Текст книги "Энергетические аспекты международной политики"

Альтернативные возобновляемые источники энергии

В современных условиях возобновляемые источники энергии (ВИЭ) рассматриваются как решение основных текущих энергетических проблем и надежда будущих поколений. 80 % стран и территорий на планете не обеспечены достаточным доступом к традиционным, ископаемым источникам энергии, при этом использование таких источников наносит существенный экологический урон, а сами они невозобновляемы и конечны. Всех этих недостатков ВИЭ лишены, а доступ к тем или иным видам ВИЭ имеет практически вся территория планеты. Хотя ВИЭ часто рассматриваются как решение для будущих потребностей в энергии, нельзя не отметить, что они значительно более традиционны для человечества, чем ископаемые. Люди веками использовали естественные силы природы, достаточно вспомнить ветряные мельницы и водяные колеса.

Рис. 11.

Крупнейшая в мире британская шельфовая ветряная электростанция London Array

Источник изображения: © Luciavonu / Shutterstock.

Рис. 12.

Различные источники в генерации экологически чистой электроэнергии, ГВт

Источник: ©IRENA.

Технологические достижения последних 20 лет в области выработки, транспортировки и хранения энергии наряду с глобальным стремлением к безуглеродности приводят к тому, что производство возобновляемой и экологически чистой энергии постоянно растет увеличивающимися темпами (см. рис. 12, 13).

Использование ВИЭ носит как локальный, так и глобальный характер, варьируясь от частной генерации, такой как размещение локальных солнечных панелей и нагревательных элементов на основе солнечной энергии в домах, до крупномасштабных объектов – например, морские ветряные электростанции.

Рис. 13.

Количество рабочих мест в 2021 г. при производстве различных видов возобновляемой энергии, тыс.

Источник: ©IRENA, ILO.

Немало сказался на росте привлекательности ВИЭ и нынешний энергетический кризис. Стремление развитых стран обеспечить энергетическую безопасность и независимость, повышение рентабельности генерации на базе ВИЭ и роста цен на традиционные энергоносители привели к небывалому скачку темпов ввода генерации на базе ВИЭ. В июне 2022 г. исполнительный директор МЭА Фатих Бироль заявил[39]39
  https://neftegaz.ru/news/Alternative-energy/741580-mea-rost-investitsiy-v-energeticheskiy-sektor-v-2022-g-budet-nedostatochnym-chtoby-spravitsya-s-teku/.


[Закрыть], что странам следует больше инвестировать в ВИЭ, чтобы «ослабить давление на потребителей… сделать наши энергетические системы более безопасными и помочь миру достичь наших климатических целей». В свою очередь, МЭА в докладе за декабрь 2022 г.[40]40
  Renewables 2022. Analysis and forecast to 2027. IEA's annual report. https://www.iea.org/reports/renewables-2022.


[Закрыть] прогнозирует, что в 2022–2027 гг. объем генерации с использованием ВИЭ вырастет почти на 2400 ГВт. Прирост по сравнению с предыдущими пятью годами составит, таким образом, более 85 %. Этот прогноз почти на 30 % выше, чем прежние оценки МЭА в отчете за 2021 г., что является самым большим за всю историю пересмотром в сторону повышения. Ожидается, что на ВИЭ будет приходиться более 90 % глобального увеличения производства электроэнергии в течение прогнозируемого периода.

Энергия Солнца, которой достаточно для удовлетворения годовой потребности человечества, достигает нашей планеты всего лишь за один час, что наглядно иллюстрирует практически полную безграничность потенциала солнечной энергетики. Солнечные электростанции могут создаваться в самых разных условиях, в том числе на поверхности водоемов («плавучие электростанции»). Однако существует экологическая проблема, связанная с утилизацией солнечных панелей и других элементов солнечных электростанций.

В настоящее время солнечная энергетика развивается стремительными темпами, в первую очередь за счет разработки новых технологических решений, повышения КПД, внедрения искусственного интеллекта, в том числе в прогнозирование погоды и спроса, создание новых систем хранения и накопления. Все это, в свою очередь, приводит к стремительному удешевлению себестоимости. Так, согласно прогнозу Минэнерго США, средняя себестоимость солнечной генерации к 2030 г. сократится на 60 % по сравнению с 2020 г.

