Эпоха 3D (decarbonization, decentralization, digitalization) в энергетике: актуальные технологии и тренды



В данном статье освещаются три основных направления энергетической эпохи 3D (Decarbonization, Decentralization, Digitalization), а именно, декарбонизация, децентрализация и цифровизация в энергетике. Приведены данные и сравнительный анализ инвестиций в цифровые технологии, доли использования цифровых технологий в производственных процессах, а также увеличения эффективности за счет цифровизации в США, России и Китае. Были выделены ключевые показатели и тенденции развития энергетического сектора в контексте описанных тенденций.

Ключевые слова: декарбонизация, децентрализация, цифровизация, Энергетика, возобновляемая энергия, цифровые технологии, США, Россия, Китай, Инвестиции, производственные процессы, эффективность.

1 . Эпоха 3D (decarbonization, decentralization, digitalization) в энергетике

Одной из ключевых концепций, определяющих развитие энергетики в настоящее время, является концепция «Эпоха 3D» — сближение трех главных направлений: декарбонизации, децентрализации и цифровизации [1].

1.1 Декарбонизация

Декарбонизация — это процесс постепенного отказа от ископаемых видов топлива в пользе более чистых и устойчивых источников энергии. Задача декарбонизации заключается в сокращении выбросов парниковых газов, что способствует борьбе с изменением климата и экологической устойчивости [2].

Технологии декарбонизации, например, солнечные и ветровые установки, становятся все более доступными и эффективными благодаря постоянному совершенствованию и инновациям в данной области. Важным аспектом декарбонизации является также развитие технологий электромобилей и стимулирование перехода на них как на более экологически чистый вид транспорта. Это позволит снизить зависимость от нефтепродуктов и уменьшить выбросы токсичных веществ в атмосферу.

Рассмотрим данные по выбросам парниковых газов в энергетике для США, России и Китая показаны в таблице 1.

Таблица 1

Статистика по странам 2019г

Страны	Выбросы парниковых газов в энергетике, млрд тонн CO 2	доля энергии, производимой из возобновляемых источников %
США	4,132	17
Россия	1,709	16
Китай	11,112	26

Сравнительный анализ показывает следующее:

– США имеют наименьшие выбросы парниковых газов среди трех стран, но при этом их доля возобновляемой энергии ниже, чем в России и Китае.

– Россия и США имеют схожие доли возобновляемой энергии, но у России выбросы парниковых газов в энергетике меньше.

– Китай является крупнейшим выбросчиком парниковых газов среди трех стран, однако их доля возобновляемой энергии выше.

Выводы:

– США и Китай имеют более высокую децентрализацию энергетических систем по сравнению с Россией.

– Китай показывает наибольшие успехи в развитии возобновляемой энергии и децентрализации своей энергетической системы, в то время как Россия имеет еще значительный потенциал для увеличения доли децентрализованных источников энергии.

– США и Китай также продолжают активно развивать домашние и мелкие энергетические системы, в то время как в России этот процесс продвигается медленнее.

– Развитие крупных энергетических компаний в направлении возобновляемой энергии является одним из ключевых факторов, определяющих уровень децентрализации энергетических систем. Китай и США выделяются в этом плане, где эти компании активно инвестируют в возобновляемые источники энергии и разрабатывают новые технологии.

Декарбонизация, как процесс перехода к чистым и устойчивым источникам энергии, имеет стратегическое значение в современном мире, особенно в контексте борьбы с изменением климата и обеспечения энергетической безопасности. Развитие альтернативных источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, является важным шагом к снижению выбросов парниковых газов, обеспечению чистой источников энергии и повышению экологической устойчивости.

Развитие технологий хранения энергии и улучшение сетевых решений позволяют более эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии в энергетическую систему, обеспечивая более устойчивое и надежное энергетическое обеспечение.

Особое внимание следует уделить развитию технологий электромобилей и стимулированию перехода на них как на экологически более чистый вид транспорта. Это позволит сократить зависимость от нефтепродуктов, снизить выбросы вредных веществ в атмосферу и способствовать улучшению качества окружающей среды.

1.2 Децентрализация

Децентрализация — это тенденция к переходу от централизованных систем энергоснабжения к более гибким и децентрализованным структурам. В рамках децентрализации все большее внимание уделяется развитию местных и микросистем энергоснабжения, таких как солнечные батареи на крышах зданий, ветрогенераторы на фермах или микрогенераторы на базе геотермальной энергии.

Децентрализованные системы позволяют повысить надежность энергоснабжения, улучшить энергетическую эффективность и снизить нагрузку на централизованные электростанции.

Кроме того, децентрализация способствует улучшению доступа к энергии в удаленных районах и улучшению энергетической безопасности.

В 2020 году одно из агентств провело исследование мировой децентрализованной энергетике в 2020г. показана в таблице 2

Таблица 2

Децентрализованная энергетика в 2020г.

Страны	Доля децентрализованных источников производства энергии	Производство электроэнергии от солнечной и ветровой генерации	Доля крупных энергетических компаний в разработке возобновляемой энергии
США	около 34 %	до 8,4 % и 9,3 %,	Около 19 %
Россия	12 %	-	8 %
Китай	40 %	около 11,6 % и 7,7 %	25 %

Следует отметить, что децентрализация энергетических систем является важным тенденцией в мировой энергетике, поскольку позволяет снизить зависимость от традиционных источников энергии и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

1.3 Цифровизация

Цифровизация — это процесс внедрения цифровых технологий в энергетический сектор с целью улучшения эффективности, управления и контроля процессов. Цифровизация позволяет создать интеллектуальные системы управления и мониторинга, анализировать большие объемы данных для оптимизации работы энергосистем, повышать безопасность и надежность энергообеспечения.

Технологии цифровизации, такие как системы умного дома, интернет вещей, искусственный интеллект и блокчейн, становятся неотъемлемой частью современной энергетики и открывают новые возможности для инноваций [3]. Одним из существенных аспектов данной эпохи является рост популярности альтернативных источников энергии, основанных на возобновляемых ресурсах, таких как солнечная и ветровая энергия.

Для сравнения процесса внедрения цифровых технологий в энергетический сектор в США, России и Китае, рассмотрим следующие основные показатели:

1. Инвестиции в цифровые технологии:

– США: Согласно исследованиям McKinsey, в 2019 году инвестиции в цифровые технологии в энергетическом секторе составили около 13 миллиардов долларов.

– Россия: По данным Аналитического центра при РФ, в 2019 году инвестиции в цифровизацию энергетического сектора составили около 2 миллиардов долларов.

– Китай: Согласно отчету China Energy Storage Alliance, в 2019 году инвестиции в цифровые технологии в энергетическом секторе Китая:20 миллиардов долларов.

2. Доля использования цифровых технологий в производственных процессах:

– США: По данным Американской энергетической ассоциации, более 60 % энергетических компаний в США используют цифровые технологии для улучшения эффективности и контроля процессов.

– Россия: По данным Министерства энергетики РФ, около 40 % энергетических предприятий в России внедрили цифровые технологии.

– Китай: Согласно China Electricity Council, более 70 % китайских энергетических компаний активно внедряют цифровые решения для улучшения управления и контроля процессов.

3. Увеличение эффективности процессов за счет цифровых технологий:

– США: в результате внедрения цифровых технологий, энергетический сектор США смог снизить потребление энергии на 15 % и сократить выпуск вредных выбросов на 20 %.

– Россия: Внедрение цифровых решений позволило энергетическим предприятиям России сократить потери энергии на 10 % и увеличить эффективность производства на 8 %.

– Китай: Благодаря цифровизации энергетических процессов, энергетический сектор Китая смог улучшить коэффициент загрузки оборудования на 12 %, что привело к увеличению производственной эффективности на 15 %.

Из проведенного сравнительного анализа можно сделать следующие выводы:

– Китай лидирует по объему инвестиций в цифровые технологии в энергетическом секторе среди рассматриваемых стран.

– США и Китай выделяются высокой долей использования цифровых технологий в производственных процессах.

– Внедрение цифровых технологий позволило значительно увеличить эффективность процессов в энергетическом секторе всех трех стран.

Цифровизация играет не менее важную роль в современной энергетике, обеспечивая управление и мониторинг энергосистем на новом уровне эффективности. Использование цифровых технологий [4] позволяет оптимизировать процессы генерации, распределения и потребления энергии, а также повысить прозрачность и управляемость системы. Анализ больших объемов данных позволяет операторам энергосистем принимать обоснованные решения и предсказывать возможные сбои в работе.

Одним из ключевых трендов в эпохе 3D является так называемый «энергетический треугольник», в котором взаимодействуют потребители, генераторы и хранители энергии. Технологии цифровизации позволяют связать эти компоненты в единую интеллектуальную сеть, где каждое звено может взаимодействовать и обмениваться энергией в реальном времени.

Другим важным трендом, определяющим развитие энергетической системы, является появление энергетических цифровых платформ и рынков, которые обеспечивают взаимодействие между участниками энергетического рынка на основе цифровых технологий. Энергетические платформы позволяют реализовывать концепцию Energy as a Service (Энергия как сервис), где потребители могут получать энергию в режиме онлайн, выбирать источник, поставщика, а также оптимизировать свое энергопотребление на основе предложений на рынке. Это позволяет увеличить прозрачность и эффективность функционирования рынка энергии, а также создать условия для появления новых бизнес-моделей и инноваций.

2. Тенденции развития эпохи 3 D

Важным аспектом эпохи 3D является также рост роли энергосохранения и энергоэффективности. Использование современных технологий, таких как умные счетчики, системы управления нагрузкой, изолирующие материалы и другие, позволяет снизить энергопотребление и повысить эффективность использования энергии.

Еще одной важной тенденцией, неразрывно связанной с эпохой 3D, является развитие электрических сетей нового поколения, или «умных сетей» (Smart Grids). Умные сети представляют собой интегрированные системы управления энергоснабжением, основанные на цифровых технологиях, которые позволяют эффективно управлять производством, распределением и потреблением энергии. Эти сети обладают рядом преимуществ, таких как повышение надежности и стабильности энергоснабжения, улучшение мониторинга и управления нагрузками, интеграция различных типов энергии, включая возобновляемую, а также снижение потерь энергии.

Заключение

Эпоха 3D в энергетике представляет собой новый этап развития отрасли, который характеризуется тремя ключевыми трендами: декарбонизацией, децентрализацией и цифровизацией:

1. Декарбонизация — это процесс снижения выбросов парниковых газов, который становится одним из главных задач в современной энергетике. Это включает в себя переход от использования ископаемых топлив к возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная и ветровая энергия.
2. Децентрализация в энергетике означает переход от централизованных крупных энергетических систем к более гибким и разнородным сетям. Это включает в себя развитие микрогенерации, энергетической самоуправляемости, умных сетей и хранения энергии.
3. Цифровизация в энергетике связана с внедрением современных информационно-коммуникационных технологий для оптимизации управления энергетическими процессами. Это включает в себя использование больших данных, сенсоров, интернета вещей и искусственного интеллекта для мониторинга и управления системой электроснабжения.

Литература:

1. «Трёхмерная энергия: переход к декарбонизации, децентрализации и цифровизации» — А. Дж. Лью и др., Science, том 365, выпуск 6458, стр. eaaw2830 (2019)
2. «Будущее энергетических систем: интеграция возобновляемых источников энергии, электрификации и трёхмерных распределённых энергетических ресурсов» — В. В. Гири и др., 2020 год, доступно по адресу: https://www.osti.gov/servlets/purl/1604035
3. «Декарбонизация энергетического сектора: обзор текущих инициатив, технологий и возможных стратегий трёхмерной интеграции» — М. П. М. Азим и др., Energy & Environment, том. 29, № 4, стр. 520–548 (2018)
4. «3D энергия: будущее декарбонизированных, децентрализованных и цифровых энергетических систем» — Д. Браун и др., IEEE Power and Energy Magazine, том.16.
5. «Автоматизированная система управления освещением»/ М. А. Шаходжаев/ Ферганский политехнический институт [Книга]//URL:https://cyberleninka.ru/article/n/avtomatizirovannaya-sistema-upravleniya-osvescheniya/viewer (Дата обращения: 20.11.2024).