Известны источники альтернативной энергии вызванные ветром, солнцем, биотопливом, гидроэлектростанциями, станциями приливов и волн, но мать-природа обеспечивает бесконечные источники энергии нетрадиционные помимо тех, которые мы используем сегодня.
Много чистых и зеленых ресурсов и различные вокруг нас в мире природы и ученые только начали отвечать на вопрос о том, как использовать её.
Вот источники энергии нетрадиционные, о которых вы, вероятно, никогда не слышали:
Осмотическая или энергия соленой воды
Осмотическая или энергия соленой воды один из наиболее перспективных новых источников возобновляемой энергии, еще не используемой в полной мере. Также, как необходимо огромное количество мощности для опреснения воды, взаимодействие создается, когда происходит обратное и соленая вода добавляется к пресной воде. Через процесс, называемый реверсивный электродиализ электростанции могут захватить эту силу взаимодействия в лиманах во всем мире.
Построена опытная электростанция в Норвегии которая использует разность концентрации соли в пресной и соленой воде.
Из-за явления осмоса, вода устремляется в ту часть где концентрация соли выше.
Биотехнология как фотосинтез
Этот нетрадиционный источник энергии представляет революционный процесс генерирующий на углеводородной основе топливо путем объединения солоноватой воды, питательных веществ, фотосинтетических организмов, двуокиси углерода и солнечного света. Эта биотехнология представляет фотосинтез который производит топливо непосредственно в виде этанола или углеводородов. По существу, метод использует для производства готового к использованию топлива.
Явление пьезоэлектричества для получения ресурсов
Человеческое население мира превысило колоссальные 7 миллиардов. Кинетическая составляющая человеческого движения может стать источником реальной силы. Пьезоэлектричество представляет способность некоторых материалов для создания электрического поля в ответ на приложенное механическое воздействие. Размещая плитки из пьезоэлектрического материала вдоль пешеходных троп или даже на подошвы обуви, электричество может вырабатываться с каждым шагом. Заставив людей ходить получится микроэлектростанция, выдающая определенные ресурсы.
Преобразование тепловой энергии океана
Преобразование тепловой энергии океана представляет гидроэнергетику с преобразованием системы, которая использует разницу температур воды на разных глубинах для питания теплового двигателя. Эти ресурсы могут быть использованы путем создания платформ или на барже, воспользовавшись тепловыми слоями, найденными между глубинами океана.
Человеческие сточные воды
Даже сточные воды могут использоваться для создания электричества или топлива. Разрабатываются экспериментальные планы по оснащению общественных автобусов в Осло (Норвегия) топливом благодаря сточным водам. Электричество также может быть создано из сточных вод с использованием , которые используют био электрохимические системы и используют бактериальные взаимодействия, встречающиеся в природе. Конечно сточные воды, также могут быть использованы в качестве удобрения.
Нагревание воды
Новый тип геотермальной энергии, которая образуется путем протекания холодной соленой воды в скале, которая нагревается от мантии Земли и распада радиоактивных элементов в земной коре. Когда вода нагревается, созданное тепло может быть преобразовано в электричество паровой турбины. Преимуществом этого типа ресурсов является то, что горячую воду можно легко контролировать, и это может обеспечить ресурсами круглосуточно.
Испарительная энергия
Изучив рост растений ученые изобрели синтетический «лист», который может собирать электричество от испарения воды. Пузырьки воздуха могут быть накачаны в «листья», производство электросилы порождает разницу в электрических свойствах между водой и воздухом. Это исследование может открыть более грандиозные источники энергии нетрадиционные, как созданные от испарения.
Вихревая индуцированная вибрация форма возобновляемой энергии, которая черпает мощность через медленные течения. Данный принцип вдохновлен движением рыб. Движение может быть использовано когда вода течет мимо сети стержней. Вихри или завихрения, чередуются в необъяснимом порядке, толкают и вытягивают объекты вверх или вниз из стороны в сторону, чтобы создать механическую силу. Принцип основан так, как будто что то скользит между вихревыми датчиками создавая индуцированную вибрацию.
Гелий-3 -нерадиоактивный изотоп, который имеет огромный потенциал для создания относительно чистой силы за счет ядерного синтеза.
1 тонна гелия 3 (гелион -два протона и один нейтрон) содержит ресурсов как 20 млн тонн нефти.
Единственное это то, что это редкий на земле, но обильный на Луне радиоизотоп Гелий-3. Например Российская Ракетно-Космическая Корпорация (РКК) объявила, что она считает лунный гелий-3 как потенциальный экономический ресурс будущего.
На основе использования космической солнечной энергии
Так как энергия солнца имеется в космосе 24-часа цикл день и ночь, все сезоны рассматриваются предложения для размещения солнечных панелей на орбите и направление пучка мощности вниз для использования на земле. Технологический прорыв здесь включает передачу беспроводной мощности, которая может быть выполнена на микроволновой частоте.
Энергетический кризис способствовал повышению интереса к новым видам энергоресурсов, которые получили название нетрадиционных или альтернативных. Доля их в структуре мирового потребления первичных энергоресурсов заметно растет. К нетрадиционным источникам энергии относят энергию Солнца, геотермальную и термоядерную энергию. Особые надежды возлагают на водород, так как он является наиболее перспективным энергоносителем. Однако его промышленное получение обходится пока очень дорого.
Все более глубокий интерес в современном мире проявляется к практическому применению геотермальной энергии, использованию тепла Земли. Она находит двоякое применение. Во-первых - подача горячих для обогрева зданий и теплиц. В наши дни наибольшее значение этот путь имеет для Исландии. Для этой цели в столице государства Рейкьявике начиная с 30-х годов создана система трубопроводов, по которым вода подается потребителям. Благодаря геотермальной энергии, которая идет на отопление теплиц, полностью обеспечивает себя яблоками, помидорами и даже дынями и бананами. Во-вторых, применять геотермальную энергию можно путем строительства геотермальных станций. Самые крупные из них построены в , на , в , Италии, Японии, России ().
Трудно представить себе жизнь человечества без Солнца. Хорошо известно, что мира в значительной степени базируется на запасенной в процессе фотосинтеза солнечной энергии, в топливе. Однако создание солнечных электростанций позволило человечеству использовать энергию в гораздо большем объеме. Наиболее преуспели в гелиоэнергетике (от греч. helios - солнце) США, Италия, . Построена солнечная электростанция в ().
С давних пор служила человечеству энергия ветра. Примитивные ветряные двигатели применялись еще 2 тыс. лет назад. Появление интереса человека к энергии ветра сегодня объясняется энергетическими затруднениями, возникшими в последние годы. Небольшие ветровые электростанции работают почти во всех . Конструированием и промышленным выпуском современных ветряных установок занимаются сейчас Франция, США, . Очень важной проблемой в использовании энергии ветра является малое содержание энергии в единице объема, непостоянство силы и направления ветра, поэтому перспективно использовать ветер в странах, находящихся в районах постоянных направлений ветра.
Использование энергии волн находится пока еще в основном на стадии эксперимента.
Энергия приливов успешно используется во Франции, США, России и . Здесь построены приливные электростанции.
К нетрадиционным источникам энергии можно отнести также получение синтетического горючего на основе угля, сланцев, нефтеносных песков.
Сегодня существует много различных вариантов перспективного удовлетворения потребностей человечества в энергоресурсах. В ближайшие десятилетия в мире будет происходить ожесточённая конкурентная борьба как между различными источниками энергии, в частности - нефти и газа, так и районами их производства.
Многочисленные исследования российских и зарубежных специалистов дают весомые основания утверждать, что в настоящее время мир стоит на пороге глобальных энергетических изменений, что в развитии мировой энергетики начинаются, разворачиваются и уже происходят серьёзные качественные сдвиги. Соответственно, будущее глобальной энергетики, как и будущее всей мировой экономики, в значительной мере будет определяться такими тенденциями, как:
- балансирование между глобализацией и регионализацией, угрозой энергетического дефицита и наступлением глобального профицита энергоресурсов;
- смена технологических укладов как в производстве топлива и энергии, так и в их потреблении;
- завершение эпохи углеводородов и развитие инновационной безуглеродной энергетики и др.
Одновременно нарастает глобализация, и сохраняются глобальные факторы, генерирующие нестабильность. Это, прежде всего, меняющееся соотношение между ведущими центрами силы в мире, сохраняющееся экономическое неравенство, дефицит природных ресурсов при продолжении их расточительного расходования, прогрессирующее загрязнение природной среды, особенно отходами производства, и кризис традиционных моделей экстенсивного развития.
В частности, нарастающая глобализация несёт новые вызовы человечеству, но она же и даёт ему новые возможности для решения самых сложных проблем. Отсюда - множество различных вариантов перспективного удовлетворения потребностей человечества в энергоресурсах и развитие уже в ближайшие десятилетия ожесточённой конкурентной борьбы между различными источниками энергии, среди которых особое место занимают нетрадиционные ресурсы углеводородов.
Серьёзное влияние на будущее мировое развитие будут оказывать и такие внешнеэкономические риски, тенденции и факторы, как:
- обострение целого ряда проблем, с которыми действующие международные институты справляются неудовлетворительно. К ним можно отнести угрозу обострения мирового финансово-экономического кризиса; сохранение и даже усиление дисбалансов и накопление диспропорций в мировой торговле, в движении капиталов, в структурной перестройке мировой экономики и финансовой системы;
- второе - рост неопределённости мирового развития, вызванный, в том числе, и возросшим количеством стран, которые определяют формирование мировой экономической динамики. Новые центры силы оказывают растущее воздействие на все мирохозяйственные тренды, меняют конфигурацию мировой торговли, валютной сферы, потоков капитала и трудовых ресурсов;
- и, наконец, нарастание скорости изменения ряда ключевых мирохозяйственных тенденций, обусловленной активизацией инновационной деятельности.
Говоря о современной энергетической ситуации в мире, стоит остановиться не на отдельных её изменениях, которые происходят практически непрерывно, а только на тех, которые имеют долговременное влияние и принципиально меняют наши представления об энергетике предстоящих десятилетий.
Это, прежде всего, проблема нехватки энергии. Как известно, она была сформулирована (и обоснована, исходя из того уровня знаний) ещё в середине прошлого века так называемым Римским клубом, и с тех пор человечество развивалось «под дамокловым мечом» энергетического дефицита, возможной нехватки энергии для своего развития. Угроза этого дефицита определяла не только общую экономическую и энергетическую политику ведущих стран, но и практические меры правительств и бизнеса.
В начале текущего столетия ситуация начала меняться. Развитие науки, техники и технологий открыли человечеству не только возможность коммерчески эффективного использования в широких масштабах возобновляемых источников энергии (таких как солнечная, геотермальная, энергия ветра, приливов и др.), но и практически неограниченных объёмов нетрадиционных ресурсов углеводородного сырья: метана угольных пластов (Coalbed methane); тяжёлой нефти, нефтяных песков и природных битумов (Heavy oil and Ultra heavy oil; Oil and Tar sands) нефти и газа в плотных формациях и низкопроницаемых коллекторах (Tight and Light tight oil and gas), включая сланцевую нефть и сланцевый газ (Shale oil and Shale gas).
Развитие знаний о природе и генезисе углеводородных ресурсов и создание технологий их эффективной разработки привело не только к снижению угроз энергетического дефицита, но и к необходимости переосмысливания проблем и перспектив мирового энергетического баланса в целом. Соответственно, тезис об угрозе энергетического дефицита звучит всё реже. В последние годы о нём говорят либо по инерции, либо в чисто конъюнктурных, спекулятивных целях, для «проталкивания» тех или иных решений, проектов или технологий.