Стоит отметить, что правительства большинства западных стран осуществляют масштабные меры поддержки активного внедрения солнечной генерации. Так, одним из наиболее известных стимулов в США является федеральный налоговый кредит на солнечную энергию – инвестиционный налоговый кредит (investment tax credit, ITC). Те, кто устанавливает солнечные энергосистемы, могут требовать налогового вычета из подоходного налога в размере 20–30 % от стоимости устанавливаемого оборудования.

Одно из требований и ограничений в использовании энергии ветра связано с размещением ветрогенераторов в определенных местах с устойчивым наличием сильных ветров. Таким образом, при размещении на суше их необходимо строить на вершинах холмов или на открытых равнинах. При этом ветрогенераторы создают вибрационную и шумовую нагрузку, что ограничивает возможность их размещения рядом с жилыми районами. Отдельно стоит отметить морскую ветроэнергетику, характеризующуюся недостатками из-за агрессивных сред, в которых должны работать турбины, а также необходимости дополнительной транспортировки получаемой энергии.

С 2000 г. ветроэнергетика стремительно росла благодаря внедрению новых разработок, мерам государственной поддержки и субсидированию, повышению КПД, внедрению массового производства и снижению затрат. Глобальная установленная мощность ветроэнергетики – как на суше, так и на море – увеличилась за последние два десятилетия в 98 раз, с 7,5 ГВт в 1997 г. до примерно 733 ГВт в 2018 г. Мощность наземной ветроэнергетики выросла со 178 ГВт в 2010 г. до 699 ГВт в 2020 г., а морской – с 3,1 ГВт в 2010 г. до 34,4 ГВт в 2020 г. Производство ветровой энергии увеличилось с 2009 по 2019 г. в 5,2 раза, до 1412 ТВт*ч.

По мере совершенствования и масштабирования технологии затраты снижались, а коэффициенты мощности повышались. С 2010 по 2020 г. мировая средневзвешенная приведенная стоимость электроэнергии (levelized cost of energy, LCOE) наземной ветроэнергетики снизилась на 56 %, с $0,089 за кВт*ч до $0,039. За тот же период LCOE вновь введенных в эксплуатацию расположенных в море ветроэнергетических проектов снизилась примерно вдвое (48 %) (см. рис. 14).

Количество энергии, которую можно получить от ветра, зависит от размера турбины и длины ее лопастей. Выход энергии пропорционален размерам ротора и кубу скорости ветра. В 1985 г. типовые турбины имели номинальную мощность 0,05 МВт, сегодняшние «ветряки» имеют мощность 3–4 МВт на суше и 8–12 МВт – на море.

Энергия биомассы включает органический материал растений и животных, в том числе сельскохозяйственные культуры, деревья и древесные отходы. Их биомасса сжигается для получения тепла, которое приводит в действие паровую турбину и вырабатывает электроэнергию. Хотя биомасса может быть возобновляемой, во многих случаях она не является ни «зеленым», ни экологически чистым источником энергии.

Рис. 14.

Средневзвешенный КПД введенных в эксплуатацию наземных ветроэнергетических проектов по странам мира

Источник: ©IRENA.

Исследования показали, что использование древесной биомассы может приводить к более высоким выбросам углерода, чем применение ископаемого топлива, а также оказывать неблагоприятное воздействие на биоразнообразие. Несмотря на это, использование некоторых форм биомассы действительно можно считать экологически оправданным при правильных обстоятельствах. Например, опилки и древесную стружку с лесопильных заводов экологичнее использовать для получения энергии, так как при обычном разложении они выбрасывают в атмосферу значительно более высокие объемы углерода.

В настоящее время в мире происходит сильное сокращение традиционной биомассы, что сказывается на уменьшении доли биотоплива и отходов в первичном потреблении. С большой скоростью это происходит в странах, не входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития, особенно заметно снижение значения биомассы в Азии.

