Стратегия научно-технологического развития России формулирует связанный с энергетикой вызов так: происходят «изменение характера глобальных и локальных энергетических систем, рост значимости энерговооруженности экономики и наращивание объема выработки и сохранения энергии, ее передачи и использования». Разберемся, что это значит.

С начала первой промышленной революции типы ресурсов, из которых человечество черпало энергию, несколько раз менялись: вначале это был уголь, потом нефть, затем начала расти роль природного газа, появились гидроэнергетика и атомная энергетика. Нетрудно заметить, что почти все в этом списке — ископаемое топливо. Соотношение разных его видов в общем объеме производства и потребления энергии менялось по экономическим причинам: новое топливо оказывалось проще в разработке, эффективнее, выгоднее. И только в конце XX века в систему добавились новые факторы — экологические

Существует множество оценок того, как скоро в мире закончатся уголь, нефть и газ. Но для реалистичных прогнозов на ближайшие десятилетия на самом деле важнее не количество оставшихся запасов, а их доступность и конкуренция со стороны других источников энергии. Может быть, нефти в мире и хватит еще на целый век, с учетом сланцевых запасов. Но если технологии ее добычи из плотных низкопроницаемых пород и других сложных залежей останутся дорогими, а в мире вырастет технологическая основа и инфраструктура для использования более доступных видов топлива — из биомассы, водородного топлива — нефть останется в недрах. А если нефть будет крайне дорогой, а другие виды топлива — недостаточно эффективными, то воплотится, пожалуй, один из худших сценариев нашего будущего.

Следующий после исчерпания ресурсов и не менее значимый экологический фактор — влияние энергетики на окружающую среду, главным образом на изменение климата. Сокращение выбросов CO₂ давно стало вопросом мировой политической повестки и одним из главных мотиваторов в поиске новых источников энергии.

С исчерпанием привычных ресурсов потребности в энергии никуда не исчезают, напротив, они интенсивно растут. По прогнозам, приведенном в обзоре Института статистических исследований и экономики знаний ВШЭ, в мире к 2040 году потребность в энергоресурсах вырастет на 37% по сравнению с 2014 годом.

Рост энергопотребления продолжит расти как за счет развития тех территорий, где прежде энергоресурсы не были доступны, так и из-за той самой энерговооруженности экономики. В мире продолжается урбанизация (впервые городское население планеты превысило сельское еще в 2008 году), а города, особенно крупные агломерации, нуждаются не только в большом количестве энергии, но и в сложных системах ее распределения. Причем эти системы должны иметь возможности для роста мощности, учитывая недостаток места в городе. Внедрение новых технологий в промышленность и цифровизация всех сфер тоже повышают требования и к количеству энергии, и к качеству доступа к ней. Постоянно растет число автомобилей в мире, и нужны новые типы двигателей, чтобы удовлетворять эту потребность. Словом, экологические и технологические факторы вместе вынуждают старую энергетику меняться.

Есть еще один фактор — стареющая инфраструктура энергосистем. В большинстве стран мира системы производства и распределения электроэнергии строились как централизованные, и из-за своего размаха требуют огромных инвестиций на поддержание. Для России этот фактор особенно значим: большая часть оборудования нуждается в замене. Кроме того, по оценке Института энергетических систем РАН, 68% электростанций в России — устаревшие тепловые с коэффициентом полезного действия около 40%.

Похожая ситуация и с добычей энергоресурсов. Росприроднадзор в 2015 году сообщал, что буровые установки для добычи нефти и газа на месторождениях страны изношены на 64%, другое оборудование, в том числе системы для хранения и подготовки углеводородов — на 48%, а более 80% межпромысловых трубопроводов находятся в зоне высокого риска возникновения аварий. Отчасти из-за стареющего оборудования, отчасти из-за общего несовершенства технологий коэффициент извлечения нефти не превышает 20−30% (по данным на 2016 год).

Но как мы помним, «большой вызов» для экономики России заключается не в том, что энергетические системы рушатся, — меняется их характер. Общемировой тренд заключается в переходе к возобновляемым источникам энергии и к большей энергоэффективности за счет интеллектуального цифрового управления производством и распределением энергии. В этом направлении лежат и возможные решения «энергетического» вызова и в России, но с некоторыми нюансами.

Это значит, что энергетика будущего должна быть экологичной и эффективной, а значит, легко управляемой. СНТР ставит похожую цель: «переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии». Нюанс в том, что для формирования по-настоящему новой энергетики нужно развить большое количество технологий. И не все они связаны с производством и передачей энергии: есть и строительные, и химические, и компьютерные направления для работы. И чтобы обеспечивать потребности экономики во время перехода, нужно максимально эффективно использовать ресурсы: устранить потери при передаче энергии, полностью перерабатывать ископаемое топливо и так далее. Очевидно, что без серьезной научно-исследовательской работы здесь не обойтись.

Уже сами условия огромной территории России делают распределенную энергетику с использованием в локальных системах возобновляемых источников более перспективной, чем дорогостоящая в поддержании централизованная система. Уже сейчас 8-11% электрической энергии в стране генерируют небольшие установки вне единой энергетической системы. В будущем роль собственной генерации на предприятиях будет только возрастать. А по оценкам ученых, многие территории России за Северным полярным кругом, Камчатки и Сахалина имеют большой потенциал для использования ветрогенераторов. Солнечная энергетика перспективна не только для таких юго-западных регионов, как Калмыкия или Ростовская область, но и для Алтая, Бурятии, Приморья.

Для ответа на «энергетический» вызов необходима работа ученых многих областей и ее трансляция в практику. Поддержка этого процесса — задача сразу нескольких национальных проектов, в том числе «Науки», «Малого и среднего предпринимательства», «Цифровой экономики». Внедрение в промышленность и энергетику наилучших доступных технологий, которые снижают неэффективный расход энергии и выбросы в окружающую среду, — одна из целей проекта «Экология». А одна из ключевых программ по развитию энергетики будущего — рынок «Энерджинет» Национальной технологической инициативы. Как и другие рынки НТИ, он сейчас представляется сетью, и его описывают как «Интернет энергии». Это будет экосистема производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией. Это мало похоже на действующую в России (да и в других странах) энергетическую систему, и потребует серьезных изменений в законодательстве и энергетической политике. Но главная цель в разработке «Энерджинета» — не трансформация российской энергетики, а вывод российских технологических компаний на глобальный рынок. По предварительным оценкам, объем их годовой выручки на рынке комплексных систем и сервисов интеллектуальной энергетики к 2035 году может составить 40 млрд долларов.