Наше будущее. Роботы уже среди нас

В этом же регионе запланировано строительство следующих приливных электростанций: в бухте Инчон 1320 МВт, в бухте Хонсу 700 МВт, в бухте Гарорим 500 МВт.

В России действует одна электростанция подобного вида – Кислогубская, – которая построена в 1968 г. по проекту института «Гидропроект». В 1990-х годах из-за сложной экономической ситуация станция перестала функционировать. Однако в начале 2000-х годов она вновь заработала, а в ноябре 2006 г. мощность станции была увеличена с 0,4 до 1,7 МВт.

Для использования энергии океанских течений вглубь погружают специальные роторы. С 2003 г. опыты проводятся вблизи Великобритании и Ирландии. Однако использование энергии океанских течений требует существенных инвестиций, поэтому в данный момент это направление развивается очень слабо.

Некоторые инноваторы предлагают использовать энергию волн. Основная задача использования энергии волн – это преобразование колебаний воды вверх-вниз во вращательное движение.

Первая волновая электростанция была построена в Португалии в городе Повуа-ди-Варзин. Её установленная мощность составляет 2,25 МВт. Подрядчиком строительства выступила шотландская компания Pelamis Wave Power. Электростанция состоит из трех конвекторов, которые в свою очередь состоят из четырех секций. На стыках секций установлены гидромоторы, которые приводятся в действие от поднимающихся волн. Генераторы непосредственно присоединены к гидромоторам. Вырабатываемая электроэнергия позволяет обеспечивать поселок из 1600 домов.

В 2009 г. у берегов северной части Шотландии был установлен поплавок-насос. Его уникальность состоит в том, что вся вода под давлением поступает на берег, где из неё вырабатывается энергия. Волны то опускаются, то поднимаются, приводя в действие механизм. Мощность данной электростанции составляет 0,6 МВт, что позволяет обеспечить электроэнергий несколько сотен домов.

Использование энергии приливов, волн и океанских течений резко ограничено высокими инвестиционными вложениями. Однако многие эксперты считают, что это направление довольно перспективное.

Газогидраты

Метан, который широко используется в народном хозяйстве, можно добывать не только из залежей природного газа. Этим углеводородом богаты угольные месторождения, сланцы и газогидраты. Причем наибольшие его объемы сосредоточены в газогидратах, далее по убывающей – в сланцах, угольных месторождениях и традиционных газовых залежах.

Основные объемы метана в настоящий момент добываются как раз из газовых месторождений. В некоторых странах угольный газ также научились использовать, в ряде стран – сланцевые газы. Пока добыча газа из газогидратов в крупных объемах не осуществляется.

Газогидраты образуются при взаимодействии метана с водой под высоким давлением и низкой температуре. Один объем воды связывает от 70 до 210 м

газа. При разложении гидрата метана из 1 куб. м. выделяется порядка 160 м

газа.

Гидраты метана по внешнему сходству напоминают спрессованный снег, который при таянии частично обращается в газ. В природе это соединение встречается очень часто, образуя огромные залежи. Некоторые экологи опасаются, что увеличение температуры приведет к высвобождению метана из гидратов, что резко отрицательно скажется на тепловом балансе планеты.

Образование газогидратов полностью соответствует гидридной теории происхождения Земли, которая будет раскрыта дальше. Водород и углерод поднимаясь из глубин планеты вступает в реакцию с водой, образуя месторождения газогидратов. При этом основная их масса сосредоточена в местах, где еще идут процессы океанообразования. По оценке экспертов на газогидраты приходится порядка 53% органического углерода, что значительно превышает общие запасы угля, нефти и газа.

Рисунок 1.2 – Распределение органического углерода на Земле

В 2017 г. появилась информация о начале промышленной добычи газогидратов Китаем в Южно-Китайском море. С месторождений, находящихся на глубине 1200 м, было добыто 120 тыс. м

газа, 99,5% из которого метан. Китайская коммунистическая партия сообщила, что это прорыв в добыче углеводородов.

