Текст книги "Энергетические аспекты международной политики"

Энергетические переходы, их классификация и особенности

Как было отмечено выше, за XIX–XX вв. в мировой энергетике можно выделить три этапа развития, каждый из которых вызвал соответствующие изменения промышленной и социальной структуры, а также политических воззрений и идеологий. Смену каждого этапа новым принято называть энергетическим переходом, определяющим значительные качественные изменения мировой энергетической системы[14]14
  Grübler, A. (1991). «Diffusion: Long-term patterns and discontinuities». Technological Forecasting and Social Change. 39 (1–2): 159–180.


[Закрыть].

Термин «энергетический переход» впервые был использован в США после нефтяного кризиса 1973 г. После второго «нефтяного шока» 1979 г. содержание термина «энергопереход» стали связывать с приоритетным использованием ВИЭ[15]15
  Duccio Basosi, «The world's energy past, present and future at the 1981 United Nations Conference on New and Renewable Sources of Energy»; https://energyhistory.eu/en/special-issue/lost-transition-worlds-energy-past-present-and-future-1981-united-nations-conference.


[Закрыть]. Популяризацию термина «энергопереход» связывают с именем канадско-чешского исследователя Вацлава Смила[16]16
  Smil, V. Energy and Civilization: A History / V. Smil. Cambridge: MIT Press, 2017. – 568 p. Smil, V. Energy Transitions: History, Requirements, Prospects. Oxford: Praeger, 2010. – 178 p. Smil, V. Energy in World History / V. Smil. – Boulder: Westview Press, 1994. – 300 p.


[Закрыть].

В истории человечества выделяют четыре энергоперехода:

1. Первый энергопереход – от биомассы (дрова, древесный уголь, бытовые и сельскохозяйственные отходы, др.) к углю (доля угля в выработке первичной энергии в 1840 г. – 5 %, в 1900 г. – 50 %);

2. Второй энергопереход – увеличение доли нефти в выработке первичной энергии (1915 г. – 3 %, 1975 г. – 45 %);

3. Третий энергопереход – расширение использования газа (1930 г. – 3 %, 2017 г. – 23 %);

4. Четвертый энергопереход – переход к ВИЭ: энергии ветра, Солнца, приливов и т. д. (2017 г. – 3 %).

Предпосылки для четвертого энергоперехода были заложены еще в 1980–1990 гг. Было очевидно, что антропогенное влияние на климат из-за использования углеродных энергоресурсов в масштабах планеты становится критическим, а неравномерность распределения традиционных энергоресурсов несет в себе угрозу энергетической безопасности развитых стран. Тем не менее только в XXI в. технологии позволили достичь приемлемых и конкурентных уровней КПД ВИЭ и сделать их действительно реальной альтернативой источникам традиционным.

В свете начавшегося в 2022 г. мирового энергетического кризиса тенденции четвертого энергоперехода становятся разнонаправленными и неоднозначными. Так, МЭА отмечает к ноябрю 2022 г. многократный относительно предыдущих лет рост инвестиций в возобновляемую энергетику (до уровня в $1,15 трлн) и прогнозирует их объем к 2030 г. на уровне, превышающем $2 трлн в год (см. рис. 2).

Рис. 2.

Государственные расходы на поддержку инвестиций в экологически чистую энергию и в краткосрочные меры по обеспечению доступности энергии для потребителей, $ млрд

Источник: МЭА.

МЭА в своем отчете от декабря 2022 г.[17]17
  https://iea.blob.core.windows.net/assets/ada7af90-e280-46c4-a577-df2e4fb44254/Renewables2022.pdf.


[Закрыть] прогнозирует кардинальное изменение структуры баланса производства электроэнергии. Согласно прогнозу ВИЭ в начале 2025 г. станут основным источником электроэнергии на планете. Флагманами в данном направлении, как ожидается, будут Китай, ЕС, США и Индия, которые должным образом проводят реформы рынка и нормативного регулирования.

Следует учитывать, что 95 % указанных МЭА объемов инвестиций в возобновляемую и низкоуглеродную энергетику будут принадлежать развитым странам, в первую очередь США и странам ЕС. Таким образом, в современных условиях можно констатировать растущую дифференциацию между переходящим на безуглеродную энергетику глобальным Севером и увеличивающим объем использования традиционных энергоресурсов глобальным Югом (см. рис. 3).