Тем самым можно прогнозировать перелом в энергетической философии - философии угрозы нехватки энергии, которая довлела над человечеством более полувека со времён Римского клуба. Более того, эти же научные и технологические достижения дают основание с высокой вероятностью утверждать, что энергетический дефицит человечеству не грозит, что на него надвигается глобальный профицит энергоресурсов. И в этом - первый основной результат начавшегося освоения нетрадиционных источников нефти и газа.
Кроме того, возможность эффективного использования ВИЭ и нетрадиционных углеводородов не только увеличивает общие ресурсы энергоносителей, но и кардинально меняет геополитическую ситуацию в мире. В частности, она может повлиять на дальнейшее развитие мировых энергетических рынков и существенным образом изменить «расстановку сил» и деление государств на страны-экспортёры и страны-импортёры.
Эти же факторы - развитие науки, техники и технологий - дают возможность приступить (если не сейчас, то в ближайшем будущем) и к экономически рентабельной разработке тех традиционных ресурсов нефти и газа, которые практически пока не используется. Это ресурсы, сосредоточенные, прежде всего, в глубоких горизонтах нефтегазоносных провинций на суше и на глубоководном морском шельфе, в Арктике и других районах, которые характеризуются либо экстремальными природно-климатическими условиями, либо сложными геологическими условиями залегания углеводородных ресурсов.
На рис. 3 показана, исходя из современного уровня знаний о Земле, о генезисе углеводородного сырья и закономерностях его размещения, общая оценка мировых геологических ресурсов углеводородов, сделанная специалистами ВНИГРИ под руководством Веры Прокофьевны ЯКУЦЕНИ. Хорошо видно, что ресурсы нетрадиционных углеводородов кратно превосходят ресурсы традиционных нефти и газа. Подобные оценки делаются многими специалистами - и в России, и в других странах.
оценки мировых геологических ресурсов газа, представленные в виде модификаций ресурсной пирамиды Босвелла и Коллета.
Зарубежными специалистами, для отображения относительных размеров и продуктивности различных видов энергетических ресурсов, широко используются ресурсные пирамиды. В такой пирамиде наиболее перспективные и доступные ресурсы изображены сверху, а наиболее технически сложные и наименее изученные показаны в её нижней части. На рис. 4 показаны сравнительные оценки мировых ресурсов газогидратов и традиционного природного газа, сделанные канадскими специалистами.
На рис. 5 показана оценка геологических ресурсов углеводородов и ядерной энергии, сделанная Дэвидом Демингом из Университета Оклахомы.
При всех различиях подобных оценок, все они, тем не менее, убедительно свидетельствуют о том, что, во-первых, энергетический голод, как таковой, человечеству не грозит; и, во-вторых, что если в будущем человечество и перейдёт к новым источникам энергии, то это произойдёт в любом случае не из-за нехватки углеводородов. Специалистам-нефтяникам знакомо выражение, приписываемое шейху Ахмеду Заки Ямани: «каменный век закончился не потому, что кончились камни».
В прогнозах и МЭА, и Минэнерго США, и ВР, и других признанных аналитических центров предусматривается значительная добыча природных битумов, тяжёлой, высоковязкой и сланцевой нефти, сланцевого газа и метана угольных пластов, нефти и газа, залегающих на больших глубинах и в низкопроницаемых породах.
Как видно из рис. 8 американским прогнозом очень оптимистично оценивается возможность добычи местного нетрадиционного газа на основных рынках для газа российского: в Евросоюзе и Китае.
Если исходить только из существующих представлений о наличии и объёмах традиционных и нетрадиционных ресурсов углеводородов, принимая во внимание некую среднюю оценку их величины, а также из их территориального размещения, но оставляя в стороне вопросы возможности и стоимости разработки, то к середине 21 века могла бы сформироваться примерно такая схема основных центров добычи нефти и газа мирового и межрегионального значения, какая показана на рис. 9.
Другое дело, что стоимость освоения новых ресурсов достаточно высока. Поэтому в обозримой перспективе основной проблемой развития мировой энергетики будет не нехватка энергетических ресурсов, как таковых, а возможность обеспечить требуемые объёмы производства топлива и энергии необходимыми инвестиционными ресурсами на таких условиях, чтобы стоимостные показатели оставались приемлемыми для потребителей и привлекательными для производителей энергоносителей при допустимых экологических рисках и результатах.
Текущая цена на нефть, к которой мировая экономика вполне адаптировалась, устраивает и потребителей, и производителей и отрасль альтернативной энергетики. Более того, эти достаточно высокие цены просто необходимы для ведущих производителей и экспортёров нефти, поскольку бюджет этих стран напрямую зависит от поступления нефтедолларов. Но эти же цены обеспечивают значительные поступления и в бюджеты стран-потребителей энергоресурсов, поскольку в цене конечных нефтепродуктов в большинстве из них доля налогов, акцизов и различных сборов составляет от 40% до 60%.
Производственные издержки при добыче как сланцевого газа, так и других видов нетрадиционных углеводородов в настоящее время в целом значительно выше, чем традиционных. В этом отношении нетрадиционные углеводороды, проигрывая в стоимости добычи, выигрывают в том, что они разрабатываются рядом с районами потребления при минимальных затратах на транспортировку. Собственно говоря, именно отсутствие подобных затрат и делает нетрадиционные ресурсы конкурентоспособными.
сравнительная оценка структуры среднемировых цен потребителя для традиционных и нетрадиционных углеводородов (в пересчёте на нефть) по состоянию на 2010 г.
Конечно же, оценка, приведенная на рис. 10 - это всего лишь оценка, но оценка, которая отражает основные различия между структурой производственных издержек традиционных и нетрадиционных углеводородов, а также показывает те резервы, которые имеются в этой области. Эту оценку подтверждает и прогнозируемая МЭА структура инвестиций в развитие мировой газовой отрасли в 2012-2035 гг
Эта же оценка, на наш взгляд, определяет и основную роль нетрадиционного газа в ближайшие 10-15 лет - оставаться местным (региональным) видом топлива, развивая, укрепляя или формируя соответствующие газовые рынки.