Геотермальная энергетика использует тепло земного ядра. Через скважины можно доставлять на поверхность сильно нагретую воду из земных недр, направляя ее в турбины для выработки электроэнергии. Этот возобновляемый ресурс можно сделать более экологичным, закачивая использованную воду обратно в землю.

Главным недостатком геотермальной энергетики является ее локализованность и привязка к географическому положению, что делает перспективы ее развития существенными лишь для отдельных регионов на планете.

Энергия приливов относится к возобновляемым источникам, поскольку приливы вызваны постоянным притяжением Луны. Энергия, которую может генерировать прилив, стабильна и надежна, что делает этот ресурс привлекательным. Тем не менее при сегодняшнем уровне развития технологий КПД приливных электростанций сравнительно невысок, а их мощности – достаточно ограниченны.

Преимущества альтернативных ВИЭ позволяют получить значительно более широкий доступ к энергии в странах, не обладающих запасами традиционных углеводородов. Учитывая тенденцию к снижению себестоимости генерации, они могут помочь снизить стоимость электроэнергии для конечных потребителей. Кроме того, одно из самых больших преимуществ возобновляемой энергии – то, что бóльшая ее часть считается «зеленой» и экологически чистой.

Однако эти преимущества ВИЭ не уникальны. Ядерная энергетика также дает практически нулевые выбросы углерода, да к тому же полностью не зависит от погодных условий и изменений климата.

Недостатки альтернативных ВИЭ во многом связаны с их непостоянством и ненадежностью функционирования. Когда солнце садится за горизонтом или прячется за облаками, мы не можем генерировать солнечную энергию, а в штиль невозможно обеспечить ветрогенерацию. Так, только в марте 2022 г. отмечалось падение выработки доли ветрогенерации в ЕС с 17 до 7,5 % за две недели, что привело к необходимости возобновления работы ряда угольных электростанций (отчасти по этой причине ископаемое топливо не теряет своей прежней актуальности).

Тем не менее непредсказуемость работы ВИЭ означает, что для поддержания стабильности энергосистем требуются дополнительные мощности и технологии накопления и хранения энергии. Сопутствующим решением является развертывание нескольких возобновляемых технологий, создающих более гибкую систему снабжения, которая может противодействовать спадам генерации того или иного конкретного ресурса. И все же полностью обеспечить стабильность энергосистем, даже с учетом последних разработок, современные средства накопления и хранения не могут. В этой связи устойчивая к внешним воздействиям традиционная энергетика в среднесрочной перспективе останется важнейшим элементом обеспечения безопасности, надежности и стабильности глобальной энергетической системы.

Футурологические сценарии энергоперехода

МЭА в 2021 г. в докладе World Energy Outlook разработало три базовых сценария развития энергетического перехода[41]41
  World Energy Outlook: report by International Energy Agency. https://iea.blob.core.windows.net/assets/88dec0c7-3a11-4d3b-99dc-8323ebfb388b/WorldEnergyOutlook2021.pdf.


[Закрыть].

Первый из них, «Чистый ноль выбросов к 2050 г.» (net zero emissions, NZE), считают в МЭА оптимальным. Сценарий предполагает изменения в глобальном энергетическом секторе с целью достижения углеродной нейтральности к 2050 г., причем страны с развитой экономикой должны достигнуть этого раньше развивающихся стран. Этот сценарий отвечает ключевым целям устойчивого развития ООН (ЦУР), связанным с энергетикой, в частности достижению всеобщего доступа к энергии к 2030 г. и значительному снижению выбросов парниковых газов (сценарий содержит ограничение повышения глобальной температуры в размере 1,5 ℃). Для достижения углеродной нейтральности к 2050 г. предполагается реализация комплекса мероприятий в сфере строительства, промышленности, систем отопления и выработки электричества. Сценарий «Чистый ноль выбросов к 2050 г.» построен на следующих принципах:

● страны в зависимости от уровня технологической зрелости, политических предпочтений, а также существующих рыночных условий используют все доступные технологии и варианты сокращения выбросов;

● страны сотрудничают с целью достижения углеродной нейтральности, что предполагает эффективную и взаимовыгодную совместную работу, признание неравномерности экономического развития стран и регионов, а также обеспечение справедливого энергетического перехода;

● упорядоченный переход во всем энергетическом секторе, включающий обеспечение надежности поставок топлива и электроэнергии в любое время, по возможности сведение к минимуму неиспользуемых активов и стремление избежать волатильности на энергетических рынках;

● изучение возможностей сокращения выбросов в других секторах экономики (например, в землепользовании).

Второй путь – сценарий объявленных обязательств (advanced planning and scheduling, APS), призванный показать, в какой степени заявленные национальные обязательства обеспечивают уровень сокращения выбросов, необходимый для достижения углеродной нейтральности к 2050 г. Сценарий предполагает исполнение отдельных взятых на себя национальных обязательств различных стран и достижение целевых показателей на 2030 г. и последующие периоды, независимо от того, были ли они закреплены в законодательстве или в обновленных, определяемых на национальном уровне вкладах в сокращение выбросов. Согласно этому сценарию страны полностью реализуют свои национальные цели до 2030 и 2050 гг.

Третий путь – сценарий утвержденной политики (stated policies scenario, STEPS). Он представляет собой наиболее консервативный ориентир на будущее, поскольку не считает само собой разумеющимся, что правительства достигнут всех объявленных целей. Вместо этого в нем более детально, по секторам рассматривается то, что уже сделано для достижения имеющихся целей, с учетом не только уже существующих политик и мер, но и находящихся в стадии разработки. Этот сценарий описывает развитие энергетической системы без серьезной дополнительной поддержки.

В отечественном «Прогнозе развития энергетики мира и России – 2019» также разработано три сценария развития мировой энергетики в контексте энергетического перехода, которые различаются скоростью развития технологий и типом выбранной энергополитики[42]42
  Прогноз развития энергетики мира и России. Статистический сборник / Ред. колл.: А. А. Макарова, Т. А. Митрова, В. А. Кулагина – М.: ИНЭИ РАН – Московская школа управления СКОЛКОВО, 2019.


[Закрыть]:

Консервативный путь предполагает сохранение текущей госэнергополитики при сохранении скорости развития и трансфера технологий.

Инновационный сценарий предполагает усиление уже принятых национальных приоритетов в продвижении ВИЭ, электротранспорта, энергоэффективности при ускорении развития и локализации технологий и сохранении ограниченного трансфера. В этом сценарии политика декарбонизации проводится только в развитых странах и Китае.

Энергопереход предполагает фокусировку энергополитики всех стран на декарбонизации. При этом глобальная технологическая конкуренция приводит к ускоренному развитию технологий в нескольких мировых центрах и обеспечению доступного для всех стран трансфера.

Первый показатель, который будет изменяться в зависимости от выбранного сценария, – прирост энергопотребления. Общий тренд – сокращение энергопотребления развитых и увеличение энергопотребления развивающихся стран. Второй важнейший показатель – динамика и структура мирового энергопотребления по видам топлива. Общий тренд – увеличение энергопотребления за счет ВИЭ, гидроэнергии, биомассы и газа (как ожидается, основное сокращение будет происходить за счет угля). Третий ключевой показатель – объемы выбросов углекислого газа. Этот индикатор будет оценивать степень выполнения странами взятых на себя обязательств.

Подводя итоги анализа сценариев развития процессов энергетического перехода, стоит заметить, что текущее геополитическое напряжение и энергетические кризисы делают вопрос обеспечения энергетической безопасности и энергетической независимости все более острым. Международная нестабильность и «санкционные войны» способствуют достижению в развитых странах внутриполитического консенсуса, то есть формирования политического, общественного и экспертного мнения, разделяющего принципы энергетического перехода и снижения зависимости от традиционных источников энергии. В свою очередь, это приводит к появлению дополнительных мер государственной поддержки внедрения ВИЭ, как на уровне различных финансовых инструментов (включая субсидирование), так и на уровне упрощения бюрократических процедур. Это приводит к постоянному обновлению прогнозов развития мировой энергетики, которые все более оптимистично рассматривают перспективы альтернативной возобновляемой энергетики. Это позволяет рассчитывать на реализацию наиболее смелых сценариев. Особенно этот процесс будет актуален в Европейском союзе, рассматривающем ВИЭ как гарант своей энергетической безопасности. Однако и другие регионы мира, судя по всему, будут стремиться к завоеванию лидерства в этой перспективной сфере, что способствует дальнейшей эволюции процесса энергетического перехода.

Перспективы использования ВИЭ в России зависят от многих факторов: геополитических, экономических, социальных. В текущей ситуации снижения внешнего спроса и, как следствие, вынужденной консервации добычи для многих экспертов развитие ВИЭ не кажется приоритетной задачей. Между тем стоит понимать, что в силу географических особенностей многие регионы России на сегодняшний момент являются энергодефицитными и с задачей обеспечения их достаточным количеством энергии как раз и могло бы справиться расширение использования ВИЭ. Подключение отдаленных частей к общим электросетям страны достаточно трудоемко и дорого, а с помощью локальных источников возобновляемой генерации эти вопросы можно было бы решить гораздо эффективнее. Такой путь нивелировал бы множество проблем, в том числе сократил бы расходы бюджета на доставку топлива.

Перспективные технологии возобновляемой энергетики являются зачастую выходом из положения для отдаленных сел и городов, индивидуальных жилых строений, предприятий рыбной и лесной промышленности, метеостанций, маяков, а также морских нефтегазодобывающих платформ.

Россия обладает огромным потенциалом возобновляемой энергетики. В нашей стране есть обилие гидроресурсов, высокий ветровой потенциал (особенно на прибрежной территории), большой солнечный потенциал на территории всей страны и достаточное количество ресурсов для производства биоэнергии. Обусловлено это в том числе большой площадью страны, включающей в себя различные климатические пояса.

На большинстве удаленных и труднодоступных территорий экономическая эффективность использования таких источников энергии выше, нежели традиционных. Даже без поддержки государства многие энергетические станции, использующие ВИЭ, быстро окупаются, что весьма привлекательно для инвесторов.

Естественно, возобновляемые ресурсы распределены по территории страны неравномерно. Так, для ветроэнергетики наиболее благоприятна территория вдоль северных морей – Охотского, Баренцева и Карского, а также на Дальнем Востоке и в Сибири.

Для солнечной энергетики наиболее пригодными являются территории, расположенные в южных широтах, – Сочи, Астрахань, чуть восточнее – Кызыл и Владивосток.

Использование биомассы как источника энергии можно развернуть в районах лесоперерабатывающего производства, например в северо-западных областях нашей страны (Новгородская, Архангельская, Республика Карелия и др.).

Благоприятной зоной развития геотермальной энергетики является Камчатка.

Особняком стоят перспективы использования гидропотенциала и строительства гидроэнергетических сооружений. Здесь есть гигантский потенциал, который на сегодняшний день используется лишь на 20 % от технически и экономически целесообразного. Огромное количество рек (по их числу Россия занимает 2-е место в мире) свидетельствует о широкой возможности строительства как объектов малой гидрогенерации, так и крупных гидроэнергетических проектов. В отличие от большинства стран мира, где строительство крупных ГЭС часто сопряжено с существенным экологическим ущербом, а также приходится на густонаселенные районы (что и заставляет западных экспертов не считать крупную гидроэнергетику «зеленой» и экологически чистой), в России ситуация особая. Наиболее перспективные проекты могли бы быть реализованы на реках с тенденцией к масштабным разливам, что лишь способствовало бы стабилизации их гидрорежимов, значительно сократив гигантские заболоченные территории. Наиболее пригодны для дальнейшего освоения гидропотенциала территории с крупными речными артериями – Восточная и Центральная Сибирь, а с точки зрения малой гидроэнергетики – Дальний Восток и Кавказ.

Наиболее перспективному для России с точки зрения возможностей возобновляемому энергоресурсу – гидроэнергетике – и будут посвящены следующие главы.