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. 

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.

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?

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.

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.

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

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.

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).

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.

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.

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).

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.

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. 

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.