Зеленая энергетика и энергетический переход Куда собирается перейти энергетика и зачем

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.

Предпосылки

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 такое зеленая энергетика

Зеленая энергетика — это энергия, которая производится из природных источников. При этом она пополняется с большей скоростью, чем добывается. 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). Зеленая энергетика в мире обязана своим названием альтернативным источникам энергии (ее еще называют возобновляемой или регенеративной). Это значит, что энергетическими ресурсами становятся постоянно происходящие в окружающей среде процессы. 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 ископаемого топлива, 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.

История возобновляемых источников энергии

Источники зеленой энергетики базируются на природных явлениях. Объемы генерации возобновляемых источников энергии постоянно растут. Например, по данным МЭА, в 2000 году ВИЭ предоставлял 2,8 ТВт·ч электроэнергии. Через восемь лет уже было 3,8 ТВт·ч, а в 2018 году — уже 6,7 ТВт·ч.

1. Солнечная энергия в развитии зеленой энергетики занимает лидирующее положение, и в 2019, а потом в 2021 году она побила очередной рекорд: суммарная мощность солнечных установок во всем мире достигла 760 ГВт. Это вдвое больше, чем производят атомные электростанции. Существует два вида добычи солнечной энергии. Первый генерирует энергию за счет внутреннего фотоэффекта с помощью фотоэлектрических элементов, представляющих собой ряд солнечных панелей. Второй предполагает использование энергии солнца для превращения воды в пар и преобразования кинетической энергии в электрическую. Кстати, обе разновидности солнечной энергетики признаны самыми доступными и экологически безопасными.
2. Ветроэнергетика – преобразование энергии ветра в электрическую с помощью ветрогенератора. Ветрогенераторы (мельницы) 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. Но ветряные турбины вполне могут удовлетворить потребности человечества в электроэнергии;
3. Гидроэнергетика построена на основе возобновляемых источников, в данном случае воды, то есть 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;
4. 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;
5. 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;
6. Приливная энергетика – использование энергии приливов, то есть фактически, притяжения Луны. Очень экологично, от Луны не убудет, но требует сложных и дорогостоящих сооружений.

Как заработать на зеленой энергетике

По данным МЭА, инвестиции в зеленую энергетику заметно растут. Так, на 2020 год объем вложенных в возобновляемые источники энергии составил 281 млн долларов. Многие города, страны и компании и сегодня продолжают активно инвестировать в зеленую энергетику.

— Facebook (в России признана экстремистской) 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. Основным способом заработка на ВИЭ на данный момент является инвестирование. Здесь есть несколько стратегий. Тем, кто привык работать на перспективу, стоит присмотреться к компаниям, занимающимся технологиями будущего — например, генерацией солнечной энергии. Вряд ли стоит рассчитывать на скорые дивиденды, однако с учетом развития отрасли и удешевления себестоимости ВИЭ перспективы весьма хорошие. Возможно, более надежным способом вложения средств могут стать генерирующие и реализующие электроэнергию компании.

Что не так с зеленой энергетикой?

Возобновляемая зеленая энергия имеет массу недостатков. 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?

Переход на зеленую энергетику слишком форсировали, и технологии отстали от планов

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.

В чем сейчас нерешенные проблемы зеленой энергетики?

1. «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.
2. 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.
3. Зеленые источники энергии требуют 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.

Другие проблемы зеленой энергетики

Затраты при транспортировке и передаче зеленой энергии в разы выше по сравнению с другими видами электроэнергии. Например, стоимость передачи «ветряной» энергии в три раза больше, чем транспортировка тока, вырабатываемого от угля. Как правило, это еще и связано с тем, что производство зеленой электроэнергии происходит в местах весьма отдаленных от территорий, где ее потребляют. Поэтому при транспортировке зеленой энергии из-за больших расстояний в разы увеличивается нагрузка и эксплуатационные расходы на линии электропередач.

Кроме того, виды зеленой энергии требуют существенных вложений в инфраструктуру. Например, повсеместное строительство и обустройство зарядных станций. Зеленая энергетика, солнечная энергия также требуют умного распределения: это ценообразования по часам, отключение электроэнергии некоторым компаниям в зависимости от коли честна потребляемой ими энергии.

Существуют ещё проблемы. Например, сильные штормы могут нарушать равномерный процесс подачи энергии в странах, расположенных на побережьях. Соотвественно, требуется источники резервной электроэнергии — например, аккумуляторы с запасом тока минимум на три дня. Это сезонные проблемы, решения которых достаточно затратные и могут подорвать экономику.

Себестоимость зеленой энергии или что дальше?

Доля использования зеленой энергии, несмотря на все проблемы, растет и имеет большие перспективы. 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.

По прогнозам экспертов, себестоимость возобновляемых источников энергии и в первую очередь электроэнергии от солнца и ветра к 2040 году существенно упадет: в большинстве районов ее производство начнет дешеветь по сравнению с добычей газа к 2030 году. Это произойдет за счет форсированного развития технологий и, соответственно, снижения стоимости чистой энергии. Что, безусловно, сделает ВИЭ перспективными с точки зрения коммерческого использования.

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: