Долгосрочные перспективы возобновляемой энергетики

В последние годы все чаще публикуются статьи и материалы о бурном развитии возобновляемой энергетики и ее перспективах. Действительно, за несколько десятков лет целенаправленного развития этого направления технологии шагнули далеко вперед. Во второй половине прошлого века применение этих технологий было ограничено, многие их них все еще были экспериментальными, например, ветровая. Если в середине 90-х были распространены ветротурбины с установленной мощностью генератора 250-500 кВт, то сейчас массово применяются машины с 2,5-3 МВт. Более того, несколько компаний запускают в серию турбины с единичной установленной мощностью 6-8 МВт.

Такой рывок объясняется как ростом зрелости технологии, так и поддержкой государств и международных организаций. Чтобы не быть голословным приведем некоторые цифры из последнего отчета по возобновляемой энергетике Renewables 2017 Global Status Report, который был подготовлен Renewable Energy Policy Network.

В 2016 году возобновляемая энергетика в мире показала самый большой прирост за все годы своего развития — 161 ГВт установленной мощности. В относительных величинах это 9% роста по сравнению с 2015 годом. Таким образом, общая установленная мощность, без учета гидроэлектростанций составляет 921 ГВт (вместе с ними – 2017 ГВт). В 2015 году общая установленная мощность возобновляемых источников составляла 785 ГВт (1856 ГВт с гидроэлектростанциями).

Динамика ввода новых мощностей также впечатляет. В 2006 суммарная мощность ветростанций составляла 74 ГВт, а в 2106 уже 487 ГВт — рост более чем в шесть раз. С солнечной энергетикой еще быстрее. 6 ГВт в 2006 и 303 ГВт в 2016 – считайте сами.

Возможно, эти цифры вам мало что скажут, поэтому есть более показательный параметр – в 2016 доля энергии произведенная возобновляемыми источниками оценена в 24.5%. Да, конечно, стоит упомянуть, что 16.6% произведено гидроэлектростанциями, но тем не менее, это уже весьма серьезные цифры.

Возобновляемой энергетике прочат доминирование и, в общем, это правильно. Климатологи уже не первый год бьют тревогу из-за нарастающих климатических проблем. По данным обсерватории Мауна-Лоа, чьи данные по CO2 признаны эталонными, его концентрация повышается из года в год. В начале 60-х уровень концентрации был около 300 ppm, сейчас он уже превышает 400 ppm. Вследствие глобального потепления, в XX веке уровень мирового океана повысился на 19 см и продолжает расти примерно на 3мм в год. Из-за стихийных бедствий только в 2012 году 32 миллиона человек были вынуждены переселиться в другие места. Прогнозируют, что к 2050 такая же судьба постигнет еще 250 миллионов человек.

Выбросы парниковых газов обусловлены в том числе работой тепловых и особенно угольных станций. Поэтому декарбонизация экономики путем замещения этих мощностей — одно из стратегических направлений. И дело тут не только в прямой экономической выгоде, но в ряде факторов, которые влияют и на биосферу в целом и на человека в частности.

Но если отвлечься от эмоций после очередной новости от Илона Маска, то каковы реальные перспективы ВИЭ?

В ноябре прошлого года международная организация World Energy Council опубликовала прогноз развития мировой энергетики до 2060 года. Согласно этому прогнозу определяющими будут следующие тренды:

1. Медленный рост потребности в первичной энергии. Пик в пересчете на душу населения будет достигнут к 2030 году. Это произойдет вследствие роста эффективности новых технологий генерации и энергосбережения, внедрения более эффективных политик расходования энергии.

2. Потребность в электрической энергии возрастет вдвое к 2060 году. Понадобятся значительные инвестиции на модернизацию инфраструктуры, использования более чистых источников энергии и ее транспортировки к конечному потребителю.

3. Высокие темпа роста солнечной и ветровой генерации, что создаст как массу возможностей, так и проблем.

