Павел Иевлев

Текст

Энергетический переход («энергопереход», Energy transition) – один из мощнейших глобальных мировых трендов, который должен в ближайшие годы изменить нашу жизнь самым кардинальным образом. Что он собой представляет и во что нам обойдется?

Энергопереход – это рассчитанная на десятилетия стратегия изменения структуры производства и потребления энергии человечеством. У него есть как преданные сторонники, так и яростные противники, но что же он собой представляет? Глобальную трансформацию мировой энергосистемы, включающую в себя четыре направления: энергоэффективность, декарбонизацию, децентрализацию, цифровизацию.

Эта трансформация на данный момент является официально принятой стратегией глобального человечества, что закреплено в Парижском климатическом соглашении, которое подписано 180 странами в 2015 году.

Зачем это надо?

Решение о переходе на «зеленую энергетику» принято на основании гипотезы, что ведущаяся сейчас энергетическая деятельность человека приводит к изменению климата, так называемому «глобальному потеплению». Не все ученые согласны с этой теорией, однако на сегодня именно она определяет мировой тренд. В ее рамках считается, что потепление вызвано повышением выработки СО2.

Само повышение никто не отрицает больше 60 лет наблюдений человечество фиксирует растущее среднегодовое содержание углекислого газа. Для этого, например, с 1958 ведутся непрерывные измерения в обсерватории на вулкане Мауна-​Лоа (Гавайи). Однако не все согласны с его антропогенным характером – ряд ученых указывают, что человечество в ходе своей хозяйственной деятельности выбрасывает до 50 млрд тонн углекислого газа. Это лишь 10% в производстве всего планетарного СO2, малозаметные на фоне выделяющего каждый год 450–550 млрд тонн Мирового океана. Кроме того, сам СО2 составляет по разным оценкам лишь от 5% до 26% в парниковом эффекте (более 70% парникового эффекта дает водяной пар).

Тем не менее Парижское соглашение принято и начало действовать. В его рамках участники договорились о сокращении выбросов углерода до «чистого ноля» к 2050 году.

Что вместо?

Углекислый газ человечество генерирует с момента первого добытого ударами кремня огня. Производство тепла за счет сжигания углеродного топлива (от сухого дерева до СПГ) – основной способ получения энергии. При окислении углерода образуется его оксид – СО2, и с этим ничего нельзя поделать. Поэтому «зеленая энергетика» в первую очередь предполагает отказ от фоссильного топлива (угля, нефти и природного газа).

Если мы не будем жечь углерод, то откуда возьмется энергия? За счет расширения использования «зеленых» (возобновляемых) источников (ВИЭ). Возобновляемую энергию получают из таких источников, как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. Считается, что они, в отличие от ископаемых источников, не истощаются.

Сторонники ВИЭ логично утверждают, что мы буквально окружены невообразимым количеством энергии. Одно только Солнце выливает на планету около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) энергии ежегодно это более чем на четыре порядка превышает общемировые потребности.

Солнечная энергия занимает лидирующее положение среди ВИЭ, и в 2021 году она побила очередной рекорд: суммарная мощность солнечных установок во всем мире достигла 760 ГВт. Это вдвое больше, чем производят АЭС.

Кроме солнечной, нам доступны следующие виды альтернативных энергетик:

Ветроэнергетика преобразование энергии ветра в электрическую с помощью ветрогенератора. Ветрогенераторы бывают наземными (onshore) и установленными в море в прибрежных зонах (offshore). В Дании ветрогенерация удовлетворяет 47% спроса на электроэнергию, в Ирландии более 30%, а в Португалии и Испании более 20%. Международное энергетическое агентство (МЭА) считает, что потенциал ветрогенерации в  40 раз превышает текущий спрос на электроэнергию. Но только при условии, что все необходимые технологические барьеры преодолены, до чего пока далеко;

Гидроэнергетика используется потенциальная энергия водного потока. ГЭС строятся давно, это самая освоенная технология ВИЭ, и Россия здесь один из мировых лидеров. К сожалению, при всех достоинствах гидроэлектростанций, построить их можно далеко не везде;

Биоэнергетика производство энергии из биотоплива, которое получают в результате переработки биологических отходов. Звучит внушительно, но «топить печку дровами» это тоже один из видов биоэнергетики. Дрова – возобновляемое топливо, но все же не самое экологичное;

Геотермальная энергетика используется тепловая энергия недр земли. Потенциально это море энергии буквально под ногами. Практически – не так много мест, где это тепло достаточно близко к поверхности планеты, и эти места обычно весьма удаленные;

Приливная энергетика – использование энергии приливов, то есть фактически, притяжения Луны. Очень экологично, от Луны не убудет, но требует сложных и дорогостоящих сооружений.

Какие перспективы?

Несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжают активно инвестировать в зеленую энергетику.