Издержки производства, связанные с добычей нефти и газа из нетрадиционных источников, по мере совершенствования технологий и наработки опыта добычи быстро снижаются. Подобная тенденция, по всей видимости, сохранится и дальше, что будет способствовать росту добычи нефти и газа. На графике эти процессы похожи на широко известный энергетикам пресловутый «крест Чубайса». Впрочем, подобные «кресты» хорошо известны и нефтяникам.
Однако для инициирования крупных новых проектов с использованием новых технологий цены на углеводороды, и энергию в целом, должны быть с одной стороны - достаточно высокими, чтобы стимулировать их производство, но с другой - оставаться приемлемыми для потребителей, стимулируя рост энергоэффективности, но не препятствуя экономическому развитию. Ведь именно высокие цены на нефть стали главным двигателем поиска новых технологий для добычи сланцевого газа, известного ещё с 20-х годов XIX века. Высокие цены в первой половине 1970-х годов инициировали проекты по началу разработки нефтеносных песков в Атабаске, а падение цен в 80-е годы на долгое время заморозило эти проекты.
К настоящему времени целый ряд исследовательских центров и специалистов сделал свои оценки издержек разработки тех или иных видов углеводородных ресурсов. Так, по оценкам KPMG, основная часть нетрадиционных ресурсов газа рентабельна для разработки при уровне издержек порядка 4-6 долл./гигаджоуль, то есть 150-230 долл./тыс. куб. м. А большинство новых газовых залежей традиционного типа - при уровне издержек от 20 до 190 долл./тыс. куб. м.
Близкие оценки приводит и МЭА. Специалисты Агентства в последнее время дали абсолютные значения оценок, причём - дважды: в январе 2010 г., которые были представлены в 2011 г. в специальном докладе «Вступаем ли мы в золотой век газа?», и в Прогнозе, представленном в ноябре 2012 г. в работе «Золотые правила золотого века газа».
В Обзоре за 2013 г. (WEO-2013) МЭА приводит новые данные и по оценкам издержек производства различных видов жидкого топлива.
С ними перекликаются и оценки, сделанные в 2012 г. банком Goldman Sachs: для того, чтобы новые нефтяные проекты были рентабельными в сложившихся налоговых условиях, мировые цены на нефть не должны опускаться ниже 80 долл./барр.
При всей спорности и всех различиях подобных оценок, общая тенденция всё же прослеживается достаточно определённо, и подтверждает сделанный нами вывод, что в перспективе ожидается ожесточённая конкурентная борьба как между различными источниками нефти и газа, так и районами их производства. И российские нефтегазовые компании должны быть к ней готовы. И надо чётко осознавать, что России и её нефтегазовой отрасли угрожает не сама «сланцевая революция», а технологическое отставание, невосприимчивость к продуцированию новых технологий последнего поколения. Отставание, которое может снизить конкурентоспособность российской экономики, а также повысить её уязвимость в условиях нарастающего геополитического соперничества. Поэтому «сланцевая революция» должна стать для нефтегазовой отрасли России, прежде всего стимулом для снижения издержек в производстве и транспорте нефти, газа и других энергоносителей, а в целом - для ускоренного перехода экономики России на ресурсно-инновационный путь развития.
Анализ имеющихся прогнозных оценок себестоимости различных углеводородов показывает, что основная конкурентная борьба за потребителя развернётся между теми видами газа, стоимость добычи которых на скважине лежит в диапазоне от 4 до 6 долл./МБТЕ (212-318 долл./тыс. куб. м в ценах 2010 г.). Естественно, в отдельных странах и районах будет востребован и более дорогой газ, но не он будет «править бал» на мировом рынке. В части жидкого топлива эти параметры соответствуют издержкам производства в интервале от 60 до 80 долл./барр. Причём итоги этой конкурентной борьбы предсказать достаточно трудно. Во-первых, стремительно снижаются издержки производства, связанные с добычей нефти и газа из нетрадиционных источников. Во-вторых, достаточно появиться двум-трём новым прорывным технологиям, и ожидаемая картина может поменяться самым кардинальным образом.
В рассмотренных выше прогнозах коммерчески значимая добыча нефти и газа из таких нетрадиционных источников, как кероген и газогидраты в период до 2035-2040 гг. не предусматривается, ожидается реализация лишь отдельных проектов в этой области.
Так, в части газогидратов масштабная добыча метана ожидается не ранее 2020 г., причём, скорее всего, - в Японии, которая является сегодня крупнейшим в мире импортёром СПГ. Что же касается США, то их руководство рассматривает газогидратные ресурсы как стратегический резерв, который позволит обеспечить энергетическую безопасность страны в более далёком будущем.
По нашим оценкам, гидратный метан может войти в мировой энергетический баланс лишь в том случае, если стоимость его добычи будет составлять (в ценах 2010 г.) не более 11-12 долл./МБТЕ (583-636 долл./тыс. куб. м) в шельфовых районах вблизи таких крупнейших потребителей, как Япония, Индия и Р. Корея. Что же касается удалённых арктических районов (таких, как Аляска, северные районы Канады, Сибири и Дальнего Востока России), то здесь стоимость его добычи не должна превышать 4-5 долл./МБТЕ (212-265 долл./тыс. куб. м).
Таким образом, в ближайшие 15-20 лет газогидраты, по всей видимости, не смогут составить реальную конкуренцию традиционному газу российских дальневосточных проектов на рынках стран АТР, чего нельзя сказать о более позднем периоде.
Соответственно, в новых условиях главной задачей становится не энергообеспечение как таковое, а минимизация совокупных затрат общества на эти цели. Причём в каждый конкретный период времени предстоящего периода в целях энергообеспечения общества будет, по сути, решаться балансовая оптимизационная задача, учитывающая не только всё многообразие факторов спроса и предложения и необходимые для этого финансовые ресурсы, но и последние достижения научно-технологического прогресса.
При этом сама структура мирового энергетического баланса будет зависеть от особенностей структуры будущей экономики, сочетания в ней элементов неиндустриального, индустриального и постиндустриального развития. Именно структура будущей экономики определит адекватные себе источники энергии.
Решение подобной глобальной задачи возможно, на мой взгляд, только на путях международного энергетического сотрудничества. Одновременно такое сотрудничество позволит дать достойный ответ и многим другим энергетическим вызовам.
В частности, уже в ближайшие десятилетия можно ожидать ожесточённой конкурентной борьбы за место в энергетическом балансе углеводородов, добытых на шельфе арктических морей, произведенных в результате повышения нефте- и газоотдачи разрабатываемых месторождений и освоения нетрадиционных источников нефти и газа.
Каждое из этих трёх направлений имеет значительную ресурсную базу, соответствующие «плюсы» и «минусы», связанные с условиями добычи и доставки продукции на рынки. Поэтому приоритеты в их развитии в первую очередь будут связаны с новейшими техническими и технологическими решениями, позволяющими обеспечить экономически эффективную добычу углеводородов при приемлемых экологических рисках и результатах. И эти же технические и технологические решения дадут возможность найти оптимальное место каждого из этих направлений нефтегазодобычи в мировом энергетическом балансе, определить оптимальное для каждого временного этапа соотношение между ними.
Без учёта всех вышеназванных факторов и тенденций объективную оценку места и роли нетрадиционных углеводородов в перспективном мировом энергетическом балансе дать практически невозможно.
Учитывая все вышеизложенное можно сделать следующие выводы.
- Для того чтобы нетрадиционные углеводороды смогли занять достойное их ресурсам место в мировом энергетическом балансе, необходимо решить целый ряд научно-технических, технико-технологических, экономических и экологических проблем. Кроме того, для правильного понимания роли нетрадиционных углеводородов в формировании перспективного мирового энергетического баланса необходимо также сделать анализ возможностей других, альтернативных источников энергии, - и в части их ресурсной (объёмной) достаточности, и по экономическим (прежде всего, стоимостным) показателям, и в экологическом плане.
- Определяющим фактором грядущих изменений мирового энергетического баланса и его структуры выступает, на наш взгляд, прежде всего технологический фактор, а именно: степень доступности и эффективности технологий, обеспечивающих разработку нетрадиционных ресурсов нефти и газа, использование возобновляемых источников энергии, рост эффективности использования энергии, формирование инновационной экономики, основанной на малоэнергоёмких нано-, био-, информационных, когнитивных и других подобных технологиях. И в этом плане добыча нетрадиционных углеводородов - проблема, прежде всего технологическая, а не ресурсная.
- В конкурентном глобализирующемся мире в ближайшие годы и десятилетия будет происходить своеобразное соревнование технологий. И от того, какие из них быстрее выйдут на рынок - новые технологии производства новых энергоресурсов (такие, как разработка сланцевой нефти и газогидратов, использование энергии приливов и отливов, температурного градиента океана, термоядерный синтез и др.), технологии, обеспечивающие эффективный транспорт традиционных энергоресурсов на большие расстояния (природного газа в гидратном состоянии, электроэнергии по криогенному кабелю и др.) или технологии, обеспечивающие значительный рост эффективности использования энергии, будет зависеть мировой энергетический ландшафт середины XXI века. И, конечно же, судьба основных экспортёров энергоресурсов, в том числе и России.
Ресурсами называется все то, что используется для достижения каких-либо целей. Их задачей является удовлетворение потребностей субъектов среды.
Классификация по направленности
На сегодняшний день различают следующие виды ресурсов:
Более общими понятиями являются экономические, информационные и производственные ресурсы.
Классификация по типам
Относительно этого критерия принято различать такие виды ресурсов, как и воспроизводимые, и нет. К первому типу относят все накапливаемые и складируемые объекты. К невоспроизводимым причисляют все остальные. В естественной природе аналогом классификации будет исчерпаемость ресурсов. Также к типовому критерию относят такие свойства объекта, как заменимость, степень потребления и происхождение.
Воспроизводимые ресурсы во время работы сохраняют свою форму и могут использоваться для прочих целей (на следующих этапах). В случае долгого простоя их степень полезности утрачивается и впоследствии не компенсируется. Именно поэтому такие ресурсы называются «мощностью». К ним относят людей, механизмы и условия труда (станки, машины).
Невоспроизводимые ресурсы по окончании работы полностью или частично расходуются. При этом не допускается возможность повторного использования. У такого типа ресурсов нет срока давности. Они могут использоваться как в текущий момент времени, так и в далеком будущем. Главным свойством этого типа ресурсов является постепенный расход запаса, то есть отсутствие способности к накоплению. Такие ресурсы относят к типу «энергия». Примером могут служить предметы труда, топливо, финансы.
Разновидности ресурсов: финансовые
В экономической теории можно выделить две основные группы источника глобального потенциала. К первой относят материальные виды ресурсов, а ко второй - человеческие. На сегодняшний день существует огромное множество различных комбинаций производственных факторов. В материальные ресурсы входят земля и капитал, в человеческие - предпринимательская и трудовая способности. Все эти факторы направлены на производство товаров и обеспечение услуг.
Главными ресурсами мировой экономики считаются именно финансовые. К ним можно отнести и денежные средства, и ценные бумаги, и дебиторские задолженности, и различные вложения, и прочие операции с капиталом. Особенность этих ресурсов в том, что они считаются неисчерпаемыми, то есть не могут быть полностью потреблены или использованы. В свою очередь, многие из них являются накопляемыми.
Создание финансовых ресурсов необходимо для взаимодействия внешней и внутренней среды. Они представляют собой отдельный тип коммуникации людей и организаций.
Разновидности ресурсов: производственные
К этому типу относят не только различные материалы, готовую продукцию и услуги, но и всевозможные вариации работы. Производственные виды ресурсов имеют одну общую особенность - потребляемость. Все плоды деятельности человека и машины могут быть использованы полностью или частично, но в любом случае они пользуются спросом.
Основным аспектом производственных ресурсов является рентабельность. Иными словами, насколько степень затратности будет соответствовать конечному результату (продукция, услуги). По данному критерию ресурсы могут быть прибыльными, умеренными, убыточными.
За успешность производства отвечают умственные и физические способности работников. Обе характеристики объединяют в трудовые ресурсы. Именно они играют важнейшую роль в осуществлении оптимальной производственной деятельности. В свою очередь, этот вид ресурсов ограничивается трудоспособными возрастными критерием. В России у мужчин он будет включительно от 16 до 59 лет, а у женщин - от 16 до 54. В некоторых странах работать можно уже с 14 лет и выходить на пенсию к 65 годам.
Разновидности ресурсов: природные
Материалы этого типа используются для различных нужд, производства благ. Природные ресурсы - это совокупность предметов и веществ, находящихся на определенной территории планеты. Это и реки, и озера, и моря, и горы, и животные, и растения. Из подвидов выделяют водные, грунтовые и лесные ресурсы.
В земной коре содержится огромное множество полезных веществ, которые необходимы для комфортного проживания человека. Поэтому именно она считается главным источником природных ресурсов. В ней находятся сотни полезных ископаемых, пригодных для прямого использования или переработки. Например, глина, песок, гранит и прочие материалы незаменимы в строительстве.
По происхождению ресурсы бывают органические и нет. К первой группе относят нефть, уголь, газ, химические элементы. Их добывают как на поверхности, так и на высокой глубине. К неорганическим относят горные породы (камень, руду и т. д.).
Стоит отметить, что все полезные ископаемые в конечном счете являются исчерпаемыми, в том числе водные и лесные ресурсы. Из жизненно важных природных продуктов потребления следует выделить солнце и воздух. Они вкупе с водой являются незаменимыми ресурсами для всего живого на планете. Это касается и фауны, и флоры.
Разновидности ресурсов: электронные
К таковым, в первую очередь, относят цифровые данные. По сути, электронные ресурсы представляют собой все виды информации на соответствующих носителях (жесткий или гибкий диск, флэшка и т. д.). Это глобальная база данных, которая состоит из фильмографии, различных сборников, документов, изданий и проч.
Электронный каталог имеет безграничные возможности. Сегодня цифровые ресурсы занимают первое место среди источников информации. К ним относят электронные библиотеки, энциклопедии, книги, журналы и прочие публикации. Документы представлены в цифровом виде, причем формат может быть различным. То же касается и вариативности языков: русский, английский и любые другие.
Среди пользователей электронных ресурсов могут быть как читатели научных публикаций, так и простые обыватели, включая детей. Цифровые данные делятся на категории в зависимости от направленности: экспертные, специализированные, художественные, социальные, политические и т. д.
Плюс электронной информации в том, что ее можно без труда хранить, сортировать, распечатывать, искать.
Разновидности ресурсов: Интернет
Под эту категорию подходят любые точки Глобальной сети, называемые веб-сайтами. Интернет-ресурсы представляют собой набор страниц, которые размещены во всемирной системе Internet. Они могут быть текстовые, графические, мультимедийные. К первому виду относятся различные документы, напечатанные на клавиатуре, ко второму - картинки, презентации и прочее, к третьему - видеоматериалы, музыка и т. п.
В свою очередь, интернет-сайты бывают статичными и динамичными. Первые основаны на среде программирования HTML, а вторые - на специальных скриптах. Каждый подобный интернет-ресурс хранится на выделенном хостингом сервере. Адрес сайта представляет собой его доменное имя в Глобальной сети.
Самым популярным источником интернет-ресурсов является Всемирная паутина, сокращенно - WWW. На втором месте идет FTP-хранилище со встроенной системой пересылок на файлы. Из прочих стоит выделить E-mail и чат.
Разновидности ресурсов: образовательные
К таковым относят учебные материалы (пособия, конспекты, презентации, доклады и проч.). Образовательные ресурсы могут быть печатными и электронными. В современном мире больший приоритет отдается именно цифровым материалам, хотя в учебных заведениях все еще используются полиграфические издания.
Электронные образовательные ресурсы хранятся на всевозможных носителях: от дискеты до Интернет-облака. Они бывают текстового, графического и мультимедийного формата. Доказано, что для обучения и усвоения информации лучше всего подходят аудио- и видеоматериалы, а также различные презентации. С другой стороны, для здоровья человека полезнее будут именно печатные издания.
В настоящее время потребление нефти таково, что никакой альтернативный ей источник энергии не может заменить собой потребности в нефти. При этом запасы традиционной легкодоступной нефти неуклонно снижаются. Новых открытий крупных месторождений нефти не было с 70-х годов прошлого века, несмотря на все старания нефтяных компаний.
Возобновляемые источники энергии, такие как энергия Солнца или энергия ветра не оправдывают ожиданий своих последователей. Слишком уж дорого обходится их внедрение, да и эффективность их применения вызывает много вопросов. Как показывает практика, возможности этих ресурсов (технологий) по выработке энергии довольно ограничены. Несмотря на отдельные довольно-таки успешные примеры внедрения альтернативной (возобновляемой) энергетики, ее широкомасштабное использование малоперспективно.
Атомная промышленность самостоятельно также не может покрыть необходимые потребности. Максимум на что может хватить запасов урана при текущих технологиях – это 10 лет. К тому же в обществе после недавних событий на Фукусиме укрепилось негативное отношение к этому виду энергии. Никто не хочет иметь у себя в огороде такой потенциально опасный объект как АЭС.
Чтобы удовлетворить непрерывно растущие потребности общества в энергии, нефтедобывающая отрасль все больше переключает свое внимание на дорогостоящие нетрадиционные и труднодоступные источники углеводородов.