Рис. 3.

Инвестиции в возобновляемую энергетику в развитых и развивающихся странах по состоянию на ноябрь 2022 г., $ млрд

Источник: МЭА.

МЭА прогнозирует увеличение абсолютных объемов использования традиционных источников энергии, таких как газ, нефть и уголь, на период до 2030 г. (при снижении их доли в общем производстве). При этом агентство прогнозирует пик потребления нефти в абсолютных значениях в 2030 г.

В целом, с учетом продолжающегося энергоперехода, в предстоящие 30 лет в энергетике ожидаются различные, в том числе крупные, технологические прорывы, но новая технологическая революция маловероятна[18]18
  Эволюция мировых энергетических рынков и ее последствия для России / под ред. А. А. Макарова, Л. М. Григорьева, Т. А. Митровой. – М.: ИНЭИ РАН – АЦ при Правительстве РФ, 2015.


[Закрыть]. Направления некоторых таких технологических прорывов уже заложены: развитие и совершенствование технологий использования ВИЭ, газификация угля, промышленная добыча газовых гидратов и др. Данный вектор развития, обеспечивающий как снижение «экологической нагрузки», так и расширение ресурсной базы (в том числе возобновляемой), сможет на долгий период сдвинуть пики добычи традиционных энергоресурсов и одновременно снизить волатильность цен на энергию и замедлить их повышение.

Отдельно стоит отметить прорывные технологии – например, накопители энергии и топливные элементы новых типов, позволяющие использовать такие виды энергоносителей, как метан и водород (в настоящее время слабо востребованные). Ожидается, что, придав импульс развитию мобильной энергетики и «зеленого» транспорта, эти технологии поспособствуют существенному смещению приоритетов между централизованным и децентрализованным энергоснабжением, повышая энергетическую мобильность и предоставляя человечеству расширенные возможности для освоения новых территорий.

Общество и энергетика переживают очередную структурную перестройку. Современный глобальный энергетический кризис существенным образом влияет на три группы факторов, характеризующих технологический, демографический и социальный тренды глобального развития.

Технологический тренд воздействует на эффективность использования энергии, начиная от добычи и использования первичных энергоресурсов до производства, поставки и потребления вторичной энергии.

Демографический тренд влияет на общий объем спроса на энергетических рынках (при этом нельзя забывать, что в последние годы наблюдается тенденция к замедлению общего прироста населения, а в развитых странах зачастую и к его убыли).

Социальный тренд воздействует на качественный рост потребности людей в новой продукции, технологиях, информации, предметах личного пользования и т. д.

Компетентный прогноз ожидаемого состава и масштабов применения новых энергетических технологий в период до 2050 г. в свое время дало МЭА[19]19
  Energy Technology Perspectives 2012. IEA. Paris. 2012.


[Закрыть]. Утверждается, что восемь классов технологий (более 120 наименований) преобразования энергии и девять классов (почти 170 видов) технологий использования энергии способны решить стоящие перед энергетикой задачи по меньшей мере до 2030 г.

Основной упор в своем докладе и перечне технологий МЭА делает на расширение использования ВИЭ, повышение их доступности и распространения с общим трендом на внедрение технологий четвертого энергоперехода.

Отдельно стоит отметить уникальную роль России в таких условиях. Помимо колоссальных запасов традиционных углеводородных источников энергии, Россия, в отличие от большинства стран Запада, имеет значительный ресурс неиспользованного гидропотенциала, что может стать ключом к обеспечению энергоперехода и снижению карбонового следа в нашей стране. Если в странах ЕС, США, Японии и других развитых государствах гидропотенциал используется на 60–80 %, то в России в настоящее время этот показатель составляет около 20 %.

Традиционные источники энергии

Под традиционными источниками энергии в большинстве исследований понимают углеводородные ресурсы, на протяжении последних 150 лет составлявшие основу топливно-энергетических балансов большинства стран мира. К ним относят уголь, нефть и природный газ.

Свойства данных энергетических ресурсов – высокая энергоотдача, невозобновляемость, технологическая развитость методов разведки, добычи, транспортировки, дальнейшей переработки и использования в энергетике, локализованность регионов добычи, наличие сопутствующих выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ в процессе переработки и сжигания.

Использовать уголь в качестве топлива начали еще на заре современной человеческой цивилизации. Добыча, пусть и примитивная, ископаемого каменного угля велась в Древнем Китае и античной Греции. Источники свидетельствуют, что углем отапливались многие древнеримские виллы, что подтверждают и результаты археологических раскопок на территории Помпей. Само название «антрацит» произошло от греческого слова «антракс» (anthrax), или «горящий камень», – так характеризовал уголь в 315 г. до н. э. ученик Аристотеля Теофраст.

С закатом Римской империи про каменный уголь почти забыли, используя для отопления и выплавки металла только древесный. Однако с повсеместным развитием металлургии и совершенствованием технологий запасы промышленной древесины резко сокращались, и к середине XVII в. человечество вновь обратилось к ископаемому углю как к базовому энергоресурсу.

Чуть ранее, в ХVI в. ученые впервые начали задумываться о происхождении данного минерала. Средневековый врач и алхимик Парацельс (Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, 1493–1541) рассматривал уголь как сырье минерального происхождения, называя его «камни, измененные действием вулканического огня». Немецкий ученый-минералог Георг Агрикола (1490–1555) считал, что уголь – это отвердевшая нефть.

В XVII в. на территории многих европейских государств начинается целенаправленная разведка и разработка месторождений каменного угля, использование которого в качестве топлива на протяжении XVIII–XIX вв. постоянно росло, чему способствовало распространение паровых машин, а затем – появление технологий преобразования тепловой энергии в электрическую.

Эра угля продолжалась до изобретения двигателя внутреннего сгорания, после чего уголь был вытеснен из автомобильного, водного и железнодорожного транспорта.

С середины XX в. основными потребителями угля выступали теплоэнергетика, металлургия, а в удаленных районах и некоторых развивающихся странах – жилищно-бытовой сектор.

Если рассмотреть подробно достоинства и недостатки генерации электрической и тепловой энергии на угле, то к очевидным достоинствам можно отнести следующие:

1. Огромные мировые запасы. Только разведанных запасов угля при сохранении текущего уровня потребления хватит на 300–400 лет, их суммарный объем превышает 1 трлн тонн.

2. Уголь – один из самых надежных и независимых видов топлива (наряду с газом и мазутом). Предсказуемость добычи и транспортировки, независимость от сезонности и погодных условий делают его незаменимым в качестве резервного источника энергии.

3. Сравнительная дешевизна. Генерация энергии на угле при нынешнем уровне развития технологий в полтора-два раза дешевле, чем при использовании ВИЭ.

4. Взаимозаменяемость. Современный уровень развития технологий позволяет осуществлять перевод угольных теплоэлектростанций на биотопливо, газ и другие виды топлива со сравнительно минимальными вложениями, при этом сохранив действующую локацию и основные фонды и обеспечив непрерывность поставок энергии потребителям.

5. Энергобезопасность. Уголь в силу широкого распространения позволяет многим государствам и регионам обеспечивать энергетическую независимость от поставок более дефицитных видов топлива при генерации электрической и тепловой энергии.

6. Сравнительная легкость и безопасность хранения.

7. Химический состав позволяет использовать уголь не только для генерации энергии. Сам уголь и его побочные продукты используют при производстве фенола, углеродного волокна, металлического кремния, креозотового масла, нафталина, аспирина, мыла, красителей, шампуней, зубных паст и тканей. Активированный уголь применяют для производства фильтров для воды, очистителей воздуха и аппаратов для почечного диализа.

8. Минимальное количество отходов – за исключением дыма, образующегося при сжигании, что стало возможным благодаря эффективной инфраструктуре и технологиям. Кроме того, как мы объяснили выше, побочные продукты сжигания угля используются для производства других продуктов. При этом сейчас существуют различные альтернативы в виде бездымного угля и антрацитов высокого качества, которые позволяют минимизировать дымность производства при высокой теплоотдаче и генерационных характеристиках.

9. Низкие капиталовложения при строительстве объектов генерации, так как большинство существующих технологий производства электроэнергии и топлива уже оптимизированы для использования угля.

10. Возможность управлять нагрузкой при генерации тепла и электрической энергии в зависимости от объема подаваемого топлива.

11. Возможность транспортировки угля как первичного источника энергии – в отличие от гидро-, солнечной и ветровой энергетики, которые могут существовать только на подходящих территориях, а продукт генерации (электричество) приходится транспортировать на большие расстояния с неизбежными потерями.