Так, Facebook и компания General Motors будут вместе получать энергию от солнечной электростанции в штате Кентукки.

IKEA инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей.

Концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии.

Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft использует более 1,3 млрд кВт/ч «зеленой» энергии в год.

Мировые инвестиции в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет. Очевидно, что человечество всерьез настроено как минимум попробовать обойтись без углеводородов.

Какие проблемы?

Почему же при таких перспективах, усилиях и инвестициях мы постоянно слышим не столько о победах, сколько о проблемах энергоперехода? Европейский энергетический кризис, калифорнийские и техасские локдауны, австралийский энергоколлапс, замерзающие дома в Англии, веерные отключения в Китае, фантастический рост цен на энергию и топливо – где же в этот момент высокотехнологичная ВИЭ?

Увы, всякая новая технология масштабируется не сразу. То, что работает в небольших объемах, не всегда можно легко увеличить простым сложением средств и ресурсов, потому что проявляются эффекты, не наблюдавшиеся в малом масштабе. Переход на зеленую энергетику слишком форсировали, и технологии отстали от планов.

В чем сейчас нерешенные проблемы зеленой энергетики?

Первое «пила производства​потребления энергии». Производство «зеленой» энергии и ее потребление не совпадают в течение суток. Утром и вечером, когда потребление максимальное, солнце либо еще не светит, либо уже не светит, да и ветер усиливается после того, как солнце прогреет землю. Еще больше разрыв увеличивается при неблагоприятных погодных условиях. Это требует замещения генерирующих мощностей, создания глобальных перетоков (импорта) энергии или ее аккумуляции. Замещающие мощности – это та же традиционная энергетика, от которой так хочется отказаться, перетоки требуют колоссальной инфраструктуры (попробуйте перекачать через полконтинента достаточно электричества, чтобы покрыть нужды целой страны), а аккумулирующие технологии ждут изобретения чего-нибудь более емкого и дешевого, чем нынешние батареи.

Второе – далеко не все места на планете хорошо освещены солнцем, имеют стабильные ветра или геотермальные источники. Это приводит к той же проблеме глобальных перетоков – можно застелить солнечными батареями всю Сахару, но там никому не нужно столько электричества. А там, где требуется, например, выплавлять алюминий и отапливать дома, солнце не светит и трех месяцев в году.

Третье – «зеленая энергетика» требует множества высокотехнологичных материалов и редких ископаемых, добыча и производство которых сами по себе требуют очень много энергии. Из-за дефицита энергии в Китае в этом году многие предприятия вставали на паузу, в том числе поставщики компонентов для ВИЭ. По подсчетам аналитической компании Russell Group в целом ограничения энергопотребления в Китае нарушили глобальные товарные потоки на сумму $120 млн – и это связано с резким сокращением сектора традиционной энергетики.

Так что же будет?

Несмотря на все трудности, мир будет двигаться в сторону ВИЭ. Неважно, антропогенный или не антропогенный фактор виновен в глобальном потеплении, реагировать на него все равно придется людям. В ближайшее время нас ждут трудности переходного периода, но масштабирование технологий дает не только проблемы, но и решения. В больших масштабах становятся выгодны технологии, слишком дорогие в малых. Так, например, стоимость водородного топливного элемента еще недавно была $1700 за киловатт мощности, а при массовом производстве упала до $300 за киловатт, и недалек тот день, когда водородный автобус экономически выиграет у дизельного.

Безуглеродная энергетика не так далека и невозможна, как кажется. Скажем, в России, стране с не самыми лучшими природными условиями для ВИЭ и при этом богатой углеводородами, на сегодняшний день 40% генерации дают атомные, ветряные, солнечные и гидроэлектростанции. Развиваются и новые технологии – по данным Минпромторга в 18 регионах страны запущены 33 водородных проекта. Уже работают водородный кластер на Сахалине и производство водорода на Кольской АЭС.

Скорее всего, трудности бурного роста ВИЭ преодолимы. Возможно скептики правы, и даже если человечеству удастся резко уменьшить объемы выбросов парниковых газов, концентрация СО2 в атмосфере не уменьшится еще столетия. Но тот технологический скачок, который мы получим в результате массовых инвестиций в зеленую энергетику, сам по себе имеет значительную ценность.

Как работает система распознавания лиц в Московском метрополитене:

Читать на ЦО.РФ

Лицевой счет Как работает система распознавания лиц в московском метро

«Усы, лапы и хвост — ​вот мои документы». Сегодня заявление кота Матроскина звучит не так уж комично. С недавних пор «лицом» можно оплатить проход на любую станцию московской подземки. О системах распознавания лиц «Цифровой океан» поговорил с компанией-разработчиком VisionLabs, технологическим партнером столичной подземки

Использованные источники: