Мир находится в гонке за достаточно безопасной и быстро осваяемой
энергией, чтобы удовлетворить население которое постепенно растёт и становится
ещё богачей. К 2050 году - всего через 36 лет, мир должен производит больше
электрической мощности дополнительно для 3,3 млрд. человек. Сегодня 1,2 млрд.
человек (17% населения мира) живут без электричества, и еще 2 млрд. человек
будут добавляться к числу мирового населения в период до 2050 года. Эта
ситуация усугубляется с требованием вывести из эксплуатации стареющие АЭС и
заменить их или модернизировать электростанции на ископаемом топливе. Около 3
млрд. человек по-прежнему полагаются на традиционную биомассу для приготовления
пищи и отопление. Если долгосрочные тенденции к более богатому и более сложному
миру продолжатся, наши энергетические потребности к 2050 году могут быть
больше, чем ожидалось. Тем не менее, конвергенции технологий ускорят повышение
эффективности использования энергии намного больше к 2050 году, чем большинство
людей сегодня считают возможным.
Ускоренные инновации приведут к следующим положениям
:
Пробуренные геотермальные породы (несколько
километров вниз) сделают геотермальную энергию доступной в тех местах, где
достать традиционные геотермальные породы не удалось, предполагая, что
достаточное количество воды доступно.
Солнечные фермы могут сосредоточить солнечный свет
на вершине башен с двигателями Стирлинга и других генераторов
Фотоэлектрические концентраторы значительно сократят
затраты на опреснение воды путем откачки морской воды через микроканалы на
поверхности панелей солнечных батарей
Отработанное тепло от электростанций, человеческое
тело и микросхемы могут генерировать электричество
Здания смогут производить больше энергии, чем они
потребляют, будут улучшены и другие архитектурно-строительные проекты по
энергосбережению и эффективности
Солнечная энергия будет использоваться для отделения
водорода от воды
Микробные топливные элементы будут использоваться
для выработки электроэнергии
Компактные люминесцентные лампы и светодиоды
значительно сэкономят энергию за счет нанотрубок которые проводят электрический
ток
Будут использованы металло-воздушные батареи
Галофиты и водоросли внедрятся для производства пищевого и жидкого топлива.
Пластиковые фотоэлектрические нанотехнологии на
зданиях и других поверхностях могут сократить затраты и повысить эффективность
Аквакультура представленная бактериями вида
Cyanobacteria будет использоваться для прямого преобразования CO 2 в
этанол и дизельные алканы
Неиспользованная в ночное время электроэнергия может
поставляется для снабжения электрических
и гибридных автомобилей
Взгляд в будущее:
Использование геномики для построения станций,
которые производят водород вместо CO2
Извлечение ядерных реакций с низким уровнем энергии
Построение высотных ветряных генераторов
Япония планирует иметь рабочие пространства для
солнечной энергетической системы на орбите к 2030 году ; Китай планирует то же
самое к 2040 году.
Shell прогнозирует глобальный спрос на энергию в три
раза к 2050 году с уровня 2000, полагая, что основные социально-экономические
тенденции сохранятся. Они утверждают, что это будет требовать "некоторую
комбинацию внеочередной умеренности спроса и внеочередного ускорения
производства". BP прогнозирует увеличение 41% мирового спроса на энергию
от 2012 года до 2035 года из которых 95% будет поступать из стран с
развивающейся экономикой. МЭА рассчитывает, что это обойдется в $38 трлн., чтобы
удовлетворить все потребности в энергию для всего мира в период до 2035, из
которых 90% нового спроса будет в странах, не входящих в ОЭСР. К 2035 году
Китай будет потреблять почти на 70% больше энергии, чем в США, хотя на
сегодняшний день в Китае потребление на душу населения на половину меньше, чем
в США. По оценкам МЭА, это будет стоить $48 млрд. ежегодно вплоть до 2030 года,
чтобы обеспечить всеобщий доступ к электричеству современных печей для
приготовления пищи во всем мире.
Нет сомнений, что возобновляемые источники энергии,
такие как объединения солнечных батарей, солнечные тепловые коллекторы,
биомассы, ветровая и геотермальная энергия могут заменить ископаемое топливо.
Вопрос заключается в согласовании целенаправленной стратегии, чтобы делать
изменения. Более половины из генерирующих мощностей новой энергии сегодня
поступает из возобновляемых источников; однако, уголь удовлетворяет 47% спроса
на электроэнергию в течение последнего десятилетия. Лучший сценарий МГЭИК
считает, что возобновляемые источники энергии смогут удовлетворить 77% мировой
энергии к 2050 году, в то время как Всемирный Фонд Дикой Природы заявляет, что
это возможно на все 100%. Стоимость геотермальной, солнечной, ветровой энергии
и биомассы падает. Установление цен на выбросы углерода может привести к
увеличению инвестиций в неископаемые источники. Если полные финансовые и
экологические издержки на ископаемые виды топлива будут рационально продуманы -
добыча, транспортировка, охраняемые линии поставки, вода для охлаждения,
уборки, хранения отходов, и так далее - то возобновляемые источники энергии
будут рассматриваться как гораздо более рентабельные, чем они являются сегодня.
Тем не менее, глобальные выбросы CO2,
связанные с энергетикой увеличились на 1,4% в 2012 году без крупных прорывов в
технологиях и изменении поведения. Большинство энергии в мире в 2050 году
все-таки будет из ископаемого топлива. Если предположить, что страны выполнят
свои существующие обязательства по сокращению выбросов и сократят субсидии на
топливо, по оценкам МЭА, мировой спрос на первичную энергию вырастет более чем
на одну треть с 2012 года по 2035 год, на ископаемые виды топлива придутся
более половины прироста. Выбросы, связанные с этим сценарием соответствуют
долгосрочному среднему повышению глобальной температуры на 3,6°С, намного выше
согласованного целевого показателя 2°C.
Сценарии, разработанные Всемирным Энергетическим Советом также предполагают,
что ископаемое топливо останется доминирующим в 2050 году. Таким образом,
масштабное улавливание и повторное использование должны стать главным
приоритетом для борьбы с изменением климата, такой как использование отходов CO2 из угольных электростанций для высаживания водорослей для производства
биотоплива и продуктов питания или для получения карбоната для цемента.
Улавливание и изоляция углерода может привести к снижению выбросов CO2 в промышленности по 4GT, если 20-40% объектов будут оснащены оборудованиями для
улавливания и хранения углерода к 2050 году.
Это может стоить дорого и требовать введения налогов на выбросы
углерода, чтобы сделать его экономически привлекательным.
Глобальные инвестиции в возобновляемые источники
энергии упали на 11% в 2012 году. Однако, это был все еще вторым самым успешным
годом для мировой энергетики, в котором инвестиции были расширены географически от устоявшихся
рынков до новых в Африке, Азии и Латинской Америке. К началу 2012 года,
возобновляемые источники энергии (включая гидроресурсы) обеспечили около 17%
мирового конечного потребления энергии и более четверти от общего глобального
энергетического потенциала (он превысил 1360 ГВ, в том числе
гидроэлектроэнергию). Семь стран - Китай, США, Германия, Испания, Италия, Индия
и Япония обеспечивают около 70% от общего объема негидро-возобновляемых
источников электрической мощностью по всему миру. Тем не менее, обеспечение
ветровых (невысотная поверхность) и солнечных (неорбитальная земля) источников
для базовой нагрузки электроэнергии в мегаполисах потребует огромные системы
хранения, в то время как другие источники, такие как геотермальный, ядерный и
солнечный энергетический спутник не будут требовать таких систем. Космические
солнечные энергетические системы смогут удовлетворить потребности в
электроэнергии в мире на неопределенный срок без выбросов ядерных отходов или
парниковых газов. В конце концов, такая система спутников может управлять
базисной электроэнергией на глобальной основе, но некоторые говорят, что это
слишком дорого и не нужно, учитывая все другие нововведения.
Мощность АЭС в мире сегодня упала с 17% в 1993 году до
10% и как ожидается, медленно падает, так как ядерные затраты увеличиваются,
атомные станции выводятся из эксплуатации, а также другие источники падают в
цене. МАГАТЭ прогнозирует снижение мощности АЭС между 4,5% до 6,2% к 2030 году.
Четыре ядерных реактора были подключены к сети в 2013 году и четыре навсегда
закрыты. Более половины 435 ядерных установок в мире прошли 30-летний срок
эксплуатации и должны быть выведены из эксплуатации; однако менее чем сто
станций планируется закрыть к 2020 году. Потому что до сих пор нет хороших
решений для проблемы ядерных отходов, большинство отходов по-прежнему
сохраняются на участке атомных электростанций. Не считая военных и
исследовательских реакторов, 138 атомных электростанций были закрыты, и только
17 из них были полностью выведены из эксплуатации. Альянс "Новое Поколение
Атомных Станций" выбрал концепцию энергии, полученной в
высокотемпературном атомном реакторе, так как отсутствие внутреннего или
внешнего фактора на АЭС может привести к выбросу радиоактивных материалов.
По оценкам МЭА, глобальные субсидии на ископаемое
топливо достигли $523 млрд. в 2011 году, почти 30% больше по сравнению с 2010
годом и в шесть раз больше, чем субсидии на возобновляемые источники энергии.
Глобальные прогнозы по добыче нефти значительно различаются, но все они
предполагают отсутствие серьезных прорывов, влияющих на производство и спрос на
нефть, МЭА прогнозирует, что производительная мощность может достичь 96 млн.
баррелей в сутки к 2035 году с 89 млн. сегодня. Страны, не входящие в ОЭСР
потребляют больше нефти, чем страны ОЭСР с апреля 2013 года. Средняя стоимость
новых нефтяных скважин, введённых в эксплуатацию, увеличилась на 100% за
последние десять лет.
Глобальный парк легковых автомобилей, как ожидается,
удвоится (почти достигнув 1,7 млрд.) к 2035 году. Могут ли синтетические
топлива, получаемые из природного газа, горючих сланцев и/или биомассы
способствовать полному обеспечению электрических автомобилей? Массовое
производство топливно-гибких гибридных электромобилей по конкурентоспособным
ценам может стать прорывом. Шестилетние исследования США с целью тестирования
автомобилей с силовой установкой на водородных топливных элементах, выпущенных
в 2012 превысила ожидания по экономии и эффективности топлива, дальность действия
и долговечности. Производители, как ожидается, начнут продажи между 2014 и 2016
годами. Некоторые утверждают, что переход к водородной инфраструктуре может
быть слишком дорогим и слишком поздним, чтобы повлиять на изменение климата.
Решения, такие как "гибкие" топливные гибриды, электрические и сжатые
летательные аппараты могут использоваться в качестве альтернативы для
нефтеориентированных транспортных средств. Национальные полностью
электрифицированные программы автомобилей осуществляются в Дании и Израиле,
обсуждения проводятся в 30 других странах. Мировая доля биотоплива в общем
объеме топлива для транспорта может вырасти с 3% в настоящее время до 27% в
2050 году. Массивное солоноводное орошение вдоль пустынных береговых линий мира
может производить 7,600 л
/ га/год биотоплива через галофитные растения и 200,000 л / га/год с
помощью водорослей и цианобактерий, вместо использования менее эффективной
пресной воды для производства биотоплива которую можно производить из кукурузы,
имеющей очень быстрый эффект на продовольственные ресурсы и цены. Почти две
трети поставки газа в 2035 году может состоять из нетрадиционного газа, в
первую очередь сланцевого газа. Тем не менее, технология добычи сланцевого газа
может выбросить метан в атмосферу, загрязняя грунтовые воды из подземных
скважин для размещения сточных вод, и может даже вызвать землетрясения. В
результате, политическое давление с целью повышения стандартов и обеспечения
реализации растет.
Япония планирует иметь рабочее пространство
солнечной энергетической системы на орбите к 2030 году, а Китай планирует
сделать то же самое к 2040 году. Проект LUNA RING Симидзу, японской
строительной компании, стремится установить солнечные батареи вокруг лунного
экватора и передавать электроэнергию на Землю. Такие космические солнечные
энергетические системы смогут удовлетворить потребности в электроэнергии в мире
на неопределенный срок без выбросов ядерных отходов или парниковых газов. В
конце концов, такая система спутников может управлять базисной электроэнергией
на глобальной основе, но некоторые говорят, что это слишком дорого и не нужно,
учитывая, что все другие нововведения развиваются.
Вызов 13 будет рассматриваться серьезно, когда общий
объем производства энергии из экологически благоприятных процессов превзойдет
другие источники в течение пяти лет подряд, и, когда атмосферное CO2 дополнения будут падать, по крайней мере, за пять лет.
Взгляд на Регион
Африка: Есть огромные запасы нефти и газа в Африке;
однако, проблемы управления и коррупция замедляют инвестиции в них. Нигерия и
Ангола производят более 2 млн. баррелей нефти в день сейчас, шесть стран
Западной Африки, Мозамбик и Южная Африка также рассчитывают на развитие
нефтегазовых запасов. Южная Африка имеет пятый по величине-485 трлн. кубических
футов - технически извлекаемого сланцевого газа и Нигерия производит наибольший
природный газ сегодня (23 млрд. кубометров в год). Подсчитано, что 66% земельных сделок предназначены для
производства биотоплива, по сравнению с 15% для продовольственных культур. Более
70% Субсахарской Африки не имеет доступа к электричеству. В третьем
тендере Программы Закупок Электроэнергии
у Независимых Производителей Энергии, Южная Африка одобрила 17 проектов по
возобновляемым источникам энергии, на сумму $3,3 млрд. с общей мощностью 1.5
ГВ. Африканский Банк Стандарт Групп планирует инвестировать $50-75млн. в
ветроэнергетический проект «Озеро Туркана» в Кении, и $3 млрд. в
гидроэнергетический проект «Мфанда Нкива» в Мозамбике. Кения планирует
увеличить свою геотермальную способность на 5,000 МВт к 2030 году. Всемирный
Банк предполагает, что геотермальные источники энергии в Рифтовой Долине
Восточной Африки могут обеспечить электроэнергией 150 млн. домов. Новые
месторождения нефти были открыты в Гане и Кении. Алжир вложит $60 млрд. в
проекты возобновляемой энергии к 2030 году. К 2050 году около 10-25%
потребностей в электроэнергии в Европе могут быть обеспечены солнечными
тепловыми электростанциями Северной Африки. Плотина Гранд Инга, оцениваемая в
80$ млрд., может генерировать 40,000 МВт
электроэнергии, но проект продвигается медленно. Barefoot Power, победитель
Ashden Awards, обеспечит энергосберегающие, дешёвые светодиодные лампы, системы
домашнего освещения, и телефонные зарядные устройства для 10 млн. человек,
живущих в внесетевых общинах в Гане, Сенегале, Нигерии и Индии к 2015 году.
Азия и Океания: Огромная численность населения и
экономический рост ведет к повышению цен на энергоносители и дефициту. По
данным АБР, спрос Азиатско-Тихоокеанского региона на региональную энергию может
удвоиться к 2030 году, к 2035 году область будет потреблять 56% от годового
производства энергии в мире, и сегодня насчитывается около млрд. людей без
электричества. Одна только Индия имеет 289 млн. людей без электричества. Около
2 млрд. человек в Азии используют биомассу для приготовления пищи. Япония
закрыла свой последний рабочий ядерный реактор в сентябре до неопределённого
срока для повторного запуска. Чтобы восполнить дефицит на электроэнергию,
Япония увеличила импорт топлива, что привело к рекордному $48.7 млрд. торговому
дефициту в первой половине 2013 года. Между тем, Япония строит большую ветряную
ферму у берегов Фукусимы. Коррупция в ядерной промышленности Южной Кореи
снижает темпы стремления других стран на ядерную энергетику. Китай планирует
увеличить долю энергии неископаемого топлива до 13% потребления первичной
энергии и уменьшить долю потребления на уголь на 65% к 2017 году. Китай
инвестировал $67 млрд. в чистую энергию в 2012 году, и планирует расширить
ядерный потенциал от 10,7 гигаватт в 2010 до 160 ГВт в 2040 году. Между тем,
Китай одобрил новую производственную мощность более 100 млн. тонн угля в 2013
году. Индия будет инвестировать $37 млрд. в возобновляемые источники энергии,
чтобы добавить 17,000 МВт мощности к 2017 году. Солнечное освещение уже
является эффективным вариантом в энергосистеме Индии, даже с государственными
субсидиями на керосин. Добыча нефти и газа в Каспийском регионе значительно
возрастет к 2030 году; Казахстан и Туркменистан лидируют в росте нефти и газа
соответственно. Индия имела 20 действующих атомных реакторов и 7 атомных
реакторов в процессе строительства. Сингапур планирует увеличить энергетическую
эффективность зданий на 80% к 2030 году. Австралия обладает обширными ресурсами
возобновляемых энергий, но новый налог на выбросы углерода АС $23 за тонну CO2 может быть слишком низким, чтобы стимулировать серьезное изменение.
Европа: ЕС объявил, что будет сокращать свои выбросы
парниковых газов на 40% к 2030 году, по сравнению с уровнем 1990 года, и будет
производить 27% своей энергии из возобновляемых источников к тому же сроку. В
настоящее время она сократила выбросы на 18,3% по сравнению с 1990 г., и вероятно, это
будет на 25% ниже уровня 1990 года к 2020 году. Возобновляемые источники
сегодня рассчитываются примерно как 13% от общего потребления энергии ЕС и он
планирует увеличить это до 20% к 2020 году. Швеция имеет самую высокую долю
возобновляемых источников энергии в общем объеме потребления на 46,8%
(неевросоюзовское государство Норвегия
имеет 65% долю). Цели нового климата и зеленой энергии, однако, не включают в
себя юридически обязательных национальных целей. Вместо этого,
государства-члены будут иметь ориентировочное плановое задание повышения
энергоэффективности на 25% к 2030 году. Охрана природы и высокая
производительность могут снизить потребления энергии в ЕС около 30% ниже уровня
2005 к 2050 году. Низкоуглеродистые технологии могут обеспечить 60% энергии к
2020 году и 100% к 2050 году, в соответствии с низкоуглеродистой картой ЕС.
Северная Европа, как ожидается, будет больше уделять внимания на ветреную
энергию, а Южная Европа будет сосредоточиваться на солнечной энергии. ЕС
планирует сдать в эксплуатацию 10-12
заводов для улавливания и
хранения CO2 в 2015 году.
Германия и Швейцария планируют поэтапный отказ от ядерной энергетики.
Оценочная стоимость строительства АЭС в Финляндии выросла с $4,5 млрд. до $12
млрд. Между тем, Германия открыла свою первую угольную электростанцию с 2005
года, и планирует построить еще 10 электростанций суммой 7985 мегаватт к 2015
году. Польша импортирует более 80% природного газа из России, но её запасы
сланцевого газа могут обеспечить Польшу достаточным объемом газа более чем на
50 лет. Между тем, Франция выступает против добычи сланцевого газа, и
Нидерланды, Люксембург, Болгария приостановили бурение сланцевого газа. Добыча
нефти в арктических морских территориях России, возможно, достигнет своего пика
в 13,5 млн. тонн в год в течение следующих 20 лет в самых оптимистичных
прогнозах, менее 3% от общего объема добычи нефти России сегодня. Амстердам
планирует иметь 10,000 электромобилей к 2015 году. Пять геотермальных
электростанций в Исландии удовлетворяют 27% потребностей страны в
электроэнергии. Дания планирует иметь 100% своей энергии из возобновляемых
источников к 2050 году. Ветер в настоящее время является 21,1% основным
источником энергии в Испании, опережая
на 21% ядерную энергию, в то время как
финансовые трудности вынудили правительство сократить затраты на поддержку
развития возобновляемых источников энергии, в результате чего эксперты
возобновляемых источников покинули государственную службу. Сланцевый газ в
Центральной Европе, как ожидается, снизит цены на энергоносители в течение 20
лет.
Латинская Америка: Регион увеличил свою долю чистых
инвестиций в энергетику в мире с 5,7% в 2011 году до 6% в 2012 году. Бразилия
стала дешевым производителем биотоплива в течение многих лет, но она теряет
свою конкурентоспособность в связи с повышением реальных цен по отношению к
доллару и высокой цены на сахар. Бразилия импортировала 70 млн. литров этанола
из США в 2010 году, по сравнению с 1 млн. в 2009 году. Её первый коммерческий
завод второго поколения биотоплива (этанола из целлюлозы) начнет производство в
декабре 2013 года. Около 90% автомобилей, произведенных в Бразилии, работают на
альтернативном топливе. Аргентина является вторым по величине в мире
производителем биодизеля, с 13,1% рынка. Геотермальные, солнечные, и ветровые
ресурсы являются огромными неиспользованными ресурсами для региона, так же как
и доходы от степени улавливания. Эквадор объявил, что он будет воздерживаться
от бурения на нефть в заповеднике тропических лесов Амазонки в обмен на $3,6
млрд. за счет платы из промышленно развитых стран. Запасы тяжелой нефти вдоль
пояса Ориноко в Венесуэле (требующие передовые технологии производства) больше,
чем запасы в Саудовской Аравии. Куба планирует увеличить производство
возобновляемой энергии на 12% к 2020 году. Электросетевые компании
принадлежащие Испании были национализированы в Боливии. Перу поощряет
использование природного газа из своих новых запасов, открытых в газовом
месторождение Камиси.
Северная Америка: США увеличила добычу нефти до 8
млн. баррелей в день; самый высокий уровень с 1980-х годов. Канада занимает
второе место по запасам нефти в мире, но также лидирует и среди наиболее
экологически вредных стран. Министерство Энергетики США рекомендует перейти с
природного газа на уголь в качестве источника энергии для производства
электроэнергии к 2035 году. Агентство по охране окружающей среды США объявило о
проекте постановления, который требует от углесжигающих электростанций
улавливания и хранения части диоксида углерода, который они производят. Она
также предложила правило, чтобы сократить выбросы CO2 из
существующих угольных электростанций на целых 30% к 2030 году, по сравнению с
уровнем 2005 года. Девять штатов в США вырабатывают более 12% своей
электроэнергии от энергии ветра в 2013 году. Крупнейшая в мире солнечная
тепловая электростанция была введена в эксплуатацию в Калифорнии в пустыне
Мохаве. Инвестиции США в возобновляемые источники энергии упали на 32% в 2012
году. В первый раз, природный газ гармонизирован с углем для загрузки топливом
производства электроэнергии в США. Почти половина добычи природного газа в США
в 2035 году будет поступать из сланцевого газа. Менее известные потенциальные
источники чистой энергии в США включают в себя: ветра из восточного побережья,
выработка электроэнергии за счёт разницы температур поверхностных и глубинных
вод океана, солнечные тепловые установки на Среднем Западе (округ Four
Corners), пробуренные сухие горячие геотермальные породы, нано-гелиотехники.
Фермы по выращиванию водорослей для биотоплива могут стоить $46,2 млрд. в год,
чтобы заменить импорт нефти. Калифорния требует от нефтеперерабатывающих
заводов и импортеров моторные топлива для снижения выбросов углерода своей
продукции на 10% к 2020 году. Мер Сан-Франциско призвал город перейти на 100%
-ое использование возобновляемых источников к 2020 году. Pacific Gas &
Electric Company Калифорнии согласился купить 200 мегаваттную орбитальную
солнечную электростанцию в 2016 году с Solaren. Считается, что утилизация
тепло-выхлопных газов от атомных электростанций на домашние кондиционеры и
утилизация теплового излучения для перезарядки батареи может привести к
снижению выбросов CO2 на 10-20% в США.
График использует
Анализ Тенденций Воздействия; это часть 2012 Состояние Будущего
Вычисления Индекса (см. главу 2, SOFI 2012)