В свою очередь Япония планирует выйти на промышленную добычу газогидратов в 2018—2019 г., что позволит повысить энергетический суверенитет страны.

Добыча газогидратов в промышленном масштабе отрицательно скажется на мировых ценах на природный газ. Газпрому есть над чем задуматься.

Сланцевая революция

Начало XXI века ознаменовалось так называемой сланцевой революцией в США. Смысл этого кардинального сдвига в добыче углеводородов состоит в коммерческом извлечении нефти и газа из сланцев. Напомню, что тот же природный газ в сланцах по запасам значительно превосходит традиционные источники, уступая лишь газогидратам.

Сланцевая революция стала возможно на основе новых методов гидроразрыва пласта с использованием огромного массива данных. Новые методы работы с большими массивами информации позволили повысить эффективность этой технологии.

Метод гидроразрыва пласта был открыт в 1862 г., когда участник гражданской войны в США Эдвард Робертс обратил внимание на прирост дебита нефтяных скважин после взрыва артиллерийского снаряда. В 1866 г. Робертс получает патент на «взрывную торпеду», когда в нефтяную скважину помещали цилиндр с порохом. Далее порох взрывали, что приводило к росту притока нефти.

Месторождение Хьюгос стало первым, где в 1947 г. был проведен классический гидравлический разрыв пласта с закачкой воды вместе с речным песком. Подрядчиком работ выступила Stanolind Oil and Gas.

В конце XX века Джордж Митчелл, «отец» сланцевой революции, соединил гидравлический разрыв пласта с горизонтальным бурением, что значительно повысило эффективность технологии.

На современном этапе гидравлический разрыв пласта осуществляется следующим образом. В скважину под высоким давлением закачивается вода с пропантом, что содействует образованию множественных трещин. После откачки воды пропант остается, что приводит к приросту притока нефти и газа. Данная технология применяется как на традиционных нефтяных месторождениях, так и на сланцевых. Прирост добычи нефти фиксируется в течение нескольких лет, но максимальный прилив наблюдается в первый год.

Высокие цены на нефть в 2000-х годах способствовали притоку инвестиций в разработку новых технологий гидравлического разрыва пласта. Множество небольших американских фирм начали вести собственные разработки, в результате чего технология была усовершенствована, и в настоящий момент себестоимость добычи сланцевой нефти составляет порядка 40—50 долл./баррель. При этом на некоторых месторождениях, например, в округе Маккензи себестоимость сланцевой нефти достигла 24 долл./баррель.

Сланцевая революция в США привела к резкому снижению внутренних цен на природный газ, что способствовало уменьшению стоимости электроэнергии. Экспортный потенциал страны по углеводородам значительно вырос, и с февраля 2016 г. сжиженный газ из США стал поступать на европейский континент. В целом за этот год было поставлено порядка 500 млн. м

газа, что в принципе пока незначительно влияет на энергетический баланс Европы.

По прогнозам консалтингового агентства Wood Mackenzie к 2020 г. ежегодный экспорт сжиженного газа в Европу из США составит порядка 20 млрд. м

, что перекроет 10% потребления в ЕС.

Сланцевая революция стала одним из факторов стабилизации стоимости нефти около 50 долл./баррель. При увеличении цены происходит значительный прирост добычи углеводородов из сланцев, при снижении – некоторые скважины консервируются. Дальнейшее совершенствование гидроразрыва пласта приведет к уменьшению себестоимости добычи, и как следствие, к снижению средней мировой цены на нефть.

На первых этапах сланцевой революции политическое руководство РФ и менеджмент нефтегазовых компаний скептически относились к этому явлению. Они считали, что себестоимость углеводородов будет слишком высокой, и они не составят конкуренцию традиционным источникам. Однако в настоящий момент этим «экспертам» приходится пересматривать свои взгляды на сланцевую революцию.

Гидридная теория происхождения Земли

Наличие огромных запасов углеводородов в сланцах и газогидратах ставит под сомнение официальную версию происхождения нефти и газа, согласно которой они образовались в результате жизнедеятельности организмов, и потому считается, что эти природные ресурсы не возобновляются и конечны.

Автор альтернативной теории происхождения Земли, гидридной, Владимир Ларин утверждает, что из недр Земли на поверхность постоянно идут потоки водорода, и именно они являются источником происхождения всех углеводородов на планете. Поэтому углеводороды возобновляемы, примером чего выступают месторождения Чечни, где скважины восстанавливались трижды: после Гражданской войны, Великой Отечественной войны и событий 90-х годов. Если бы нефть не поступала из неизвестных источников, то просто физически невозможно было бы её добывать в течение столетия на одном и том же месте.

Напомню, что природный газ и нефть часто располагаются на таких глубинах, что даже теоретически невозможно предположить их образование из каких-либо микроорганизмов. Это тоже является доводом в пользу гидридной теории происхождения Земли. Кроме того, анализ химического состава нефти никак не подтверждает возможность её возникновения в результате процессов разложения биомассы.

Логическим продолжением гидридной теории является широкое наличие воды, которая представляет собой оксид водорода.

Владимир Ларин предлагает перейти к прямой добыче выходящего на поверхность водорода. Это позволило бы существенным образом снизить загрязнение атмосферы двуокисью углерода. Кроме того, предполагаемые возобновляемые запасы этого ресурса огромны, что привело бы к снижению стоимости использования энергии.

Доктор геолого-минералогических наук Владимир Павлович Полеванов также на основе многолетних исследований пришел к выводу о возобновляемости нефти. Его доклад выслушан на уровне Российской академии наук, однако воз и ныне там. Никто не спешит использовать гидридную теорию происхождения Земли на практике.

В настоящий момент водород для чистой энергетики вырабатывается только в результате электрохимического разложения воды, что требует огромных затрат электроэнергии. В случае, если пользоваться водородом из возобновляемых источников, то в результате окисления образовывалась бы лишь обыкновенная вода. Никаких оксидов серы и углерода в атмосферу бы не поступало.

В европейской части России есть огромное количество мест выхода водорода на поверхность. Эти места хорошо видны из космоса, и они представляют собой огромные круги диаметром под сто метров. Внутри этих кругов происходит гидратация гумуса, что приводит к выбеливанию почвы.

Месторождения водорода прослеживаются даже в Московской области в районе Электростали. В настоящий момент две страны, Мали и США, приступили к промышленной добыче водорода. Стоит отметить, что в России водород пока не включен в список природных ископаемых, поэтому на официальном уровне не разрешается разрабатывать месторождения этого ценного сырья.

Использование водорода пока чрезвычайно трудно, ибо он взрывоопасен. Но технологии постепенно развиваются, и с эта проблема в любом случае будет решена, что приведет к снижению роли традиционных углеводородов.

Гидридная теория происхождения Земли крайне опасна для нефтегазодобывающих стран. Ибо она ставит под сомнение конечность нефти и газа, что отрицательно может сказаться на их стоимости. Кроме того, если эта теория подтвердится, то актуальность альтернативных источников энергии резко снизится. Одним из лейтмотивов развития солнечной и ветряной энергетики является как раз конечность традиционных источников энергии.

Управляемый термоядерный синтез

Атомная энергетика является одним из столпов современного энергетического хозяйства. Например, в России в 2016 г. на долю атомных станций пришлось 18,1% общей генерации электроэнергии. Общая установленная мощность атомной промышленности России составляет 26300 МВт.

В традиционных реакторах происходит распад урана-235, в результате чего происходит выделение огромного количества тепла, которое используется для генерации электроэнергии.

Существенным недостатком атомной энергетики является ограниченность урана-235. В природном уране его доля составляет всего 0,7%, а 99,3% приходится на уран-238, который непригоден для выработки электроэнергии. Поэтому перед использованием этого сырья происходит его обогащение, как правило, на центрифугах.