Великий енергетичний перехід

Загальний доступ до чистих, надійних, недорогих і сучасних джерел енергії для всього людства – це глобальна мета сталого розвитку, заявлена ООН під номером 7. Експерти Організації не втомлюються повторювати: за значимістю вона не поступається ні меті №3, яка має на увазі забезпечення здоров'я всіх в будь-якому віці, ні меті №6, яка передбачає санітарію та раціональне використання водних ресурсів планети.

Ключовий ресурс

Пандемія COVID-19 тільки посилила сформоване в «Цілях ...» розуміння того, наскільки насправді важливі доступ до чистих і безпечних видів палива та підвищення рівня електрифікації. У Звіті про прогрес в галузі енергетики говориться, що вона грає ключову роль в запобіганні хворобам і боротьбі з пандеміями. На перший погляд, це здається дивним, але все дуже просто: три стовпи боротьби з глобальною епідемією ґрунтуються саме на енергетиці. Адже це і забезпечення госпіталів та лікарень електроживленням, і постачання населення чистою водою для необхідної гігієни, і послуги в галузі інформаційних технологій для зв'язку між людьми при збереженні соціальної дистанції.

В ООН пропонують вдуматися в кілька цифр: лише 28% медустанов на південь від Сахари мають надійний доступ до електрики, там же позбавлені її 840 мільйонів чоловік, а це – кожен п'ятий з населення Землі. І три мільярди людей все ще залежать від традиційної біомаси для опалення та приготування їжі. 

Одночасно традиційні види джерел енергії на планеті – домінуючий фактор в галузі зміни клімату, на їхню частку припадає 60% світових викидів парникових газів. А частка енергії з відновлюваних джерел (ВД) в загальному обсязі кінцевого енергоспоживання все ще не досягла 20%.

Читайте також: Топ-10 регіональних центрів, які очолили перегони за лідерство в енергопереході

Проблему потрібно вирішувати негайно. Глобальна мета №7 прагне забезпечити загальний доступ до недорогого, надійного і сучасного енергопостачання вже до 2030 року. До цього ж терміну – подвоїти планетарний показник підвищення енергоефективності, збільшити частку енергії з ВД в світовому енергетичному балансі, полегшити доступ до досліджень в галузі екологічно чистої енергетики. Чи досяжна ця заявлена ​​ООН мета? Що повинні робити уряди, наукові інститути та домогосподарства, щоб стримати кліматичну катастрофу, що насувається?

Змінити світ

Традиційно передбачається, що над вирішенням проблем планетарного масштабу зобов'язані битися кращі уми, а по-хорошому – і найбагатші люди. Ці другі не розчаровують: до досліджень в галузі проривних енергетичних технологій вже підключається лакшері-сектор світового бізнесу. Мільярдери давно зрозуміли: людству потрібно терміново фундаментально перебудовувати енергетичний сектор, а це – найбільший бізнес у світі.

У лютому цього року представник люкс-індустрії, автомобільний концерн Rolls-Royce, представив британському уряду план проєкту атомного модульного реактора малої потужності. За словами топ-менеджера компанії Пола Штайна, який має намір побудувати національний парк міні-АЕС з 16 реакторами, ця технологія на даний момент – єдиний шлях до переходу на безвуглецеву енергетику не пізніше 2050 року.

Перший малий реактор від Rolls-Royce потужністю 470 МВт має запрацювати в 2030 р. Але крім виробництва електроенергії такі реактори дозволять концерну зайнятися виробництвом водню і синтетичного палива, опріснням морської води і теплопостачанням. Пол Штайн впевнений: одна міні-АЕС, термін експлуатації якої складе не менше 60 років, буде здатна забезпечити електрикою місто з населенням 800 тисяч чоловік, теплом – місто з населенням 600 тисяч чоловік або виробляти 500 млн кубометрів питної води на рік.

Про необхідність докорінного реформування світового енергетичного сектора думає Білл Гейтс, який в лютому цього року презентував книгу «Як уникнути кліматичної катастрофи» («How to avoid a climate disaster»), а ще раніше створив венчурний фонд Breakthrough Energy. Фонд інвестує в три десятка компаній, які працюють над без- і низьковуглецевими способами виробництва цементу і сталі, вирощування рослин і тварин, транспортування людей і товарів по всьому світу, опалення та охолодження будинків. «Багато з цих ідей виявляться невдалими, – говорить Гейтс. – Але ті, які спрацюють, зможуть змінити світ».

Розпад цивілізації?

А поки засновник Microsoft пише книги і інвестує в наукоємні розробки, візіонер, технокороль і з недавнього часу найбагатша людина планети Ілон Маск ставить масштабні експерименти. Прямо зараз його концерн Tesla в парі з французьким виробником ВДЕ Neoen будує в Австралії, неподалік міста Джелонг штату Вікторія, другу за рахунком гігантську акумуляторну батарею ємністю 300 МВт/450 МВт-год – це вдвічі більше, ніж у попередньої. Батарея буде готова вже до листопада 2021-го і зможе забезпечувати електрикою 500 тисяч будинків на годину.

Сама ідея побудувати мега-акумулятор для порятунку цілого континенту народилася у Маска чотири роки тому завдяки листуванню в Twitter. Тоді австралійський техномагнат Майк Кеннон-Брукс, ймовірно, жартома запитав у Ілона, чи має намір він допомогти континенту після осіннього блекаута 2016-го, коли результаті сильних штормів вся Південна Австралія залишилася без електрики.

Технокороль виклик не тільки прийняв, але побився об заклад: він подарує Австралії найбільшу в світі літій-іонну батарею, якщо Tesla не збудує її за 100 днів. Але компанія вклалася рівно в 60. Маск потім говорив: «Два місяці! Так за такий термін ви навіть ремонт на кухні зробити не встигнете». Мільярдер упевнений: тим самим його компанія демонструє світу, де справді проходять межі можливого.

Повний заряд системи Big Tesla Battery ємністю 150 МВт/193,5 МВт-год накопичує електроенергію і в пікові години споживання забезпечує нею близько 30 тисяч домогосподарств на годину. Тобто, надає ті ж послуги, що і австралійські газові електростанції, але з нульовим вуглецевим слідом і економією приблизно 40 млн доларів на рік. Нещодавно Ілон Маск заявив про намір побудувати подібну гігантську енергосистему потужністю 810 МВт-год на Гаваях. «Рано чи пізно викопні ресурси закінчаться, – попереджає Маск. – І перед нами буде стояти вибір: розпад цивілізації або пошук поновлюваних джерел енергії».

How can I help?

«Зелений маніфест» (My green manifesto) Білла Гейтса, опублікований Financial Times, починається зі слів: «У бесідах, які я веду про кліматичні зміни, одне питання виникає частіше за інших: – Чим я можу допомогти? (How can I help?)». Допомогти і справді може кожен, а не тільки захоплені футуристичними ідеями найбагатші люди планети. ООН насамперед для досягнення мети №7 рекомендує кожному домогосподарству по всьому світу використовувати тільки енергозберігаючі побутові прилади і лампочки, а Гейтс – «купувати без- і низьковуглецеву продукцію, наприклад, бургери на рослинній основі або електромобілі, і підтримувати політику прискорення переходу до нульових викидів».

Читайте також: Викинь шубу, здавай макулатуру і ставай вегетаріанцем: що робити, щоб врятувати світ.

У свою чергу, держави, крім введення податку на вуглецеві викиди, повинні мінімум уп'ятеро збільшити фінансування розробок в галузі чистої енергетики (що виведе їх на один рівень з медичними дослідженнями), розробити стандарти обов'язкової частки споживання електрики або палива з безвуглецевих джерел, стимулювати інновації в чистій енергетиці.

Такий ривок належить зробити і Україні, чия енергетика має найпотужніший потенціал, але водночас – і безпрецедентну неповороткість. Тим часом, для сучасного енергетичного пирога потрібні інші інгредієнти. Подивимося, які з проривних технологій у нас вже є, і які сектори енергосистеми, при такій же наполегливості, як у Ілона Маска, можна змусити працювати на безвуглецеве майбутнє.

Реактори малої потужності і більшої гнучкості

11% світового виробництва електроенергії і 26% – європейського припадає зараз на атомні електростанції. Причому держави, що розвивають ядерну енергетику, в останні кілька років усвідомлюють гостру потребу світового енергоринку в будівництві нових енергоблоків. Навіть Єврокомісія в документі під назвою «Чиста планета для всіх» визнає: атомна енергетика нарівні з ВДЕ стане основою безвуглецевої енергосистеми після 2050 року.

В Україні питання постане гостро вже через 9 років: починаючи з 2030-го, енергоблоки чотирьох АЕС будуть один за одним виводитися з експлуатації, виробивши свій проєктний і потім подовжений термін. У період з 2030 до 2040 року подовжені терміни експлуатації закінчаться у 12 з 15 діючих в Україні енергоблоків, а в період з 2041-го по 2055-й – у решти трьох.

Тому очевидно, що нові реакторні технології для країни – вже не примха, а нагальна потреба. Крім того, експериментальні розробки в країнах світу доводять: реактори нового типу дозволять виробляти не тільки електроенергію, але і опріснену воду, і водень. Тому найбільш перспективною для впровадження в країні визнана технологія реакторів малої потужності до 300 МВт.

Малі модульні реактори (ММР) мають незаперечні переваги перед великими реакторами минулих поколінь. Їх можна будувати і запускати серійно, а значить – в прискореному темпі. Вони не вимагають величезних територій та підключення до потужних ліній електропередач, а також забезпечують прекрасний рівень маневрування потужністю, що вкрай важливо для масштабної Об'єднаної енергосистеми України. Крім того, вони не вимагають обладнання, якому потрібно зовнішнє електроспоживання. Розробники вже зараз пропонують використовувати ММР в режимі когенерації, а також в регіонах зі слабо розвиненими електричними мережами.

Поки Україна не прийшла до внутрішнього консенсусу: чи продовжувати проєкти добудови та будівництва великих енергоблоків на майданчиках існуючих АЕС, чи дати функціонуючим блокам виробити свій ресурс, одночасно повністю перепрофілювавши атомну енергетику країни під створення міні-АЕС з ММР. При цьому до 2025 року загальносвітовий ринок ММР отримає капіталізацію в трильйон доларів.

Сонячні міста

Власний дах з сонячних панелей плюс еноргонакопичувач, замкнута домашня енергосистема – 20 років тому американці, як і інші жителі планети, почувши про таке, крутили біля скроні. Зараз це реальність для все більшого числа домогосподарств в Штатах, і не тільки в них. Америку відкрила їм компанія Solar City, створена Пітером і Ліндоном Райвами. За сумісництвом вони – кузени Ілона Маска, а тому двері великих клієнтів (від мережі супермаркетів Wal-Mart до Армії США) відкривалися перед ними на початку нульових без стуку. Уже в 2009 р. встановлені компанією панелі генерували 440 МВт.

Зараз Solar City – дочірня компанія Tesla, і пропонований нею домогосподарствам механізм дуже простий: якщо раніше за панель на дах потрібно було «відвалити» мінімум 25 тисяч доларів, то нині клієнт платить за встановлену сонячну систему на 2,4 МВт 70 доларів в місяць плюс приблизно 100 доларів за споживання. Для порівняння: традиційний рахунок за електрику для середньостатистичного американського домогосподарства перевалює за 200 доларів. Економія очевидна – і клієнт голосує ногами. Solar City процвітає, але починає потроху поступатися позиціями конкурентам, які нині в Америці зростають, як гриби.

Однак сонячна енергетика має ряд істотних недоліків – вона сильно залежить від кількості сонячних днів на окремо взятій території і точно вимагає потужних накопичувачів, які на планеті будує поки що лише Ілон Маск. Проте, приватні інвестори в ВДЕ не впадають у відчай, і сонячна енергетика в Україні стає трендом.

У лютому цього року Держагентство України з енергоефективності та енергозбереження спільно з Міністерством енергетики заявили: працюють над законопроєктом, який дозволить домогосподарствам встановлювати об'єкти чистої енергетики тільки на власні потреби за тим самим принципом Net Metering, що практикується в світі (система чистого вимірювання, «те, що залишається після вирахування», тобто – різниця між електрикою спожитою і відданою в загальну мережу).

Однак механізмів для мотивації звичайного споживача в Україні все ще немає. Навесні Міненерго України відзвітувало: частка ВДЕ в загальному енергобалансі країни в минулому році склала 12,4%, в цьому році має перевищити 13%, і значить, вже досягла показників, закладених в Енергетичну стратегію України на період до 2035 року.

Буквально на днях розпочала роботу сонячна електростанція в Черкаській області – на території недобудованої Чигиринської АЕС. Загальна площа цієї СЕС – 80 га, норвезька компанія Scatec встановила там 60 тисяч панелей. Це, до речі, ще одна проблема сонячної енергетики – під неї займають величезні площі – і далеко не завжди відповідні. Але конкретний приклад свідчить: території, які простоюють, в Україні знайти не проблема. Було б бажання. І гроші. Ця СЕС обійшлася норвежцям в 2 млрд грн.

Енергія морського вітру

При всіх питаннях до вітроенергетики (шум, величезні території під «вітряки», надлишкове вироблення, що змінюється недовиробітком), в розвиток якої найбагатші країни Європи вкладають мільярди євро, вона зберігає в собі родзинку з величезним технічним, економічним і соціальним потенціалом. Це – так звана офшорна, або вітроенергетика морського базування.

Першу в світі офшорну вітроелектростанцію (ВЕС) в 1991 р. побудувала в Балтійському морі Данія. Двадцять років по тому 9 країн Європи експлуатували сукупно 45 ВЕС морського базування сумарною потужністю майже 3 ГВт. Вони постачають в європейську енергомережу понад 10,5 ТВт-год електроенергії. Тоді ж, у 2010 році, свої перші офшорні ВЕС – Cape Wind і Donghai Daqiao – побудували США і Китай. Зараз китайський ринок офшорної вітроенергетики має сумарну потужність більше 7 ГВт.

Глобальна офшорна вітроенергетика розвивається не так швидко, як хотілося б: обладнання, геопросторові дослідження, аналітичні оцінки морського вітрового потенціалу дорогі, спеціальних обслуговуючих компаній мало, держструктури неповороткі. Середня вартість будівництва офшорної ВЕС потужністю 1 ГВт, з огляду на витрати на підключення, – близько 4 млрд доларів.

Проте, починаючи з 2013 р. цей сектор демонструє зростання в середньому на 24% на рік. До 2019-го загальна потужність офшорних ВЕС перевищила 29 ГВт, або 5% від вітроенергетичної потужності планети. Зараз в Європі, Азії та США «зелену» електроенергію виробляють 162 офшорні ВЕС сумарною потужністю 32,5 ГВт. У п'ятірці лідерів – Великобританія (10,4 ГВт), Німеччина (7,7 ГВт), Китай (7,05 ГВт), Нідерланди (2,6 ГВт) і Бельгія (2,2 ГВт).

Стратегія ЄС для використання потенціалу морських ВДЕ в рамках Європейського Зеленого Курсу (European Green Deal) відзначає великий природний потенціал Чорного моря не тільки для реалізації офшорних вітрових проєктів, але і для виробництва електроенергії з енергії хвиль. Сьогодні Україна виступає учасником регіонального співробітництва в контексті Загальної порядку стратегічних досліджень та інновацій для Чорного моря.

З огляду на досвід країн-членів ЄС і Енергетичного співтовариства, які мають вихід до Чорного моря і домоглися скорочення викидів, розвиток цього сектора вітроенергетики в Україні – один з оптимальних варіантів досягнення цілей Європейського Зеленого Курсу і, зрозуміло, глобальної мети ООН №7. Згідно з аналізом Світового банку, технічний потенціал вітроенергетики для України в водах Чорного і Азовського морів сумарно становить 251 ГВт із середньорічним виробництвом електроенергії близько 985 млрд кВт-год (аналітики враховували також акваторію тимчасово анексованого Кримського півострова).

За оцінками вчених, річний виробіток електроенергії в цьому секторі може досягати майже більйона кВт-год, що в 6 і більше разів перевищує річне поточне споживання в країні, і дати скорочення викидів СО2 на рівні 5-7 млрд тонн в найближчі два десятиліття. Аналітики стверджують: дорожнеча офшорних ВЕС компенсується обсягами залучених коштів. У 2018 р. інвестиції в цей сектор на планеті склали 20 млрд доларів, це 6% від сумарних вкладень в ВДЕ. За прогнозами, до 2040 р. потужність офшорної вітроенергетики зросте в 15 разів і стане бізнесом з капіталізацією на рівні трильйона доларів.

Згідно з оцінками Інституту відновлюваної енергетики НАН України, ефективність офшорних вітрових установок співмірна з такою теплових електростанцій, що працюють на вугіллі і газі, і майже вчетверо перевищує коефіцієнт використання встановленої потужності сонячних фотоелектричних установок. І нарешті, офшорна вітроенергетика може нарівні з атомною генерацією стати платформою для створення в Україні ще одного сегмента економіки майбутніх десятиліть – ринку водневих технологій.

H₂ майбутнього

Воднева енергетика – новий технологічний тренд XXI століття, який розширює сфери застосування водню, що використовується не тільки в хімічній, нафтопереробній, металургійній та інших індустріях, а також для охолодження потужних турбогенераторів, але може і повинен задовольнити світовий попит на екологічно чисті види транспорту і надійні масштабні еноргонакопичувачі.

Японія вже прийняла програму розвитку водневої енергетики до 2040 року. А створена в 2017 році Рада з водневих технологій (Hydrogen Council), серед членів якої – Airbus, BMW Group, Bosch, Rolls-Royce, Honda, Hyundai, Kawasaki, Microsoft, Siemens Energy, Aramco, Toyota, – має намір домагатися включення виробництва водню до переліку ключових технологій великого енергетичного переходу.

Рада розробила дорожню карту розвитку водневої енергетики, її члени готові інвестувати в цю галузь 25 млрд доларів щорічно. Вони вважають, що до 2050 року на водень припаде 18% всіх енергетичних потреб світу. Згідно з консервативним сценарієм, частка промислового водню збільшиться до 2050 року з 70 до 230 млн тонн на рік, товарного – з 4 до 140 млн тонн на рік.

У сенсі виробництва товарного водню не тільки для внутрішніх потреб, а й виходу на ринки інших країн в української енергетики вражаючі можливості. Цей новий для неї напрямок обіцяє здійснити революцію в ядерній галузі, а також дати поштовх розвитку вітроенергетики морського базування. Адже вже аксіома: водень для автомобілів і еноргонакопичувачів повинен вироблятися екологічно чистими генераціями.

Вчені підрахували, що офшорна ВЕС потужністю 1 ГВт може виробляти обсяги «зеленого» водню, достатні для обігріву 250 тисяч домогосподарств. Додатковий поштовх до розвитку цього напрямку українські ВЕС морського базування отримали б, враховуючи, що Польща вже має намір створити «водневу магістраль» для транспортування цього виду палива на південь з офшорних ВЕС Північного моря (що належать Бельгії і Великобританії), а Данія планує створення енергетичних хабів з виробництва «зеленого» водню потужністю 12 ГВт, які можуть бути приєднані до європейської енергомережі.

Оскільки атомна енергетика має переваги над альтернативною – перш за все завдяки значно більш високій концентрації потужності вироблюваної енергії – вона зобов'язана першою запропонувати ринку чисту водневу технологію. 

Читайте також: Можливості альтернативної енергетики дозволяють скоротити споживання традиційних енергоносіїв удвічі

Проєкт обіцяє стати win-win, адже атомні станції України зможуть працювати на постійному рівні потужності. Крім того, ядерна енергетика отримає новий ліквідний продукт, з яким зможе виходити на закордонні ринки. Ну і нарешті, вступаючи в ряди першопрохідців на ще не створеному світовому ринку з колосальною перспективою розвитку, одними з перших відпрацьовуючи водневі технології, українські енергетики отримають можливість підвищити наукоємність своїх проєктів, зможуть залучати найбільш високопрофесійний людський ресурс і мільярдні інвестиції. «У країнах, які зроблять більше всіх для сприяння інноваціям в цій сфері, буде базуватися наступне покоління проривних компаній, а це робочі місця і економічне процвітання», – каже Білл Гейтс.

І головне – таким чином Україна в числі перших в світі зможе наблизитися до виконання глобальної мети ООН №7, вносячи свій внесок в загальнопланетарну справу декарбонізації.