи с затоплением больших площадей во время создания водохранилищ. Так в первой десятке крупнейших искусственных водохранилищ (по общей площади) нет ни одного, которое было создано после 70х годов 20 века:

Похожая ситуация среди крупнейших водохранилищ по объему:

Создание крупнейшего по площади водохранилища в Гане (озеро Вольта) привело к переселению около 78 тысяч человек из зоны затопления. Проекты поворота рек на юг существовали не только в СССР, но и в США. Так в 50х годах был разработан план NAWAPA (North America Water and Power Alliance), который предусматривал создание судоходных путей от Аляски до Гудзонова залива, и переброски воды в юго-западные засушливые штаты США.

Одним из элементов плана должна была стать 6 ГВт-ая ГЭС на реке Юкон с площадью водохранилища в 25 тысяч км2.

Биотопливо

Производство биотоплива также характерно быстрым ростом. В 2016 году производство биотоплива составило 82 млн. тонн н.э. (рост на 2.5% по сравнению с 2015 годом). Для сравнения в период с 2005-2015 годы производство биотоплива росло в среднем на 14%.

С 1990 по 2016 годы доля биотоплива в мировой энергетике выросла с 0.1% до 0.62%:

Крупнейшими производителями биотоплива являются США и Бразилия (около 66% мирового производства):

В настоящее время для производства биотоплива используется около 30 миллионов гектаров земли. Это примерно 1% от всех сельскохозяйственных угодий планеты (около 5 миллиардов гектаров, из них пашня около 1 миллиарда гектаров). Структура селькохозяейственных угодий планеты:

К началу 19 века мировая площадь искусственно орошаемых земель составляла 8 млн. га, к началу 20 века — 40 млн. и к настоящему времени — 207 млн. га.

В то же время в США на производство биотоплива уходит больше третьей части урожая зерновых:

Мировое производство зерновых в 1950-2016 годах:

Рост производства зерновых в мире в основном был связан с ростом урожайности при слабых изменениях посевных площадей:

Ветровая энергетика (ВЭС)

Мировое производство этого вида энергии также быстро растет со временем. В 2016 году рост составил 15.6% (с 187,4 до 217,1 млн. тонн н.э.). Для сравнения среднегодовой рост в 2005-2015 годы составлял 23%.

Доля в мировой энергетике выросла до 1.6% в 2016 году:

Крупнейшими производителями энергии из ветра являются Китай, США, Германия, Индия и Испания:

Быстрый рост производства энергии из ветра продолжается во всех этих странах, кроме Германии и Испании. В них максимум производства энергии из ветра достигнут в 2015 и 2013 годах соответственно. Другие страны с крупным производством энергии из ветра:

Средний фактор загрузки в мире равен 24-27%. Для разных стран этот параметр сильно различается: от 39.5% для Новой Зеландии (34-38% в Мексике, 33-36% в США, 36-43% в Турции, 36-44% в Бразилии, 39% в Иране, 37% в Египте) до 18-22% в Китае, Индии и Германии. По оценкам потенциал ветровой энергетики в 200 раз превышает текущие потребности человечества (второе место после солнечной энергетики):

Весь вопрос лишь в том, что эта энергия является очень непостоянной.

Солнечная энергетика (СЭС)

Производство энергии Солнца быстро растет: только с 2015 по 2016 год оно выросло с 58 до 75 млн. тонн н.э. (на 29.6%). Для сравнения среднегодовой рост за 2005-2015 годы составил 50.7%.

К 2016 году доля солнечной энергетики в мировой энергетике выросла до 0.56%:

Крупнейшими производителя солнечной энергии являются Китай, США, Япония, Германия и Италия:

Из них производство энергии замедлилось в Германии и Италии: c 8.8 и 5.2 до 8.2 и 5.2 млн. н.э. в 2015 и 2016 годах соответственно. Также быстрый рост производства солнечной энергии наблюдается и в других странах:

Средний фактор загрузки для мира равен около 10-13%. В то же время он сильно колеблется от 29-30% для Испании и 25-30% для ЮАР до 11% в Германии. Считается, что солнечная энергетика обладает наибольшим ресурсным потенциалом:

Весь вопрос заключается в непостоянстве этой энергии.

