Конец эпохи ископаемого топлива: к 2050 году угольные станции заменят солнце, ветер, атом и вода

Украина входит в перечень стран мира, чья экономика производит наибольшее количество выбросов парникового газа СО2. Замеры в период с 1990 по 2014 год показали, что на секторы «энергетика» и «промышленные процессы» приходится 85–90% выбросов СО2. При этом на сектор «электроэнергетика» – до 30%.

Подробный перечень таких стран приведен в разделе №5 так называемого Парижского соглашения, которое в конце декабря 2015 года подписали 195 государств. Политические лидеры были вынуждены признать, что Киотский протокол, подписанный в 2004 году и направленный на внедрение механизмов для уменьшения выбросов парниковых газов, себя не оправдал.

Парижское соглашение более радикальное по сравнению с Киотским протоколом: вместо того чтобы искать механизмы уменьшения выбросов на существующих объектах энергетики, в нем предлагается к 2050 году изменить саму структуру энергетики, отказавшись от использования угля и углеводородов, и отдать предпочтение атомной  и возобновляемой энергетике, а также гидрогенерации.

Уже сегодня закрытие угольных ТЭС стало общемировым трендом: в 2023–2030 годах их полностью закроют Великобритания, Франция, Финляндия, Канада. К 2025-му 10 угольных ТЭС закроет Корея; 500 угольных шахт закрывает Китай. КНР быстро наращивает мощности возобновляемой энергетики (ВЭ), даже сети не успевают за темпами строительства новых объектов ВЭ.

Согласно данным, приведенным в соглашении, с 2000 года средняя температура на земном шаре увеличилась почти на 1 °С. Поэтому, к 2020-му все страны должны разработать оптимальные программы дальнейшего развития, чтобы остановить рост температуры на Земле.

В июне в Киеве состоялась международная конференция «Низкоуглеродная энергетика: тренды, проблемы и перспективы», на которой представители государственного и частного сектора, научных и экспертных организаций начали дискуссию о проблемах и перспективах развития вышеупомянутых технологий, а также о том, как они могут быть задействованы в Украине с учетом передовых международных достижений. Mind проанализировал ключевые месседжи и выводы конференции.

Украинским угольным ТЭС уже ничего не поможет. В Украине за четыре месяца 2017 года доля низкоуглеродной энергетики составила почти 66%: 57% – АЭС, 7,7% – гидрогенерация и 1,25% – возобновляемая энергетика. Несмотря на это проблема парниковых выбросов в стране далека от решения.

К тому же к 2050 году имеющиеся мощности «атомки» полностью исчерпают свой ресурс эксплуатации, даже с учетом продления сроков. И ни одна возобновляемая генерация их не покроет.

Почему провалился Киотский протокол? Готовя и подписывая этот протокол, страны собирались создать глобальный рынок торговли выбросами СО2. Механизм предусматривался следующий: каждая страна получает свою квоту на выбросы. Если она не выбирает эту квоту, то остаток может продать любой другой стране, которая свою квоту, наоборот, выбирает. Однако идея не сработала.

«Система торговли выбросами не смогла достичь цели – создать стимулы для инвестирования в низкоуглеродные технологии. Цена составляла всего 5 евро за тонну СО2, а мы надеялись, что она достигнет хотя бы 30 евро за тонну », – рассказал Андре Госеа, старший менеджер по институциональным вопросам ассоциации «Европейский ядерный форум».

Впрочем, от самой идеи торговли выбросами все-таки не отказались. Мировые ассоциации ищут действенные механизмы функционирования таких торговых соглашений, к тому же они должны вписываться в глобальную стратегию противодействия изменению климата. Что касается европейского континента, то такие документы должны быть представлены на рассмотрение Еврокомиссии до 2019 года, сообщил Андре Госеа.

Возобновляемая энергетика. Сегодня выбросы СО2 от традиционной электроэнергетики в мире оцениваются в 55 млн тонн в год. Целый ряд европейских общественных и экспертных институтов требует, чтобы в ближайшие 5–7 лет выбросы сократились на 20%, а к 2035-му – на 40%. Такого сокращения предлагается достичь за счет повышения энергоэффективности  на 30% и за счет доведения доли возобновляемых источников в балансе энергопотребления до 27%.

Согласно энергетической стратегии Украины, к 2020 году доля возобновляемых источников должна составить 11% в балансе и 5700 МВт – в товарном производстве. Но на сегодня производится только 1000 МВт электроэнергии, что едва достигает 1,25% в общем балансе.

«До конца этого года инвесторами заявлено введение примерно до 600 МВт, это по очень оптимистичным оценкам. Но, я думаю, что это будет 300–350 МВт новых мощностей. Особого движения в нашей области нет, хотя условия развития достаточно благоприятные», – говорит Алексей Оржель, председатель Украинской ассоциации возобновляемой энергетики.

Крупные иностранные инвесторы в Украину так и не пришли, почти все проекты реализуются за счет отечественных бизнесменов. У местного бизнеса главная проблема – отсутствие длинных денег. Хотя стоимость оборудования постепенно уменьшается, а коэффициент полезного действия увеличивается. Например, те же солнечные панели китайского производства уже стоят $400 за киловатт. Сегодня работают ветряки, диаметр лопастей которых достигает 160 м, и уже разрабатывается проект на лопасти диаметром до 250 м. Есть возможность выпускать ветряки мощностью 20 МВт, и в дальнейшем КПД будет только увеличиваться.

Но трудно спрогнозировать, как долго продлится эта тенденция сокращения расходов и роста эффективности, поэтому точно рассчитать срок окупаемости проектов также невозможно. Вместе с тем, отмечает Оржель, в Украине есть и определенные защитные механизмы для инвесторов возобновляемой энергетики. Во-первых, их права зафиксированы в законе, а изменить закон гораздо труднее, чем какую-то директиву правительства. Во-вторых, зеленые тарифы зафиксированы в евро до 2020 года, поэтому меньше влияют на курсовые колебания. В-третьих, всю произведенную электроэнергию обязано выкупать ГП «Энергорынок» до 2030 года.

Представитель Украинской ветроэнергетической ассоциации Максим Сысоев согласен, что действующие условия для инвестирования в возобновляемую энергетику достаточно благоприятны.

«Срок окупаемости проекта – 10 лет, только год уходит на то, чтобы провести замеры ветра на выбранной местности. Поэтому инвесторы не очень спешат к нам. Если правительство Украины учтет сроки окупаемости и возможности привлечения кредитов, нарастить долю возобновляемой энергетики будет проще и быстрее», – добавляет он.

Тенденция к развитию частной генерации. Наиболее высокие темпы установки солнечных панелей наблюдаются в частных домохозяйствах. «Следует ожидать, что люди начнут покупать и мощные аккумуляторные батареи, чтобы уменьшить свою зависимость от централизованных поставок», – считает Оржель. В результате в стране постепенно изменится структура потребления электроэнергии. Пока никто в правительстве и профильных министерствах не обращает на это внимания, никаких макро- и микропрогнозов по потреблению нет.

Почему нельзя отказаться от атомной энергетики?Сегодня рабочие группы Европарламента рассматривают предложения об увеличении доли возобновляемой энергетики до 40%, но до сих пор нет расчетов – насколько это возможно и будет ли целесообразно. По данным «Европейского ядерного форума», в Европе компаниям, входящим в организацию, принадлежит 129 реакторов, которые обеспечивают работой 800 000 человек, а их общий оборот – 70 млрд евро в год. Что с ними делать?

В энергетике есть такое понятие, как базовая генерация – она производит постоянный объем электроэнергии, необходимый для круглосуточного обеспечения ряда жизненно необходимых объектов: промышленных производств, социальных зданий (больниц, школ-интернатов, гостиниц, ресторанов, тюрем), железных дорог, автодорог и аэропортов и т. п.

Пока ни одна инфраструктура возобновляемой энергетики не может обеспечить стабильную и прогнозируемую базовую мощность. Стабильную мощность пока не могут обеспечить и смарт-системы управления, которые оптимально рассчитывают и распределяют энергию от альтернативных источников. Но ни одна аккумуляторная батарея не в состоянии это делать в промышленных масштабах.

Такая же ситуация имеет место и в области альтернативной энергетики. Потребности населения Земли в электроэнергии будут увеличиваться, несмотря на все меры по энергоэффективности. А значит, наиболее прагматичной в этом плане остается атомная энергетика. По оценкам экспертов, увеличение объемов возобновляемой энергетики потребует увеличения базовой генерации такими же темпами.

Почему сейчас не строят мощные АЭС? Строительство новых блоков АЭС могло бы решить эти проблемы, однако темпы их возведения в мире далеки от растущих потребностей. По данным МАГАТЭ, сегодня строится не более 30 реакторов: 20 из них – в Китае, семь – в России, по несколько – в Индии и Арабских Эмиратах, по одному – Беларуси и Румынии. В Украине давно идут разговоры о возможности строительства 3-го и 4-го блоков на Хмельницкой АЭС, а также, в далекой перспективе, 5-го и 6-го – Южно-Украинской.

Бурное развитие атомной энергетики произошло в 70-х годах прошлого века. Однако после Чернобыльской катастрофы в 1986 году темпы строительства значительно упали. Еще больше скепсиса добавила авария на Фукусиме в 2011-м. Их последствия были настолько разрушительны и ужасны, что стали причиной возникновения движение активного сопротивления со стороны «зеленых» организаций.

Развитие цифровых технологий и мировой сети интернет создали дополнительные угрозы со стороны хакеров и террористов. Последняя волна хакерских атак, произошедших 27 июня по всему миру, задела Чернобыльскую АЭС и одну из станции на территории США. И это только то, что известно СМИ.

Все ждут научного прорыва. Сегодня строительство нового блока АЭС оценивается в $4000 за 1 кв*ч, тогда как 1 кВ*ч солнечной энергии стоит $800. Поэтому владельцы атомных станций и правительства стран больше заинтересованы в продлении сроков эксплуатации уже существующих блоков. Во-первых, стоимость продления составляет всего $300–350 за 1 кв*ч, во-вторых, в этом случае будет меньше социального напряжения и сопротивления.

К тому же мировая атомная энергетика уже стоит на пороге нового этапа развития – более безопасного и менее затратного. Ряд развитых стран мира уже практически готовы к промышленному производству и использованию так называемых модульных реакторов мощностью 150–200 МВт как небольших тепловых блоков. Украина в начале 2017 года вступила в Клуб стран, развивающих модульные реакторы. Об этих разработках Mind расскажет подробнее в следующем материале.

Куда потечет вода? Кроме атомщиков, мощным нападкам со стороны «зеленых» подвергаются и гидроэнергетики. Особое раздражение «народных» экологов вызывают планы по строительству новых водохранилищ.

«Любой имеет право критиковать, выдвигать необоснованные теории относительно безопасности и рисков. Этим занимается большое количество энтузиастов, а попытки на государственном уровне защитить интересы потребителей и производителей встречают бойкот и игнорирование со стороны чиновников и СМИ », – пожаловался Сергей Кучер, заместитель директора департамента стратегического развития и планирования реализации проектов ПАО «Укргидроэнерго».

В то же время специалист уверяет, что энергетический баланс Украины без гидрогенерации не будет достигнут ни в 2030, ни в 2050 годах. Все знают, что гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие электростанции (ГЭС и ГАЭС) покрывают пиковые нагрузки энергосистемы утром и вечером. Вместе с угольными ТЭС они относятся к так называемой маневренной генерации – мощность выдачи электроэнергии можно регулировать в зависимости от потребности.

И система ГЭС и ГАЭС не только «маневрирует», именно благодаря созданию водохранилищ она выполняет другие социальные и экономические функции, о которых многие забывают. «Водохранилища имеют комплексное использование, прежде всего – это водоснабжение для населения, затем – для нужд ирригации в сельском хозяйстве, да и производство пиковой электроэнергии. Среди крупных водохранилищ не существует ни одного специализированного в чистом виде, все имеют комплексный характер», – объясняет Кучер.

Вообще-то, практически на всех крупных реках мира созданы водохранилища. Из-за неравномерного распределения воды водохранилища в мире также распределяются неравномерно. Но все развитые и развивающиеся страны стараются равномерно накапливать воду, и каждая страна строит водохранилища. Сейчас их совокупная емкость – 6000 куб. км воды.

Каким образом влияют на гидроэнергетику климатические изменения. Повышение температуры на 1 °С на 20% уменьшает водные ресурсы в регионе и на 7% увеличивает количество населения, страдающего от недостатка воды. Глобальное потепление уже приводит к тому, что вода поступает  очень неравномерно, и именно она становится крупнейшим стратегическим ресурсом мира. Согласно докладу Всемирной комиссии по большим плотинам, нехватка воды может привести к наиболее жестоким конфликтам.

Развитие гидроэнергетики сильно зависит от стихийных бедствий и непрогнозируемых воздействий погоды. Но для Украины прогноз на ближайшие несколько десятилетий достаточно спокойный. Общее количество воды, которое будет поступать в наши реки, останется неизменным, произойдет лишь перераспределение по месяцам и по пикам. Поэтому потоки «экологических» беженцев могут предпочесть Украину. И нам важно не допустить серьезных противостояний.

О новых проектах развития отечественной гидрогенерации Mind готовит отдельный материал.