Большой энергетический переход

Большой энергетический переход

Как выстроить «зеленые» мосты для Украины

Цей матеріал також доступний українською
Большой энергетический переход

Всеобщий доступ к чистым, надежным, недорогим и современным источникам энергии для всего человечества – это глобальная цель устойчивого развития, заявленная ООН под номером 7. Эксперты Организации не устают повторять: по значимости она не уступает ни цели №3, которая подразумевает обеспечение здоровья всех в любом возрасте, ни цели №6, предполагающей санитарию и рациональное использование водных ресурсов планеты.

Ключевой ресурс

Пандемия COVID-19 только усилила сформированное в «Целях…» понимание того, насколько на самом деле важны доступ к чистым и безопасным видам топлива и повышение уровня электрификации. В Отчете о прогрессе в области энергетики говорится, что она играет ключевую роль в предотвращении болезней и борьбе с пандемиями. На первый взгляд, это кажется странным, но все очень просто: три столпа борьбы с глобальной эпидемией зиждятся именно на энергетике. Ведь это и обеспечение госпиталей и больниц электропитанием, и снабжение населения чистой водой для необходимой гигиены, и услуги в области информационных технологий для связи между людьми при сохранении социальной дистанции.

В ООН предлагают вдуматься в несколько цифр: только 28% медучреждений к югу от Сахары имеют надежный доступ к электричеству, там же лишены его 840 миллионов человек, а это – каждый пятый из населения Земли. И три миллиарда человек все еще зависят от традиционной биомассы для отопления и приготовления пищи. 

В 2012 году загрязнение воздуха в результате приготовления пищи и отопления с использованием горючего топлива унесло 4 миллиона 300 тысяч жизней, 6 из каждых десяти погибших – женщины и девочки.

Одновременно традиционные виды источников энергии на планете – доминирующий фактор в области изменения климата, на их долю приходится 60% мировых выбросов парниковых газов. А доля энергии из возобновляемых источников (ВИ) в общем объеме конечного энергопотребления все еще не достигла 20%.

Читайте также: Топ-10 региональных центров, возглавивших гонку за лидерство в энергопереходе

Проблему нужно решать немедленно. Глобальная цель №7 стремится обеспечить всеобщий доступ к недорогому, надежному и современному энергоснабжению уже к 2030 году. К этому же сроку – удвоить планетарный показатель повышения энергоэффективности, увеличить долю энергии из ВИ в мировом энергетическом балансе, облегчить доступ к исследованиям в области экологически чистой энергетики. Достижима ли эта заявленная ООН цель? Что должны делать правительства, научные институты и домохозяйства, чтобы сдержать надвигающуюся климатическую катастрофу?

Изменить мир

Традиционно предполагается, что над решением проблем планетарного масштаба обязаны биться лучшие умы, а по-хорошему – и самые богатые люди. Эти вторые не разочаровывают: к исследованиям в области прорывных энергетических технологий уже подключается лакшери-сектор мирового бизнеса. Миллиардеры давно поняли: человечеству нужно срочно фундаментально перестраивать энергетический сектор, а это крупнейший бизнес в мире.

В феврале этого года представитель люкс-индустрии, автомобильный концерн Rolls-Royce, представил британскому правительству план проекта атомного модульного реактора малой мощности. По словам топ-менеджера компании Пола Штайна, который намерен построить национальный парк мини-АЭС с 16 реакторами, эта технология на данный момент – единственный путь к переходу на безуглеродную энергетику не позднее 2050 года.

Малый реактор от Rolls-Royce
Фото: rolls-royce.com

Первый малый реактор от Rolls-Royce мощностью 470 МВт должен заработать в 2030 году. Но кроме производства электроэнергии такие реакторы позволят концерну заняться производством водорода и синтетического топлива, опреснением морской воды и теплоснабжением. Пол Штайн уверен: одна мини-АЭС, срок эксплуатации которой составит не менее 60 лет, будет способна обеспечить электричеством город с населением 800 тысяч человек, теплом – город с населением 600 тысяч человек или производить 500 млн кубометров питьевой воды в год.

О необходимости коренного реформирования мирового энергетического сектора думает Билл Гейтс, который в феврале этого года презентовал книгу «Как избежать климатической катастрофы» («How to avoid a climate disaster»), а еще раньше создал венчурный фонд Breakthrough Energy. Фонд инвестирует в три десятка компаний, которые работают над без- и низкоуглеродными способами производства цемента и стали, выращивания растений и животных, транспортировки людей и товаров по всему миру, отопления и охлаждения зданий. «Многие из этих идей окажутся неудачными, – говорит Гейтс. – Но те, которые сработают, смогут изменить мир».

Распад цивилизации?

Проект Victorian Big Battery в Австралии – один из крупнейших в мире проектов по хранению энергии (рендер)

А пока основатель Microsoft пишет книги и инвестирует в наукоемкие разработки, визионер, технокороль и с недавнего времени богатейший человек планеты Илон Маск ставит масштабные эксперименты. Прямо сейчас его концерн Tesla в паре с французским производителем ВИЭ Neoen строит в Австралии, близ города Джелонг штата Виктория, вторую по счету гигантскую аккумуляторную батарею емкостью 300 МВт/ 450 МВт-ч – это вдвое больше, чем у предыдущей. Батарея будет готова уже к ноябрю 2021-го и сможет обеспечивать электричеством 500 тысяч домов в час.

Сама идея построить мега-аккумулятор для спасения целого континента родилась у Маска четыре года назад благодаря переписке в Twitter. Тогда австралийский техномагнат Майк Кэннон-Брукс, вероятно, в шутку спросил у Илона, намерен ли он помочь континенту после осеннего блэкаута 2016-го, когда в результате сильных штормов вся Южная Австралия осталась без электричества.

Технокороль вызов не только принял, но заключил пари: он подарит Австралии самую большую в мире литий-ионную батарею, если Tesla не построит ее за 100 дней. Но компания уложилась ровно в 60. Маск потом говорил: «Два месяца! Да за такой срок вы даже ремонт на кухне сделать не успеете». Миллиардер уверен: тем самым его компания демонстрирует миру, где поистине проходят границы возможного.

Илон Маск: «Рано или поздно ископаемые ресурсы закончатся. И перед нами будет стоять выбор: распад цивилизации или поиск возобновляемых источников энергии»

Полный заряд системы Big Tesla Battery емкостью 150 МВт/ 193,5 МВт-ч накапливает электроэнергию и в пиковые часы потребления обеспечивает ею около 30 тысяч домохозяйств в час. То есть, предоставляет те же услуги, что и австралийские газовые электростанции, но с нулевым углеродным следом и экономией примерно 40 млн долларов в год. Недавно Илон Маск заявил о намерении построить подобную гигантскую энергосистему мощностью 810 МВт-ч на Гавайях. «Рано или поздно ископаемые ресурсы закончатся, – предупреждает Маск. – И перед нами будет стоять выбор: распад цивилизации или поиск возобновляемых источников энергии».

How can I help?

«Зеленый манифест» (My green manifesto) Билла Гейтса, опубликованный Financial Times, начинается со слов: «В беседах, которые я веду о климатических изменениях, один вопрос возникает чаще других: – Чем я могу помочь? (How can I help?)». Помочь и в самом деле может каждый, а не только увлеченные футуристическими идеями богатейшие люди планеты. ООН первым делом для достижения цели №7 рекомендует каждому домохозяйству по всему миру использовать только энергосберегающие бытовые приборы и лампочки, а Гейтс – «покупать без- и низкоуглеродную продукцию, например, бургеры на растительной основе или электромобили, и поддерживать политику ускорения перехода к нулевым выбросам».

Читайте также: «У нас нет планеты Б»: как спасти мир всего за 10 лет.

В свою очередь, государства, кроме введения налога на углеродные выбросы, должны минимум впятеро увеличить финансирование разработок в области чистой энергетики (что выведет их на один уровень с медицинскими исследованиями), разработать стандарты обязательной доли потребления электричества или топлива из безуглеродных источников, стимулировать инновации в чистой энергетике.

Билл Гейтс: «В течение следующего десятилетия мы должны построить такие политические, технологические и рыночные практики, чтобы к 2050 году сократить выбросы до нуля. Мы говорим о зеленом переходе всей мировой энергосистемы, причем с беспрецедентной скоростью»

Такой рывок предстоит совершить и Украине, чья энергетика имеет мощнейший потенциал, но одновременно – и беспрецедентную неповоротливость. Между тем, для современного энергетического пирога требуются другие ингредиенты. Посмотрим, какие из прорывных технологий у нас уже есть, и какие сектора энергосистемы, при такой же настойчивости, как у Илона Маска, можно заставить работать на безуглеродное будущее.

Реакторы малой мощности и большой гибкости

Южно-Украинская АЭС
Фото: energoatom.com.ua

11% мирового производства электроэнергии и 26% – европейского приходится сейчас на атомные электростанции. Причем развивающие ядерную энергетику государства в последние несколько лет осознают острую потребность мирового энергорынка в строительстве новых энергоблоков. Даже Еврокомиссия в документе под названием «Чистая планета для всех» признает: атомная энергетика наравне с ВИЭ станет основой безуглеродной энергосистемы после 2050 года.

В Украине вопрос встанет остро уже через 9 лет: начиная с 2030-го, энергоблоки четырех АЭС будут один за другим выводиться из эксплуатации, выработав свой проектный и затем продленный срок. В период с 2030 по 2040 год продленные сроки эксплуатации закончатся у 12 из 15 действующих в Украине энергоблоков, а в период с 2041-го по 2055-й – у оставшихся трех.

Потому очевидно, что новые реакторные технологии для страны – уже не прихоть, а насущная необходимость. Кроме того, экспериментальные разработки в странах мира доказывают: реакторы нового типа позволят производить не только электроэнергию, но и опресненную воду, и водород. Поэтому наиболее перспективной для внедрения в стране признана технология реакторов малой мощности до 300 МВт.

Малые модульные реакторы (ММР) имеют неоспоримые преимущества перед большими реакторами прошлых поколений. Их можно строить и запускать серийно, а значит – в ускоренном темпе. Они не требуют огромных территорий и подключения к мощным линиям электропередач, а также обеспечивают прекрасный уровень маневрирования мощностью, что крайне важно для масштабной Объединенной энергосистемы Украины. Кроме того, они не требуют оборудования, которому нужно внешнее электропотребление. Разработчики уже сейчас предлагают использовать ММР в режиме когенерации, а также в регионах со слабо развитыми электросетями.

Пока Украина не пришла к внутреннему консенсусу: продолжать ли проекты достройки и строительства больших энергоблоков на площадках существующих АЭС или дать функционирующим блокам выработать свой ресурс, одновременно полностью перепрофилируя атомную энергетику страны под создание мини-АЭС с ММР. При этом к 2025 году общемировой рынок ММР получит капитализацию в триллион долларов.

Солнечные города

Собственная крыша из солнечных панелей плюс энергонакопитель, замкнутая домашняя энергосистема – 20 лет назад американцы, как и другие жители планеты, услышав о таком, крутили у виска. Сейчас это реальность для все большего числа домохозяйств в Штатах, и не только в них. Америку открыла им компания Solar City, созданная Питером и Линдоном Райвами. По совместительству они – кузены Илона Маска, а потому двери крупных клиентов (от сети супермаркетов Wal-Mart до Армии США) открывались перед ними в начале нулевых без стука. Уже в 2009 г. установленные компанией панели генерировали 440 МВт.

Solar City
Фото: tesla.com

Сейчас Solar City – дочерняя компания Tesla, и предлагаемый ею домохозяйствам механизм предельно прост: если раньше за панель на крышу нужно было «отвалить» минимум 25 тысяч долларов, то нынче клиент платит за установленную солнечную систему на 2,4 МВт 70 долларов в месяц плюс примерно 100 долларов за потребление. Для сравнения: традиционный счет за электричество для среднестатистического американского домохозяйства переваливает за 200 долларов. Экономия налицо – и клиент голосует ногами. Solar City процветает, но начинает понемногу сдавать позиции конкурентам, которые нынче в Америке растут, как грибы.

Однако солнечная энергетика имеет ряд существенных недостатков – она сильно зависит от количества солнечных дней на отдельно взятой территории и точно требует мощных накопителей, которые на планете строит пока что лишь Илон Маск. Тем не менее, частные инвесторы в ВИЭ не отчаиваются, и солнечная энергетика в Украине становится трендом.

В феврале этого года Госагентство Украины по энергоэффективности и энергосбережению совместно с Министерством энергетики заявили: работают над законопроектом, который позволит домохозяйствам устанавливать объекты чистой энергетики только на собственные нужды по уже практикуемому в мире принципу Net Metering (система чистого измерения, «то, что остается после вычета», то есть – разница между электричеством потребленным и отданным в общую сеть).

Госагентство дает статистику: в 2017 г. только 3 тысячи домохозяйств в Украине перешли на солнечные панели, а к концу 2020-го их было уже почти 30 тысяч. Сейчас они генерируют 900 млн кВт-ч, и этой энергии хватило бы на 300 тысяч домохозяйств.

Однако механизмов для мотивации обычного потребителя в Украине все еще нет. Весной Минэнерго Украины отчиталось: доля ВИЭ в общем энергобалансе страны в прошлом году составила 12,4%, в этом году должна превысить 13%, и значит, уже достигла показателей, заложенных в Энергетическую стратегию Украины на период до 2035 года.

Фото Scatec Solar

Буквально на днях заработала солнечная электростанция в Черкасской области – на территории недостроенной Чигиринской АЭС. Общая площадь этой СЭС – 80 га, норвежская компания Scatec установила там 60 тысяч панелей. Это, кстати, еще одна проблема солнечной энергетики – под нее занимают огромные площади – и далеко не всегда подходящие. Но конкретный пример свидетельствует: такие простаивающие территории в Украине найти не проблема. Было бы желание. И деньги. Эта СЭС обошлась норвежцам в 2 млрд грн.

Энергия морского ветра

При всех вопросах к ветроэнергетике (шум, огромные территории под «ветряки», избыточная выработка, сменяющаяся недовыработкой), в развитие которой богатейшие страны Европы вкладывают миллиарды евро, она таит в себе изюминку с огромным техническим, экономическим и социальным потенциалом. Это – так называемая оффшорная, или ветроэнергетика морского базирования.

Первую в мире оффшорную ветроэлектростанцию (ВЭС) в 1991 году построила в Балтийском море Дания. Двадцать лет спустя 9 стран Европы эксплуатировали совокупно 45 ВЭС морского базирования суммарной мощностью почти 3 ГВт. Они поставляют в европейскую энергосеть более 10,5 ТВт-ч электроэнергии. Тогда же, в 2010 году, свои первые оффшорные ВЭС – Cape Wind и Donghai Daqiao – построили США и Китай. Сейчас китайский рынок оффшорной ветроэнергетики имеет суммарную мощность более 7 ГВт.

Плавучий морской ветропарк Kincardine у берегов Шотландии
Фото grupocobra.com

Глобальная оффшорная ветроэнергетика развивается не так быстро, как хотелось бы: оборудование, геопространственные исследования, аналитические оценки морского ветрового потенциала дорогостоящие, специальных обслуживающих компаний мало, госструктуры неповоротливы. Средняя стоимость строительства оффшорной ВЭС мощностью 1 ГВт, учитывая затраты на подключение, – около 4 млрд долларов.

Тем не менее, начиная с 2013 г. этот сектор демонстрирует рост в среднем на 24% в год. К 2019-му общая мощность оффшорных ВЭС превысила 29 ГВт, или 5% от ветроэнергетической мощности планеты. Сейчас в Европе, Азии и США «зеленую» электроэнергию производят 162 оффшорные ВЭС суммарной мощностью 32,5 ГВт. В пятерке лидеров – Великобритания (10,4 ГВт), Германия (7,7 ГВт), Китай (7,05 ГВт), Нидерланды (2,6 ГВт) и Бельгия (2,2 ГВт).

Стратегия ЕС для использования потенциала морских ВИЭ в рамках Европейского Зеленого Курса (European Green Deal) отмечает большой природный потенциал Черного моря не только для реализации оффшорных ветровых проектов, но и для производства электроэнергии из энергии волн. Сегодня Украина выступает участником регионального сотрудничества в контексте Общей повестки стратегических исследований и инноваций для Черного моря.

Учитывая опыт стран-членов ЕС и Энергетического сообщества, которые имеют выход к Черному морю и добились сокращения выбросов, развитие этого сектора ветроэнергетики в Украине – один из оптимальных вариантов достижения целей Европейского Зеленого Курса и, разумеется, глобальной цели ООН №7. Согласно анализу Мирового банка, технический потенциал ветроэнергетики для Украины в водах Черного и Азовского морей суммарно составляет 251 ГВт со среднегодовым производством электроэнергии около 985 млрд КВт-ч (аналитики учитывали также акваторию временно аннексированного Крымского полуострова).

А в Национальной лаборатории возобновляемой энергетики США (NREL) оценили площади мелководья на территории Украины – лиманов, залива Сиваш, водохранилищ Днепровского каскада ГЭС – и пришли к выводу, что они позволят стране построить оффшорные ВЭС суммарной мощностью не менее 146 ГВт дополнительно.

По оценкам ученых, годовая выработка электроэнергии в этом секторе может достигать почти биллиона кВт-ч, что в 6 и более раз превышает годовое текущее потребление в стране, и дать сокращение выбросов СО2 на уровне 5-7 млрд тонн в ближайшие два десятилетия. Аналитики утверждают: дороговизна оффшорных ВЭС компенсируется объемами привлеченных средств. В 2018 г. инвестиции в этот сектор на планете составили 20 млрд долларов, это 6% от суммарных вложений в ВИЭ. По прогнозам, к 2040 г. мощность оффшорной ветроэнергетики вырастет в 15 раз и станет бизнесом с капитализацией на уровне триллиона долларов.

Согласно оценкам Института возобновляемой энергетики НАН Украины, эффективность оффшорных ветровых установок соразмерна с таковой тепловых электростанций, работающих на угле и газе, и почти вчетверо превышает коэффициент использования установленной мощности солнечных фотоэлектрических установок. И наконец, оффшорная ветроэнергетика может наравне с атомной генерацией стать платформой для создания в Украине еще одного сегмента экономики будущих десятилетий – рынка водородных технологий.

H2 будущего

Водородная энергетика – новый технологический тренд XXI века, расширяющий сферы применения водорода, который используется не только в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других индустриях, а также для охлаждения мощных турбогенераторов, но может и должен удовлетворить мировой спрос на экологически чистые виды транспорта и надежные масштабные энергонакопители.

Япония уже приняла программу развития водородной энергетики до 2040 года. А созданный в 2017 году Совет по водородным технологиям (Hydrogen Council), среди членов которого – Airbus, BMW Group, Bosch, Rolls-Royce, Honda, Hyundai, Kawasaki, Microsoft, Siemens Energy, Aramco, Toyota, – намерен добиваться включения производства водорода в перечень ключевых технологий большого энергетического перехода.

Фото DR

Совет разработал дорожную карту развития водородной энергетики, его члены готовы инвестировать в эту отрасль 25 млрд долларов ежегодно. Они считают, что к 2050 году на водород придется 18% всех энергетических потребностей мира. Согласно консервативному сценарию, доля промышленного водорода увеличится к 2050 году с 70 до 230 млн тонн в год, товарного – с 4 до 140 млн тонн в год.

В смысле производства товарного водорода не только для внутренних потребностей, но и выхода на рынки других стран у украинской энергетики впечатляющие возможности. Это новое для нее направление обещает осуществить революцию в ядерной отрасли, а также дать толчок развитию ветроэнергетики морского базирования. Ведь уже аксиома: водород для автомобилей и энергонакопителей должен производиться экологически чистыми генерациями.

Ученые подсчитали, что оффшорная ВЭС мощностью 1 ГВт может производить объемы «зеленого» водорода, достаточные для обогрева 250 тысяч домохозяйств. Дополнительный толчок к развитию этого направления украинские ВЭС морского базирования получили бы, учитывая, что Польша уже намерена создать «водородную магистраль» для транспортировки этого вида топлива на юг с оффшорных ВЭС Северного моря (принадлежащих Бельгии и Великобритании), а Дания планирует создание энергетических хабов по производству «зеленого» водорода мощностью 12 ГВт, которые могут быть присоединены к европейской энергосети.

Поскольку атомная энергетика имеет преимущества над альтернативной – прежде всего благодаря значительно более высокой концентрации мощности вырабатываемой энергии – она обязана первой предложить рынку чистую водородную технологию. 

Сейчас украинские атомщики разрабатывают проект исследовательского производства водорода на базе уже работающих на АЭС страны электролизных установок. До сих пор этот водород, как и на большинстве атомных станций мира, использовался исключительно для внутренних потребностей генерации (в 2016 году в мире было произведено 75 млн тонн водорода, и лишь 5% из них составил товарный водород, продаваемый как энергоноситель и химический реагент).

Читайте также: Возможности альтернативной энергетики позволяют сократить потребление традиционных энергоносителей вдвое

Проект обещает стать win-win, ведь атомные станции Украины смогут работать на постоянном уровне мощности. Кроме того, ядерная энергетика получит новый ликвидный продукт, с которым сможет выходить на зарубежные рынки. Ну и наконец, вступая в ряды первопроходцев на еще не созданном мировом рынке с колоссальной перспективой развития, одними из первых отрабатывая водородные технологии, украинские энергетики получат возможность повысить наукоемкость своих проектов, смогут привлекать самый высокопрофессиональный человеческий ресурс и миллиардные инвестиции. «В странах, которые сделают больше всех для содействия инновациям в этой сфере, будет базироваться следующее поколение прорывных компаний, а это рабочие места и экономическое процветание», – говорит Билл Гейтс.

И главное – таким образом Украина в числе первых в мире сможет приблизиться к выполнению глобальной цели ООН №7, внося свой вклад в общепланетарное дело декарбонизации.

Следите за актуальными новостями бизнеса и экономики в наших Telegram-каналах Mind.Live и Mind.UA, а также Viber-чате