Окна возможностей для солнца и ветра: об альтернативной энергетике в России

О возобновляемых источниках энергии, опыте их использования в разных странах и перспективах России в этой отрасли рассказывает Станислав Вавилов, научный сотрудник Университета Массачусетса (Бостон), исследователь в некоммерческом фонде Институт мировых идей (Москва), член Балатонской группы.

Чтобы предотвратить глобальную угрозу изменения климата, «удержать прирост глобальной средней температуры намного ниже 2°C сверх доиндустриального уровня и приложить усилия к тому, чтобы ограничить рост температуры до 1,5°C», необходимо наилучшим образом распорядиться имеющимися научными знаниями. Основой технологического перехода к безэмиссионной энергетике представляется широкое распространение современных возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в первую очередь солнечной и ветровой энергетики. Оценивая определяемые на национальном уровне вклады отдельных стран, независимый аналитический центр Carbon Action Tracker включил Россию в категорию стран, стратегия которых неадекватна требуемому результату. Такая оценка также означает, что распространение современной возобновляемой энергетики в России пока не на повестке дня.

Но все же представим: Россия становится лидирующей страной в технологическом переходе к современным источникам возобновляемой энергии. В каких секторах этот переход может начаться и сколько необходимо ввести мощностей солнечных и ветровых электростанций, чтобы быть на уровне с такими признанными лидерами, как Германия, Дания, Китай, Индия, Бангладеш?

Крупномасштабные переходы начинаются в потребительских нишах, наиболее подготовленных для внедрения и использования новой технологии. Так как современные ВИЭ производят электричество в качестве энергоносителя, интуитивно понятно, что наиболее подготовленными являются те потребительские секторы, которые уже используют электричество для обеспечения нужного конечному потребителю энергетического сервиса. Наибольший потенциал для перехода от технологий производства электричества при сжигании углеводородов к современным ВИЭ существует в обеспечении жилых, коммерческих и общественных зданий, так как масштабная технологическая замена необходима с точки зрения предложения, а на стороне спроса — лишь некоторая адаптация. Именно с этого сектора начинается переход в энергетических технологиях в Германии, Дании, США, Китае.

Модель Германии

На примере технологического перехода Германии, Energiewende, при развитой электросетевой инфраструктуре возможно создать электроэнергетическую систему, состоящую на 70% из современных ВИЭ, без использования аккумуляторов, что значительно дешевле. Предположим, что и российская электроэнергетическая система переоборудована так, что 70% электроэнергии, потребляемой жилыми, общественными и коммерческими зданиями, производится на современных технологиях ВИЭ. По данным International Energy Agency, за 2014 год в России добыли 1333 Mtoe (миллион тонн нефтяного эквивалента) первичной энергии. Значительную часть мы экспортировали в виде сырья (225 Mtoe нефти, 100 Mtoe угля, 157 Mtoe природного газа), остальное потребили сами. После всех преобразований и потерь, промышленность потребила 125 Mtoe, транспорт — 94 Mtoe, жилые, коммерческие и общественные здания, а также сельское хозяйство («другое» по определению IEA) — примерно 160 Mtoe. Из всей энергии, потребляемой зданиями различных типов, электричество составляет всего 17% (27 Mtoe). Необходимые для новой системы 70% приходятся на 19 Mtoe, или 221 000 ГВт-часов. Любопытно, что в суммарном конечном потреблении энергии в России это всего 4% — при современном технологическом укладе именно такую долю конечного потребления можно обеспечить электричеством современных ВИЭ без значительной адаптации на стороне потребления. Для производства такого количества электричества при эффективности 15%, что немного ниже среднемировых значений в 20-25% в силу климатической разницы, потребуется около 170 ГВт установленных мощностей ветровой и солнечной энергии. Для сравнения, по данным U.S. Energy Information Administration, в 2014 году суммарная установленная мощность всех электростанций в РФ составляла 248 ГВт.

Альтернативный вариант: Япония

Оценка перехода к современным ВИЭ возможен и с несколько другой позиции. Многие страны на законодательном уровне установили значение доли, производимой с использованием современных ВИЭ. К 2020 году Дания планирует производить 50% электричества, используя энергию ветра. В планах Японии к 2030 году выработать 7% электричества на солнечных станциях и 1,7% на ветряных.

Положим, Россия примет модель Японии. В 2014 году Россия выработала 1 064 000 ГВт-часов электричества. Предполагая, что выработка электроэнергии не изменится в следующие 15 лет, к 2030 году около 74 500 ГВт-часов должно быть выработано на солнечных электростанциях и 18 000 ГВт-часов — на ветроэнергетических установках. При 15% эффективности такой объем электричества может быть выработан на 57 ГВт установленной мощности солнца и 14 ГВт ветра.

Много это или мало? С 2015 года совокупная установленная мощность электростанций, работающих на ВИЭ, больше, чем работающих на угле. По данным Renewable Energy Network, в 2015 году в мире установлено около 1850 ГВт мощности возобновляемой энергетики, из которых чуть больше 1000 ГВт приходится на традиционную гидроэнергетику, 227 ГВт — на солнечную и 433 ГВт — на ветроэнергетику. Около 50% всех мощностей солнца и ветра находится в Китае, США и Германии. При уже внушительном парке установленной мощности, в следующие десятилетия ожидается грандиозный рост. К 2020 году в Китае будет установлено 100 ГВт солнечной и 200 ГВт ветровой энергетики, при 43 ГВт и 145 ГВт в 2015 году соответственно. В Индии к 2022 году будет установлено около 100 ГВт солнца и 60 ГВт ветра. Германия, как и Дания, планирует завершить переход к системе 100% ВИЭ к 2050 году. 100%, а не 4%, как в вышеприведенных расчетах по России. Согласно данным Global Status Report, Renewable Energy Network 2016, к 2020 году в России планируется получать суммарно 6 ГВт малой гидроэнергетики, солнца и ветра.

Открывающиеся инновационные возможности

Для осуществления технологического перехода электроэнергетике требуются десятилетия целенаправленной работы. Но, несмотря на гигантские масштабы требуемых новых мощностей, технологический переход к современным ВИЭ это не только и не столько ветровые турбины и солнечные панели. Нет сомнений, что в среднесрочном будущем мы научимся производить электричество с использованием современных ВИЭ дешевле, нежели сжигая уголь и природный газ. Но, даже если появится совершенно бесплатное электричество, мы просто не сумеем его использовать для удовлетворения энергетических потребностей. В структуре потребления энергоносителей электричество занимает всего 18% в мировом масштабе и 14% на уровне России. Для декарбонизации экономик с использованием технологий современных ВИЭ требуется серьезная замена доминирующих технологий спроса. Например, двигателя внутреннего сгорания в случае автомобильного транспорта или газовой турбины в случае авиационного. Именно на стороне потребления будут происходить основные инновационные прорывы и масштабные технологические переходы. Современный запрос на инновации состоит как раз в широкомасштабном применении электричества: для автомобильного, грузового, авиа и морского транспорта; для производства цемента, бумаги, металлов и пластиков; в сельском хозяйстве; для производства других энергоносителей, например технологии renewable power-to-gas. Но если в транспорте есть какие-то пилотные решения, то в промышленности нет даже концепций. Основной энергоноситель для современных промышленных технологий — промышленное тепло, получаемое при сжигании угля, нефти и природного газа. На электричество приходится всего 28% от всей потребляемой мировой промышленностью энергии, 23% в России.

Пока же в большинстве потребительских секторов нет ни доминирующего дизайна, ни доминирующих игроков, только окна возможностей, которые совершенно точно будут использованы, будем надеяться, в том числе и российской наукой.

Автор — Станислав Вавилов