Производство энергии из биомассы (биогаза), геотермальной энергии и других экзотических направлений энергетики (к примеру, приливной энергетики)

Отчет BP показывает значительный рост подобных направлений за последние десятилетия:

В 2016 году рост по сравнению с прошлым годом составил 4.4% (с 121 до 127 млн. тонн нефтяного эквивалента). Для сравнения среднегодовой рост за период в 2005-15 годы был равен 7.7%. Доля в мировой энергетике этого направления выросла с 0.03% в 1965 году до 0.96% в 2016 году:

Крупнейшими производителями подобной энергии являются США, Китай, Бразилия и Германия:

Кроме того большое производство подобной энергии осуществляется в Японии, Италии и Великобритании:

Глобальное потепление:

Кроме перечисленных источников энергии важным фактором мировой энергетики является климатические изменения. В перспективе глобальное потепление может значительно снизить затраты цивилизации на отопление, которые являются одними из основных затрат энергии для северных стран. Потепление является наиболее сильным именно для северных стран, и именно в зимние месяцы (наиболее холодные месяцы).

Карта среднегодовых температурных трендов:

Карта температурных трендов за холодный сезон (ноябрь - апрель):

Карта температурных трендов за зимние месяцы (декабрь - февраль):

Объем мировых выбросов СО2:

Максимум выбросов был достигнут в 2014 году: 33342 млн. тонн. С тех пор произошло некоторое снижение: в 2015 и 2016 года объём выбросов составил 33304 и 33432 млн. тонн соответственно.

Заключение

Из-за ограниченного размера поста мне не удалось подробно осветить наиболее быстро развивающееся направления мировой энергетики (СЭС и ВЭС), где наблюдается ежегодный рост на десятки процентов (вместе с огромными потенциальными ресурсами для освоения). Если есть желание читателей, то можно будет рассмотреть эти направления в следующих постах более детально. В целом, если взять динамику за последний год (2015-2016 годы), то мировая энергетика за этот период выросла на 171 млн. тонн н.э.. Из них:
1)      + 30 млн. тонн н.э. - ВЭС
2)      + 27 млн. тонн н.э. – ГЭС
3)      + 23 млн. тонн н.э. – нефть
4)      + 18 млн. тонн н.э. - природный газ
5)      + 17 млн. тонн н.э. – СЭС
6)      + 9 млн. тонн н.э. – АЭС
7)      + 6 млн. тонн н.э. - экзотические ВИЭ (биомасса, биогаз, геотермальные ЭС, приливные ЭС)
8)      + 2 млн. тонн н.э. - биотопливо
9)      – 230 млн. тонн н.э. – уголь

Это соотношение показывает, что борьба за экологию в мире набирает обороты – использование ископаемого топлива сокращается (особенно угля) с одновременным наращиванием использования ВИЭ. В то же время остаётся проблема непостоянства и дороговизны ВИЭ (доступных технологий для аккумулирования этой энергии по прежнему нет), развитие которых в значительной мере стимулируется за счет государственных субсидий. В связи с этим интересно мнение читателей о том, какой источник энергии станет главным к середине 21 века (сейчас это нефть – 33% мировой энергетики в 2016 году).

[Poll #2071443][Poll #2071443]

Flat | Top-Level Comments Only

Интересно, спасибо за информацию.

Рад, что понравилось. Единственное в одном из графиков ошибся - выработка энергии ВЭС в разных странах:

Подпись для синей линии не Германия, а США. Германия - это бардовая линия. То есть текущие лидеры по получению энергии из ветра - это Китай, США, Германия, Испания и Индия.

Исправить сам текст не получится, потому что слетит голосование опроса.

Отличный пост . Спасибо

Отличный отчет! Спасибо!!!

Интересно, почему Австралия не торгует ураном, с такими-то запасами.

Прошу запланировать на 2050 год пост с подведением итогов и призами.

Edited 2017-08-15 20:12 (UTC)

По мировой добыче они получается все равно на третьем месте после Казахстана и Канада. Может причина в большей себестоимости добычи по сравнению с этими странами?

Столько не живут ))

Edited 2017-08-15 20:16 (UTC)

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject