Текст книги "Как нам избежать климатической катастрофы. Решения, которые у нас есть. Прорывы, которые нам нужны"

Глава 4. Электроэнергия

27 % от 51 миллиарда тонн в год

У людей с электричеством настоящая любовь, но большинство об этом и не подозревают. Электричество всегда рядом, всегда заботится о том, чтобы работали уличные фонари, кондиционеры, компьютеры и телевизоры. Оно обеспечивает многочисленные производственные процессы, о которых многие из нас даже не задумываются. Мы не осознаем его значимость пока оно не исчезнет. В США перебои с электроэнергией – это такая редкость, что человек не может забыть, как 10 лет назад отключился свет, и он застрял в лифте.

Раньше я и не представлял себе, насколько мы зависимы от электроэнергии, но в последние годы убеждаюсь в этом все больше и больше. И отдаю себе отчет, сколько усилий требуется, чтобы сотворить это чудо. Можно даже сказать, что я восхищаюсь инфраструктурой, благодаря которой электричество становится таким дешевым, доступным и надежным. Это же настоящее волшебство – включить свет в любом месте любой благополучной страны и быть уверенным, что он загорится, причем за гроши. В буквальном смысле: если лампочка в 40 ватт будет гореть в течение часа в любом городе США, это обойдется вам примерно в полцента.

И я не единственный в семье, кто благоговейно относится к электроэнергии. Одно время мы с моим сыном Рори даже ездили смотреть, как работают электростанции.

После семейной поездки на вулкан Трихнукагигур в Исландии в 2015 году мы с Рори сходили на расположенную неподалеку геотермальную электростанцию[41]41
  Фотография любезно предоставлена семьей Гейтсов.


[Закрыть].

Я рад, что уделил изучению электроэнергии столько времени. Прежде всего, это потрясающее занятие для отца и сына. (Серьезно!) К тому же придумать, как не утратить все преимущества дешевой бесперебойной электроэнергии и при этом не производить парниковых газов, – важнейшая задача, которую нужно решить, чтобы избежать климатической катастрофы. Во-первых, потому что электроэнергия – один из основных факторов климатических изменений. Во-вторых, если мы получим безуглеродную электроэнергию, то сможем с ее помощью свести эмиссию СО₂ к нулю в других сферах, например на транспорте и в промышленности. Мы должны найти альтернативу углю, природному газу и нефти в виде чистых источников электроэнергии. Вот почему я хотел бы первым делом обсудить именно электроэнергию, хотя производство дает больше выбросов.

К тому же еще больше людей должны получать и использовать электроэнергию. В странах Тропической Африки менее чем половине населения доступно бесперебойное электричество дома. А без доступа к электроэнергии даже самая простая задача – например, зарядить мобильный телефон – становится сложной и дорогостоящей. Нужно дойти до магазина и заплатить 25 центов или больше за то, чтобы воткнуть телефон в розетку, а это в сотни раз больше, чем платят в развитых странах.

860 миллионов человек не имеют бесперебойного доступа к электроэнергии. Меньше половины населения стран Тропической Африки подключены к сети. (IEA)[42]42
  Based on IEA data from IEA (2020), SDG7: Data and Projections, IEA 2020, www.iea.org/statistics. All rights reserved; as modified by Gates Ventures, LLC.


[Закрыть]

Я понимаю, что далеко не все люди, подобно мне, черпают вдохновение в электросетях и трансформаторах. (Признаюсь, надо быть настоящим ботаном, чтобы написать «Я восхищаюсь инфраструктурой».) Но если на секундочку задуматься, сколько труда вложено в обеспечение людей тем, что сегодня принимается как должное, невозможно не оценить это чудо. Никто не откажется от него по доброй воле! Какие бы методы мы ни использовали для получения безуглеродной электроэнергии в будущем, они должны остаться такими же надежными и почти такими же дешевыми, как сегодняшние.

В этой главе я объясню, что нужно сделать, чтобы получить все преимущества дешевого и доступного источника электроэнергии – и обеспечить электричеством еще больше людей, не производя при этом углеродных выбросов.

Для начала давайте подумаем, как мы дошли до такой жизни и что нас ждет впереди.

Привыкнув к повсеместному распространению электричества, мы забываем, что оно стало играть ключевую роль в жизни большинства американцев всего сто лет назад. И одним из его основных источников были вовсе не уголь, нефть и природный газ, а вода, то есть гидроэнергия.

У гидроэлектростанции масса преимуществ, к тому же она сравнительно дешевая, но есть и несколько серьезных минусов. Сооружение водохранилища вынуждает местных жителей и диких животных искать себе новую среду обитания. Углерод, если его много в затопляемой почве, преобразуется в метан и попадает в атмосферу – вот почему исследования показывают, что, в зависимости от своего местоположения, плотина может производить даже больше выбросов, чем уголь, в течение 50–100 лет, прежде чем компенсирует весь метан, который попал в атмосферу из-за ее строительства[43]43
  Эти расчеты опираются на оценку жизненного цикла плотин. Оценка жизненного цикла – интересная сфера. Она предполагает документирование всех парниковых газов, которые производит данный продукт с его появления до конца эксплуатации. Эти оценки – полезный метод анализа климатического воздействия различных технологий, однако они довольно сложные, поэтому в этой книге я ограничусь разговором о непосредственной эмиссии. Ее проще объяснить, и в целом она приводит к тем же выводам.


[Закрыть], [44]44
  Nathan P. Myhrvold and Ken Caldeira. “Green-house Gases, Climate Change, and the Transition from Coal to Low-Carbon Electricity,” Environmental Research Letters, Feb. 16, 2012, iopscience.iop.org.


[Закрыть]. Более того, объем электроэнергии, который дает плотина, зависит от сезона, поскольку важным фактором здесь являются реки и ручьи, питающиеся от дождя. И как вы понимаете, гидроэнергия привязана к конкретному месту. Плотины строятся там, где есть реки.

Обеспечить чистой электроэнергией весь мир будет нелегко. На сегодня ископаемое топливо дает две трети всей мировой электроэнергии. (Статистический обзор мировой энергетики 2020 года)[45]45
  В возобновляемые источники энергии входят ветер, солнце, геотермальная энергия и современное биотопливо. Источник: Статистический обзор мировой энергетики 2020, www.bp.com.


[Закрыть]

У ископаемого топлива нет таких ограничений. Можно добывать уголь, нефть и природный газ и перевозить их на электростанцию для последующего сжигания, использовать тепло для нагрева воды, а пар – для вращения турбины, которая производит электроэнергию.

Благодаря всем этим преимуществам, когда после Второй мировой войны в Соединенных Штатах резко подскочил спрос на электроэнергию, ископаемое топливо стало основным сырьем для электростанций, которые мы построили во второй половине ХХ века – они давали около 700 гигаватт, почти в 60 раз больше, чем до войны.

Со временем электричество сильно подешевело. Как показали исследования, в 2000 году оно было минимум в 200 раз доступнее, чем в 1900 году[46]46
  Vaclav Smil. Energy and Civilization (Cambridge, Mass.: MIT Press, 2017), 406.


[Закрыть]. На сегодня Соединенные Штаты тратят на электроэнергию всего 2 % ВВП, и это удивительно низкие цифры, если учесть, какую важную роль она играет в нашей жизни.

Основная причина дешевизны электричества – дешевизна ископаемого топлива. Оно широко доступно, и мы располагаем более совершенными и эффективными методами его добычи и преобразования в электроэнергию, чем раньше. К тому же правительства стран делают все, что в их силах, чтобы удерживать низкие цены на ископаемое топливо и стимулировать его добычу.

В Соединенных Штатах мы занимались этим с первых дней существования республики: Конгресс ввел первую в Америке заградительную пошлину на импорт угля в 1789 году. В начале 1800-х, осознав, насколько уголь важен для железнодорожной отрасли, Штаты стали освобождать добычу угля от некоторых налогов и вводить другие льготы и стимулы. После введения налога на прибыль организаций в 1913 году производители нефти и газа получили право вычитать из облагаемой базы определенные расходы, включая траты на бурение.

Листовка, посвященная угольной шахте в Коннелсвилле (Пенсильвания), датируется 1900 годом[47]47
  Фотография: Universal Images Group via Getty Images.


[Закрыть].

В целом налоговые льготы производителей угля и природного газа составили около 42 миллиардов долларов (в современных ценах) с 1950 по 1978 год. Они до сих пор существуют в налоговом кодексе[48]48
  U. S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information. “Analysis of Federal Incentives Used to Stimulate Energy Production: An Executive Summary,” Feb. 1980, www.osti.gov. Calculation adjusts subsidies for coal and natural gas to 2019 dollars.


[Закрыть]. Более того, производители угля и газа получают выгодные условия аренды федеральных земель.

Подобная ситуация наблюдается не только в США. Низкие цены на ископаемое топливо стараются удерживать большинство стран. По данным IEA, правительственные субсидии на потребление ископаемого топлива достигли 400 миллиардов долларов в 2018 году, что объясняет, почему оно играет настолько важную роль в производстве электроэнергии[49]49
  Wataru Matsumura and Zakia Adam. “Fossil Fuel Consumption Subsidies Bounced Back Strongly in 2018,” IEA commentary, June 13, 2019.


[Закрыть]. Доля электроэнергии в мире, которую получают путем сжигания угля (примерно 40 %), не изменилась за 30 лет. Нефть и природный газ дают около 26 % электроэнергии вот уже три десятилетия. А в целом ископаемое топливо является источником двух третей мировой электроэнергии. Солнце и ветер – всего 7 %.

По данным на середину 2019 года, в мире строятся угольные электростанции на 236 гигаватт; уголь и природный газ – основные источники электроэнергии в развивающихся странах, где спрос на них взлетел за последние несколько десятков лет. С 2000 по 2018 год Китай утроил объем потребляемой угольной электроэнергии. Теперь это больше, чем в США, Мексике и Канаде, вместе взятых!

Можем ли мы изменить ситуацию и получать электроэнергию без выбросов парниковых газов?

Зависит от того, что подразумевается под словом «мы». Соединенные Штаты способны осилить эту задачу, если политика страны будет поощрять развитие ветровой и солнечной энергетики и активно стимулировать конкретные области инноваций. Но сможет ли весь мир перейти на безуглеродную электроэнергию? Это намного сложнее.

Начнем с зеленых наценок. На самом деле все не так уж и плохо: мы можем избавиться от выбросов при довольно скромной наценке.

Она представляет собой дополнительные расходы на получение всей необходимой энергии из чистых источников, таких как ветер, солнце, а также АЭС, угольных и газовых электростанций с технологиями, улавливающими СО₂. (Напомню, что цель не в том, чтобы использовать только возобновляемые источники, такие как ветер и солнце; цель – сократить выбросы до нуля. Вот почему я отметил и другие безуглеродные варианты.)

Переход всей системы электроэнергии США на безуглеродные источники повысит среднюю розничную цену примерно на 1,3–1,7 % за киловатт-час, и мы будем платить на 15 % больше. Среднестатистическому домохозяйству зеленая наценка обойдется в 18 долларов в месяц – вполне приемлемую сумму, хотя гражданам с низким доходом, которые и так уже тратят на электричество десятую часть своего заработка, придется нелегко.

Если вы оплачиваете счета за электричество, вам наверняка знаком термин «киловатт-час», поскольку именно по этому показателю рассчитывается общая сумма. Тем, кто забыл, напомню: киловатт-час – это единица измерения электроэнергии, которая показывает, сколько электричества вы потребляете за конкретный период. Один киловатт в час будет обозначаться как один киловатт-час. Типичная американская семья потребляет 29 киловатт-часов в день. В среднем по США киловатт-час электричества обходится в 10 центов, хотя в некоторых регионах более чем в три раза дороже.

Замечательно, что американская зеленая наценка такая низкая. Европейцам тоже повезло: исследование Европейской торговой ассоциации показало, что при сокращении выбросов углерода от производства электроэнергии на 90–95 % средняя цена вырастет примерно на 20 %[50]50
  Data derived from Eurelectric, “Decarbonisation Pathways,” May 2018, cdn.eurelectric.org.


[Закрыть]. (В этом исследовании используется другой метод; американскую наценку я рассчитывал иначе.)

К сожалению, другим странам повезло меньше. У Соединенных Штатов есть большие запасы возобновляемых источников, включая гидроэлектроэнергетику на Тихоокеанском Северо-Западе, сильные ветра на Среднем Западе и круглогодичную солнечную энергию на Юго-Западе и в Калифорнии. В других странах есть солнце, но нет ветра или, наоборот, есть ветер, но мало солнца, или мало и того и другого. Добавьте к этому низкий кредитный рейтинг – и будет сложно найти финансирование для крупных инвестиций в новые электростанции.

В самом тяжелом положении находятся Африка и Азия. За последние несколько десятков лет Китай добился величайшего достижения за историю человечества – вывел сотни миллионов людей из бедности – отчасти благодаря строительству угольных электростанций за очень низкую цену. Китайские фирмы снизили стоимость угольных станций на целых 75 %. И теперь им, естественно, нужно больше потребителей, поэтому они изо всех сил стараются привлечь следующую волну развивающихся стран: Индию, Индонезию, Вьетнам, Пакистан и страны Африки.

Что сделают эти потенциальные потребители? Построят угольные станции или перейдут на чистые источники? Взглянем на их цели и возможности. Небольшая солнечная электростанция вполне подойдет жителям бедного сельского района, которым нужно заряжать мобильные телефоны и включать свет по ночам. Однако подобное решение никогда не обеспечит большие объемы дешевой бесперебойной электроэнергии, которая нужна этим странам для развития экономики. Они планируют взять пример с Китая: развивать свою экономику, используя промышленное производство и колл-центры – то есть отрасли, требующие намного больше энергии (и намного более стабильной), чем дают небольшие возобновляемые источники на сегодня.

Если эти страны, подобно Китаю и богатым странам, выберут угольные электростанции, разразится настоящая климатическая катастрофа. Но сейчас для них это наиболее экономичный вариант.

Откуда вообще берется зеленая наценка? Газовые электростанции должны покупать топливо, чтобы работать; солнечные и ветряные станции и плотины получают топливо бесплатно. Кроме того, принято считать, что чем больше масштаб применения технологий, тем они дешевле. Почему же переход на зеленое производство электроэнергии обходится дороже?

Одна из проблем заключается в дешевизне ископаемого топлива. Поскольку цена на него не учитывает настоящие издержки климатических изменений – то есть экономический ущерб от повышения температуры на планете, – чистым источникам энергии сложно с ним конкурировать. К тому же мы потратили много десятков лет на строительство этой системы – чтобы добывать ископаемое топливо из земли, преобразовывать его в энергию и доставлять эту энергию людям по низкой цене.

Другая причина заключается в том, что, как я отметил, в некоторых регионах мира нет подходящих возобновляемых источников энергии. Чтобы обеспечить 100 % необходимой электроэнергии, придется транспортировать огромные объемы чистой энергии с места ее производства (из ветреных, а также солнечных мест, в идеале ближе к экватору) туда, где она нужна (где облачно и нет ветра). Для этого придется построить новые линии электропередач, а это дорого и требует немало времени, особенно если придется пересекать границы между странами, и чем больше линий электропередачи мы проведем, тем выше будет цена на энергию. По сути, на транспортировку и дистрибуцию приходится более трети итоговой стоимости электроэнергии[51]51
  Линии электропередачи можно сравнить со скоростной автострадой, а дистрибуцию – с местной дорогой. С электростанции электроэнергия доставляется в город по высоковольтным линиям электропередачи, а затем поступает в местную низковольтную систему дистрибуции – то есть линии передачи, которые вы видите в своем районе.


[Закрыть]. К тому же в поставках электроэнергии многие страны не хотят полагаться на своих соседей.

Однако дешевая нефть и дорогие линии электропередачи не основные факторы, формирующие зеленые наценки. Главные виновники – это наше стремление к стабильности и треклятые перебои.

Солнце и ветер – ненадежные источники, иными словами они не обеспечат электричество 24 часа в сутки и 365 дней в году. Мы же нуждаемся в электроэнергии постоянно. Так что, если солнце и ветер станут основными ее источниками и мы хотим избежать перебоев, понадобятся «страховочные» варианты на случай, когда солнце не светит и ветер не дует. Придется либо хранить запас электроэнергии в аккумуляторах (что чудовищно дорого, о чем я скажу ниже), либо добавить другие источники на ископаемом топливе, такие как газовые электростанции, которые будут использоваться только по мере надобности. В любом случае расчеты против нас. Чем мы ближе к 100 % чистой электроэнергии, тем сложнее и дороже проблема перебоев.

Яркий пример – когда солнце опускается за горизонт и «обрубает» источник солнечной электроэнергии. Допустим, мы захотим решить эту проблему, взяв один киловатт-час лишней энергии, которая вырабатывается за день, чтобы использовать ее ночью. (Понадобится намного больше, чем один киловатт-час, но я специально упрощаю пример, чтобы облегчить расчет.) Насколько это «резервирование» повысит цены на электричество?

Все зависит от двух факторов – стоимости аккумулятора и срока его эксплуатации до замены. Что касается цены, допустим, можно купить аккумулятор на один киловатт-час за 100 долларов. (Это весьма сдержанная оценка, и мы не будем обсуждать, что произойдет, если придется брать кредит на покупку аккумулятора.) Предположим, что срок его службы составит 1000 циклов заряда-разряда.

Итак, общая стоимость аккумулятора на один киловатт-час – 100 долларов на 1000 циклов, а значит, 10 центов за киловатт-час. Это плюс к расходам на производство самой электроэнергии, что при использовании солнечной энергии составляет 5 центов за киловатт-час. Другими словами, энергия, которую мы храним для ночного потребления, обойдется в три раза дороже того, что мы платим в течение дня: 5 центов за производство и 10 центов за хранение, итого 15 центов.

Некоторые ученые считают, что могут создать аккумулятор, который прослужит в пять раз дольше, чем тот, о котором шла речь. Если это возможно, то наценку удастся снизить с 10 до 2 центов, что, конечно, намного лучше. В любом случае ночную проблему можно решить уже сейчас, если мы готовы заплатить солидную наценку, – а благодаря инновациям, я уверен, ее удастся сократить.

К сожалению, ночные перебои еще не самая большая проблема. Сезонные колебания летом и зимой – намного более серьезное препятствие. Есть несколько вариантов решений – добавить энергию с атомной или газовой электростанции с технологией улавливания выбросов, и любой реалистичный сценарий предполагает один из этих вариантов. Я еще вернусь к ним, но сейчас, иллюстрируя проблему сезонных колебаний, для простоты ограничусь аккумуляторами.

Допустим, мы хотим сохранить один киловатт-час не на сутки, а на целый сезон. Произведем мы его летом, а зимой используем для отопления. На этот раз жизненный цикл аккумулятора не проблема, поскольку мы заряжаем его только раз в год.

Но, допустим, нужно дополнительное финансирование для покупки этого аккумулятора. Мы нашли кредит в 100 долларов. (Как вы понимаете, для одного аккумулятора вряд ли придется привлекать дополнительное финансирование, но оно может понадобиться при покупке аккумуляторов для хранения нескольких гигаватт. Расчеты те же.) Если мы платим 5 % по кредиту, а аккумулятор стоит 100 долларов, то это плюс еще 5 долларов на хранение одного киловатт-часа. Помните, сколько мы тратим на солнечную энергию в течение дня? Всего 5 центов. Кто заплатит 5 долларов за хранение электричества, которое на самом деле стоит 5 центов?

Сезонные колебания и высокая стоимость хранения приводят к еще одной проблеме – особенно для крупных потребителей солнечной энергии, – проблеме переизбытка летом и нехватки зимой.

Поскольку ось вращения Земли наклонена, количество солнечного света, которое попадает на конкретное место планеты, варьируется в зависимости от времени года, как и интенсивность света. Насколько велика разница, зависит от того, как далеко вы находитесь от экватора. В Эквадоре почти нет никаких изменений. В Сиэтле, где я живу, мы получаем примерно в два раза больше солнечного света в самый долгий день в году, чем в самый короткий. В некоторых регионах Канады и России – в 12 раз больше[52]52
  У ветра тоже есть сезонные колебания. В США ветровая электроэнергия достигает пика весной, а нижнего показателя – в середине и конце лета (хотя в Калифорнии все наоборот). Разница может быть кратна 2–4.


[Закрыть].

Чтобы объяснить, почему эти колебания важны, проведем еще один мысленный эксперимент. Представим город неподалеку от Сиэтла – назовем его Солнцеградом, – который хочет производить гигаватт солнечной энергии круглый год. Какую площадь должна занимать его солнечная установка?

Один вариант – установить столько солнечных панелей, сколько нужно для производства гигаватта электроэнергии летом, когда много солнца. Но зимой, когда солнечного света в два раза меньше, городу придется туго: он столкнется с нехваткой электроэнергии. (А городской совет прекрасно понимает, что хранить электроэнергию слишком дорого, поэтому от аккумуляторов отказались.) Другой вариант – разместить столько солнечных панелей, сколько нужно для коротких зимних дней. Однако в этом случае с наступлением лета город будет производить гораздо больше электроэнергии, чем нужно. Цены на электричество упадут в разы, и невозможно будет возместить затраты на установку всех этих панелей.

Решить проблему переизбытка Солнцеград может, отключив некоторые панели летом, но тогда получится, что город вкладывает деньги в оборудование, которое используется только несколько месяцев в году. Это повысит цены на электричество для жилых домов и коммерческих организаций. Другими словами, зеленая наценка вырастет.

Это не просто гипотетический пример. Нечто похожее происходило в Германии, которая развернула амбициозную программу Energiewende и нацелилась на получение к 2050 году 60 % энергии за счет возобновляемых источников. За последние 10 лет страна потратила миллиарды долларов, расширяя области применения возобновляемых источников и повысив мощности производства солнечной электроэнергии почти на 650 % с 2008 по 2010 год. Однако в июне 2018 года Германия произвела примерно в 10 раз больше солнечной энергии, чем в декабре 2018 года[53]53
  Fraunhofer ISE, www.energy-charts.de.


[Закрыть]. По сути, в некоторые летние дни немецкие солнечные и ветряные станции производят столько энергии, что страна не может ее израсходовать. Когда такое происходит, Германия поставляет часть электроэнергии в соседние Польшу и Чехию. Лидеры этих стран жалуются, что это перегружает их собственную энергетическую систему, вызывая непредсказуемые колебания в ценах[54]54
  Zeke Turner. “In Central Europe, Germany’s Renewable Revolution Causes Friction,” Wall Street Journal, Feb. 16, 2017.


[Закрыть].

Перебои связаны с еще одной проблемой, решить которую даже сложнее, чем проблему суточных и сезонных колебаний. Что произойдет, когда в силу тех или иных причин город будет вынужден прожить несколько дней без возобновляемых источников энергии?

Представьте будущее, в котором Токио получает всю необходимую электроэнергию только от ветрогенераторов. (В Японии действительно дуют ветры с берега и с моря.) Однажды в августе, на пике сезона тайфунов, на страну обрушивается чудовищный ураган. Если не отключить ветряные турбины, он может разнести их в клочья. Власти Токио принимают решение отключить турбины и использовать электроэнергию, которая хранится в самых больших аккумуляторах, какие удалось найти.

Вопрос в следующем: сколько аккумуляторов понадобится, чтобы обеспечить Токио электроэнергией в течение трех дней, пока ураган не утихнет и можно будет снова включить турбины?

Ответ: больше 14 миллионов аккумуляторов. Это больше, чем производится во всем в мире за 10 лет. Их стоимость – 400 миллиардов долларов, а с учетом срока службы аккумуляторов ежегодные расходы составят более 27 миллиардов долларов[55]55
  Вот как я получил эту цифру: с 6 по 8 августа 2019 года Токио использовал 3122 гигаватт-часов электроэнергии. Для базовой нагрузки я взял 5,4 миллиона проточных аккумуляторов со сроком службы 20 лет и стоимостью 36 тыс. долларов за штуку. Для пикового спроса я взял 9,1 миллиона литий-ионных аккумуляторов со сроком службы 10 лет и стоимостью 23 тыс. долларов.


[Закрыть]. И это только расходы на сами аккумуляторы, сюда не входят траты на их установку и обслуживание.

Это гипотетический пример. Никто не считает, что Токио должен получать всю электроэнергию от ветра и хранить ее в имеющихся на сегодня аккумуляторах. Я использую этот пример, чтобы подчеркнуть, как сложно и дорого хранить электроэнергию в больших объемах, но это одна из проблем, требующая решения, если мы собираемся получать значительный процент чистой электроэнергии из нестабильных источников.

А чистой электроэнергии нам понадобится намного больше уже в ближайшие годы. Большинство экспертов считают, что по мере электрификации других высокоуглеродных процессов, таких как производство стали и работа транспорта, мировой объем производства электроэнергии придется удвоить или даже утроить к 2050 году. И это без учета роста населения и того факта, что люди будут богатеть и нуждаться в большем количестве электроэнергии. Мир повысит ее потребление более чем в три раза.

Поскольку солнце и ветер ненадежны, придется увеличить мощность электростанций и производить больше электроэнергии. (Мощность показывает, сколько электроэнергии можно теоретически произвести при самом сильном солнце и самом сильном ветре; выработка – реальный объем, учитывающий колебания, закрытие энергетических станций на ремонт и другие факторы. Выработка всегда ниже, чем мощность, а в случае таких нестабильных источников, как солнце и ветер, – намного ниже.)

С ростом производства электроэнергии и повышения роли солнца и ветра полный переход на безуглеродную электроэнергию в Америке к 2050 году потребует дополнительных 75 гигаватт мощности ежегодно в течение 30 лет.

Много ли это? За последние 10 лет мы добавляли в среднем 22 гигаватт в год. Теперь нужно увеличить этот показатель в три раза и удерживать этот темп еще три десятка лет.

Будет чуть проще, когда мы сделаем солнечные батареи и ветрогенераторы дешевле и эффективнее – то есть когда придумаем, как получать из солнечного света и ветра еще больше энергии. (На сегодня лучшие солнечные панели преобразуют в электроэнергию меньше четверти солнечного света, а теоретическая верхняя граница самого распространенного коммерческого типа панелей составляет около 33 %.) Когда коэффициент конверсии вырастет, мы сможем получать больше энергии с той же площади земли, что будет весьма полезно для широкого применения этих технологий.

Но более эффективных панелей и турбин недостаточно, поскольку есть колоссальная разница между строительством в XX веке и нашими потребностями в XXI веке. Местоположение играет ключевую роль.

С момента появления электросетей почти все электростанции в Америке располагались неподалеку от стремительно растущих городов: было удобно использовать железные дороги и трубопроводы для транспортировки ископаемого топлива с места добычи на электростанции, где его сжигали и производили электроэнергию. А значит, американские электросети нуждаются в железных дорогах и трубопроводах для транспортировки топлива на большие расстояния до электростанций, а затем в линиях электропередачи для подачи электричества на короткие расстояния в города.

Для солнечной и ветровой энергии эта модель не подходит. Солнечный свет невозможно транспортировать в железнодорожной цистерне на электростанцию – его нужно преобразовывать в электроэнергию прямо на месте. Однако почти все солнце в Америке находится на юго-западе, а ветер – на Великих равнинах, далеко от крупных городов.

В двух словах, перебои – основной фактор, который повышает цены на безуглеродное производство электроэнергии. Именно по этой причине города, которые пытаются перейти на зеленые источники энергии, все равно дополняют солнечную и ветровую энергию другими источниками, такими как газовые электростанции, которые можно включать и выключать по требованию, а эти так называемые пиковые электростанции даже с натяжкой нельзя назвать безуглеродными.

Внесем ясность: нестабильные источники энергии, такие как солнце и ветер, могут сыграть важную роль в стремлении к нулевым выбросам. По сути, другого пути у нас нет. Причем перейти на возобновляемые источники нужно как можно быстрее – там, где это экономически целесообразно. Удивительно, насколько снизилась стоимость солнечной и ветровой электроэнергии за последние 10 лет: солнечные фотоэлементы, к примеру, с 2010 по 2020 год подешевели в 10 раз, а стоимость полноценной системы солнечной энергетики снизилась на 11 % за один только 2019 год. В основном этот спад вызван тем, что мы учимся на своем опыте: чем чаще мы что-то делаем, тем лучше у нас получается.

Однако нам еще предстоит устранить препятствия, которые мешают использовать возобновляемые источники с максимальной пользой. К примеру, многие считают, что американская электросеть представляет собой единую систему, но на самом деле это не так. Нет одной электросети; их много, и они разрозненные, поэтому электроэнергию можно доставлять только в те регионы, где она производится. Аризона может продавать излишек солнечной электроэнергии соседям, но не штатам на другом конце страны.

Эту проблему можно решить, расчертив страну тысячами километров особых высоковольтных линий электропередачи, рассчитанных на большие расстояния. Подобная технология существует. По сути, США уже провели такие линии. (Самая длинная тянется от штата Вашингтон до Калифорнии.) Но политические препятствия к массовому преобразованию электросетей слишком велики.

Только подумайте, интересы скольких землевладельцев, коммунальных компаний, местных и правительственных органов придется задеть, чтобы проложить линии электропередачи, по которым солнечная энергия поступит с юго-запада страны к клиентам в Новой Англии! Один только выбор маршрута и получение разрешений – колоссальная задача; люди вряд ли обрадуются, если вы захотите провести линии электропередачи через местный парк.

Начало строительства линии электропередачи TransWest Express для транспортировки ветровой энергии из Вайоминга в Калифорнию и на юго-запад страны запланировано на начало 2021 года. Заработает она в 2024 году – через 17 лет после начала планирования.

Но если проект удастся, это будет настоящий прогресс. Я финансирую другой проект, в рамках которого создали компьютерную модель всех электросетей США. С помощью этой модели эксперты выяснили, что нужно сделать западным штатам, чтобы добиться цели, которую поставила перед собой Калифорния, – 60 % возобновляемых источников к 2030 году, а восточным штатам, чтобы добиться цели, которую поставил Нью-Йорк, – 70 % чистой энергии за тот же срок. Эксперты обнаружили, что это невозможно без усовершенствования системы энергообеспечения. Модель также показала, что общерегиональные и национальные методы передачи электроэнергии – вместо разрозненных попыток обойтись собственными технологиями – позволят каждому штату сократить эмиссию, задействовав на 30 % меньше возобновляемых источников, чем понадобилось бы в противном случае. Другими словами, мы сэкономим деньги, построив электростанции на возобновляемых источниках в оптимальных локациях, создав единую общенациональную сеть и транспортируя энергию с нулевыми выбросами в любой регион страны[56]56
  Эту модель можно найти в интернете в свободном доступе. Подробнее см. breakthroughenergy.org.


[Закрыть].

В ближайшие годы, когда электричество станет еще более важным «ингредиентом» нашей энергетической «диеты», нам понадобятся подобные модели для всего мира. Они помогут ответить на следующие вопросы: какое сочетание чистых источников будет наиболее эффективным в данном регионе? по какому маршруту должны идти линии электропередачи? какие законодательные особенности ограничивают этот процесс и какие стимулы нужно создать? Надеюсь скоро увидеть много подобных проектов.

Еще одна трудность: по мере того как наши дома будут меньше полагаться на ископаемое топливо и больше – на электричество (к примеру, чтобы зарядить электрокары и включать отопление зимой), придется усовершенствовать электропроводку каждого дома. Многие улицы предстоит перекопать, взобраться на электрические столбы, чтобы установить более тяжелые провода, трансформаторы и другое оборудование. Каждый почувствует изменения на собственной шкуре, и глобальные решения проявятся на местном уровне.

Технологии помогут преодолеть некоторые неудобства. К примеру, линии электропередачи будут меньше мозолить глаза, если проводить их под землей. Но на сегодняшний день это увеличивает их стоимость в 5–10 раз. (Проблема в нагреве: провода нагреваются, когда по ним поступает ток. Когда они над землей, проблем нет – тепло испаряется в воздухе, но под землей ему некуда деться. При сильном нагреве провода начнут плавиться.) Некоторые компании разрабатывают линии электропередачи следующего поколения, исключающие проблему нагревания и значительно снижающие расходы на подземную прокладку проводов.