12. Безопасность в случае аварийных ситуаций – особенно в сравнении с атомной, гидроэнергетикой и даже газовой генерацией. При использовании угля не приходится беспокоиться о масштабных последствиях возможной аварии.

13. Сравнительно невысокие требования к уровню компетенций обслуживающего персонала угольных теплоэнергостанций в силу сравнительной простоты производственных технологий.

К очевидным недостаткам угольной генерации можно отнести такие:

1. Уголь – невозобновляемый и небесконечный источник энергии, несмотря на то что запасы его значительны и существенно превосходят запасы газа и нефти.

2. Неэкологичность или даже антиэкологичность – выбросы CO₂ от сжигания угля, по разным оценкам, составляют от 40 до 65 % антропогенного углекислого газа в атмосфере, что обеспечивает углю одну из ведущих ролей в процессах глобального потепления и изменения климата. Несмотря на то что выбросы современных теплоэлектростанций на угле значительно, на 40–50 %, ниже существовавших в XIX и XX вв., они все еще изрядны. Вдобавок загрязнение, которое вызывает сжигание угля, порой приводит к кислотным дождям в некоторых районах. Хотя причин кислотных дождей много, горящий уголь – их весомый источник, так как выделяет значительное количество диоксида серы и закиси азота. Следует отметить и определенную радиоактивность угля. Кроме того, канцерогенные выделения угольной генерации вызывают рак и иные клеточные мутации.

3. Высокая стоимость транспортировки, для которой требуется разветвленная транспортная система. Создание и использование такой инфраструктуры, помимо высоких затрат непосредственно на транспортировку угля, не только разрушает ландшафт, но и увеличивает загрязнение из-за выбросов различных транспортных средств.

4. Низкая экологичность самого процесса добычи угля. При разработке угольных пластов наносится серьезный урон природным объектам, животному и растительному миру.

5. Аварийность процесса добычи. В последнее столетие мир не раз сталкивался с крупными авариями и катастрофами на угольных шахтах, несмотря на предпринимаемые меры по обеспечению безопасности.

Рис. 4.

Доля угля в генерации электроэнергии в мире по состоянию на 2020 г., ТВт*ч

Источник: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf?ysclid=lor93mpvlb473711278.

Тем не менее преимущества угля определяют в современных условиях его статус доминирующего источника энергии на планете (см. рис. 4), в основном за счет вклада Китая, Индии и развивающихся стран. Если ранее специалисты предсказывали постепенное сокращение темпов прироста угольной генерации с последующим превалированием вывода мощностей над вводом после 2030 г., то сейчас эти прогнозы существенно корректируются.

Возрождение угольной электроэнергетики на фоне развивающегося энергокризиса стало одним из главных последствий 2022 г. и разочарованием для экологов и экологически ориентированных политиков. Всего лишь в ноябре 2021 г. на Конференции ООН по изменению климата в Глазго горячо обсуждали окончательную формулировку обязательства о «поэтапном отказе» или же «поэтапном сокращении» использования угля. Но ни «отказа», ни «сокращения» не произошло – второй год подряд мировая угольная энергетика устанавливает рекорд по объемам производства. Уголь по-прежнему остается крупнейшим источником электроэнергии в мире.

После выхода из пандемии потребление угля в Европе выросло, рост угольной генерации позволяет европейским странам компенсировать нехватку мощностей атомной и гидроэнергетики. Китай наращивает добычу угля и угольную электрогенерацию, чтобы оградить себя от нестабильности на мировых энергетических рынках. В США отложен ранее запланированный вывод из эксплуатации угольных электростанций, а добыча угля выросла на 3,5 %, поскольку горнодобывающие компании стремятся удовлетворить растущий спрос во всем мире и воспользоваться скачком цен.

Действительно, растущий спрос привел к ценовым рекордам, а уровни фьючерсных контрактов предполагают, что в ближайшие годы они останутся на историческом максимуме. Эталонные фьючерсы на уголь в Ньюкасле торгуются около $360 за тонну, что примерно в шесть раз выше уровня 2020 г. Форвардные контракты торгуются по цене выше $260 за тонну до 2027 г. (всего два года назад ни один форвардный контракт не превышал уровня $75 за тонну).