К таким источникам относятся:
- Нефтяные пески Канады;
- Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть других регионов мира;
- Сланцевая нефть;
- Технологии, основанные на процессе Фишера-Тропша:
- газ-в-жидкость / gas-to-liquids (GTL);
- уголь-в-жидкость / coal-to-liquids (CTL);
- биомасса-в-жидкость / biomass to liquids (BTL);
- Добыча нефти на глубоководном шельфе и шельфе арктических морей
Общая характерная черта всех этих источников углеводородов – высокая себестоимость конечной продукции. Но это относительно небольшая плата за то, чтобы получить привычную и подходящую для современной инфраструктуры форму энергии (жидкие углеводороды).
Краткий обзор нетрадиционных источников углеводородов
Нефтяные пески успешно разрабатывают в Канаде c 60-х годов прошлого века. Сегодня примерно половина нефти добываемой в этой стране приходиться на нефтяные пески. Под нефтяным песком, на самом деле, подразумевается смесь песка, воды, глины, тяжелой нефти и природного битума. Выделяют три нефтяных региона в Канаде со значительными запасами тяжелой нефти и природного битума. Это Athabasca, о котором многие наверняка слышали, Peace River и Cold Lake. Все они находятся в провинции Альберта.
Для добычи нефти из нефтяных песков применяют два принципиально различных метода:
1) Открытым карьерным способом и 2) Непосредственно из пласта.
Карьерный способ добычи подходит для неглубоких залежей (глубиной до 75 м) и залежей, выходящих на поверхность. Примечательно, что в Канаде все залежи подходящие для карьерного способа добычи, расположены в районе Athabasca.
Карьерный способ добычи подразумевает, что нефтяной песок, попросту говоря, грузиться на самосвалы и перевозится на установку переработки, где его промывают горячей водой и таким образом отделяют нефть от всего прочего материала. Требуется добыть примерно 2 тонны нефтяного песка, чтобы получить 1 баррель нефти. Если это кажется вам довольно трудозатратным способом получить 1 баррель нефти, то вы правы. Зато коэффициент нефтеотдачи при этом способе добычи очень высок и составляет 75%-95%.
Рис. 1 Карьерный способ добычи нефтяного песка
Для извлечения тяжелой нефти непосредственно из пласта используют, как правило, тепловые способы добычи, такие как . Существуют также и «холодные» методы добычи, предполагающие закачку в пласт растворителей (например, метод VAPEX или ). Способы добычи тяжелой нефти непосредственно из пласта менее эффективны в плане нефтеотдачи по сравнению с карьерным способом. В то же время эти способы имеют некоторый потенциал к снижению себестоимости получаемой нефти за счет совершенствования технологий ее добычи.
Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть привлекает все большее внимание нефтяной промышленности. Поскольку основные «сливки» в мировой нефтедобыче уже сняты, нефтяные компании просто вынуждены переключаться на менее привлекательные месторождения тяжелой нефти.
Именно в тяжелой нефти сосредоточены основные мировые запасы углеводородов. Вслед за Канадой, поставившей на свой баланс запасы тяжелой/битумной нефти, то же самое сделала и Венесуэла, имеющая огромные запасы этой нефти в поясе реки Ориноко. Этот «маневр» вывел Венесуэлу на первое место в мире по запасам нефти. Значительные , а также во многих других нефтедобывающих странах.
Огромные запасы тяжелой нефти и природных битумов требуют разработки инновационных технологий добычи, транспорта и переработки сырья. В настоящее время операционные затраты по добыче тяжелой нефти и природных битумов могут в 3-4 раза превосходить затраты на добычу легкой нефти. Переработка тяжелой высоковязкой нефти также более энергоемка и, как следствие, во многих случаях низкорентабельна и даже убыточна.
В России различные способы добычи тяжелой нефти испытывались на хорошо известном Ярегском месторождении высоковязкой нефти расположенном в Республике Коми. Продуктивный пласт этого месторождения, залегающий на глубине ~200 м, содержит нефть плотностью 933 кг/м3 и вязкостью 12000-16000 мПа·с. В настоящее время на месторождении осуществляется термошахтный способ добычи, зарекомендовавший себя как достаточно эффективный и экономически оправданный.
На Ашальчинском месторождении сверхвязкой нефти, расположенном в Татарстане, реализуется проект по опытно-промышленному испытанию технологии парогравитационного воздействия. Эта технология, правда без особого успеха, испытывалась также на Мордово-Кармальском месторождении.
Результаты разработки месторождений тяжелой высоковязкой нефти в России пока не внушают особого оптимизма. Требуется дальнейшее совершенствование технологий и оборудования для повышения эффективности добычи. В то же время потенциал к снижению себестоимости добычи тяжелой нефти есть, и многие компании готовы принимать в ее добыче активное участие.
Сланцевая нефть - «модная» тема в последнее время. Сегодня целый ряд стран проявляют повышенный интерес к добыче сланцевой нефти. В США, где добыча сланцевой нефти уже идет, с ней связывают значительные надежды по снижению зависимости от импорта этого вида энергоресурса. В последние годы основной прирост добычи американской сырой нефти происходит преимущественно за счет сланцевых месторождений Bakken в Северной Дакоте и Eagle Ford в Техасе.
Развитие добычи сланцевой нефти – прямое следствие той «революции», которая случилась в США в добыче сланцевого газа. Поскольку цены на газ обвалились в результате резкого роста объемов его добычи, компании стали переключаться с добычи газа на добычу сланцевой нефти. Тем более что технологии их добычи ничем особенным не отличаются. Для этого, как известно, бурят горизонтальные скважины с последующими множественными гидроразрывами нефтесодержащих пород. Постольку поскольку дебит таких скважин очень быстро падает, для поддержания объемов добычи требуется бурить значительное количество скважин по очень плотной сетке. Поэтому затраты на добычу сланцевой нефти неизбежно оказываются выше, чем затраты на добычу нефти традиционных месторождений.
Пока высоки проекты по добыче сланцевой нефти, несмотря на высокие издержки, остаются привлекательными. За пределами США наиболее перспективными считаются залежи сланцевой нефти Vaca Muerta в Аргентине и Баженовская свита в России.
Процесс Фишера-Тропша был разработан в 20-х годах прошлого века немецкими учеными Францем Фишером и Гансом Тропшем. Заключается он в искусственном соединении водорода с углеродом при определенной температуре и давлении в присутствии катализаторов. Получаемая таким образом смесь углеводородов сильно напоминает нефть и обычно называется синтез-нефть .
Рис. 2 Производство синтетического топлива на основе процесса Фишера-Тропша
CTL (Coal-to-liquids) - суть технологии состоит в том, что уголь без доступа воздуха и при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется смесь различных углеводородов. Затем эта синтезированная нефть также как и обычная проходит разделение на фракции и дальнейшую переработку. В качестве катализаторов используется железо или кобальт.
Во время Второй Мировой войны немецкая промышленность активно использовала технологию Coal-to-liquids для получения синтетического топлива. Но поскольку процесс этот экономически нерентабелен и к тому же экологически вреден, то после окончания войны выработка синтетического топлива сошла на нет. Немецкий опыт впоследствии был использован всего дважды - один завод был построен в ЮАР и еще один в Тринидаде.
GTL (Gas-to-liquids) - процесс производства жидких синтетических углеводородов из газа (природного газа, попутного нефтяного газа). Cинтез-нефть, получаемая в результате GTL процесса, не уступает, а по отдельным характеристикам превосходит высококачественную легкую нефть. Многие мировые производители используют синтез-нефть для улучшения характеристик тяжелой нефти, путем их смешивания.
Несмотря на то, что интерес к технологиям преобразования сначала угля, потом газа в синтетические нефтепродукты не угасает с начала 20 века, в настоящее время в мире функционирует всего четыре крупнотоннажных GTL завода - Mossel Bay (ЮАР), Bintulu (Малайзия), Oryx (Катар) и Pearl (Катар).
BTL (Biomass-to-liquids) - суть технологии та же что и уголь-в-жидкость. Единственное существенное отличие в том, что исходным материалом является не уголь, а растительный материал. Масштабное использование этой технологии затруднено в связи с отсутствием значительного количества исходного материала.
Недостатками проектов по производству синтетических углеводородов на основе процесса Фишера-Тропша являются: высокая капиталоемкость проектов, значительные выбросы углекислого газа, высокое потребление воды. В результате проекты либо совсем не окупаются, либо находятся на грани рентабельности. Интерес к таким проектам повышается в периоды высоких цен на нефть и быстро угасает при снижении цен.
Добыча нефти на глубоководном шельфе требует от компаний высоких капитальных затрат, владения соответствующими технологиями и несет с собой повышенные риски для компании-оператора. Вспомнить хотя бы последнюю аварию на Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Компании BP только чудом удалось избежать банкротства. Чтобы покрыть все затраты и сопутствующие выплаты, компании пришлось продать чуть ли не половину своих активов. Ликвидация аварии и ее последствий, а также компенсационные выплаты обошлись BP в кругленькую сумму порядка 30 млрд. долларов.
Не каждая компания готова брать на себя такие . Поэтому проекты добычи нефти на глубоководном шельфе осуществляются, как правило, консорциумом компаний.
Шельфовые проекты успешно осуществляются в Мексиканском заливе, Северном море, на шельфе Норвегии, Бразилии и других стран. В России основные надежды связывают с шельфом арктических и дальневосточных морей.
Шельф арктических морей хотя и малоизучен, но обладает значительным потенциалом. Существующие геологические данные позволяют прогнозировать значительные запасы углеводородов в этом районе. Но и риски велики. Практикам нефтедобычи хорошо известно, что окончательный вердикт по наличию (или отсутствию) коммерческих запасов нефти можно вынести только по результатам бурения скважин. А их в Арктике пока что практически нет. Метод аналогий, который применяют в таких случаях для оценки запасов региона, может дать неверное представление о реальных запасах. Не каждая перспективная геологическая структура содержит нефть. Тем не менее, шансы обнаружить крупные месторождения нефти оцениваются экспертами как высокие.
К поиску и разработке залежей нефти в Арктике предъявляются чрезвычайно высокие требования по обеспечению охраны окружающей среды. Дополнительными препятствиями являются суровый климат, удаленность от существующей инфраструктуры и необходимость учета ледовой обстановки.
И в заключение еще несколько соображений
Все перечисленные источники углеводородов и способы их добычи не новы, они достаточно давно известны. Все они в той или иной степени уже задействованы нефтяной промышленностью. Сдерживает их развитие уже упомянутая высокая себестоимость конечной продукции и такой интересный показатель как EROI.
EROI (возврат энергии на инвестиции) – это отношение количества энергии, содержащейся в энергоносителе к энергии, затраченной на получение этого энергоносителя. Другими словами - это отношение энергии, которая содержит в себе полученная нефть к энергии, потраченной на бурение, добычу, транспортировку, переработку, хранение и доставку потребителю этой нефти.
Если обычная легкая нефть в настоящее время имеет EROI порядка 15:1, то у нефти, получаемой из нефтяного песка, EROI примерно 5:1, а у сланцевой нефти примерно 2:1.
Процесс постепенного замещения легкой нефти на более дорогостоящие источники углеводородов уже идет, а усредненный показатель EROI неуклонно движется к паритетному значению 1:1. И вполне вероятно, что в будущем этот показатель будет не в нашу пользу. Если до сих пор энергия нам доставалась можно сказать бесплатно , то в не таком уж далеком будущем нам, вероятно, придется платить за то, чтобы получить энергию в привычной и удобной жидкой форме, подходящей для наших технологий и существующей инфраструктуры.