4. Пиковые потребности в угле и нефти могут привести мировую экономику к кризисам.

5. Новые виды транспорта — главное препятствие для декарбонизации энергетических систем.

6. Решение климатических проблем будет требовать гораздо более серьезных усилий и инвестиций чем сейчас.

7. Для достижения баланса в «энергетической триллеме» — доступность энергии, безопасность, низкое влияние на окружающую среду — будет необходима координация международных усилий и большое число инноваций.

Эксперты рассмотрели несколько возможных путей, выделив два принципиально различающихся «типа» будущего – Uplands («Нагорье») и Lowlands («Низина»). Будущее «Нагорья» — это устойчивый экономический рост и решение энергетических вопросов сообща, всем мировым сообществом. В будущем «Низины» экономический рост слаб, а государства исповедуют изоляционизм, стремясь решить свои проблемы без учета связей с соседями.

Согласно отчету WEC, есть три наиболее вероятных сценария – «Современный джаз» и «Незаконченная симфония» и «Хардрок». Столь поэтичные названия даны чтобы обозначить основные черты сценариев. «Нагорья» — это сценарии «Современный джаз» и «Незаконченная симфония», в которых глобальная экономика показывает высокий рост и развивается устойчиво. Отличаются они тем, что в «Джазе» энергетика регулируется многообразными рыночными механизмами. Собственно, джаз многообразен и его могут играть как отдельные исполнители, так и группы. В «Симфонии» превалируют государственные регуляторы, то есть имеет место скоординированная «дирижером» игра. А рокеры часто поют про тяжелую жизнь и времена. И поэтому «Хардрок» в данном контексте это про слабый экономический рост, государственное регулирование и превалирование национальных интересов над глобальными.

Отчет подробно расписывает возможные целочисленные параметры, но нас интересуют те, что касаются доли возобновляемых мощностей в энергетике через сорок лет. Что же прогнозируют в будущем?

*Примечание: технологии, которые обеспечивают улавливание углерода и хранения углерода (Carbon capture and storage, англ.)

Таким образом, будущее у нас может быть само разное. «Хардрок» это в чем-то наше «продолженное настоящее», когда ископаемые виды топлива по-прежнему играют главную роль, а цены на них неустойчивы. Инвестиции в инфраструктуру недостаточны. Уголь частично заменяется газом, из-за политической и экономической разобщенности проигрывают все, а угрожающие тренды набирают обороты. Население нищает, социальное неравенство растет. Низкие темпы роста экономики обусловлены стареющим населением и низкой эффективностью экономики. Растет разрыв между «Севером» и «Югом», который будет приводить к спорадическим конфликтам.

«Симфония» предлагает картину более устойчивого будущего, в котором энергетика становится практически «зеленой», технологический прогресс не разрушает окружающую среду и общее становится над частным. Экономика будет расти средними темпами, инвестиции в инфраструктуру будут высокими, появится широкий набор инструментов для стимулирования «зеленые» инновации. Будет реализовано международное управление энергетическими рынками и выстроена система ее безопасности. С другой стороны, новые формы sharing economy приведут к значительному сокращению спроса на энергию.

Будущее «Джаза» тоже оптимистично. Мировая экономика будет высокопродуктивной, а экономический рост — стремительным и инновационным. Инновации в свою очередь будут базироваться на принципах устойчивого развития. Произойдут сильные изменения в социальной структуре, обусловленные высокими технологиями (т.н. «связанные цифровые элиты»). Экономический рост азиатского региона не будет сопровождаться какими-то катаклизмами. Цены на энергию будут постепенно снижаться за счет повышения ее доступности

Что показательно – ядерной энергетике в будущем находится место, несмотря на Чернобыль и Фукусиму этот источник энергии не снимается со счетов в дальней перспективе. Почему? Главная причина – атомная энергетика не загрязняет окружающую среду парниковыми газами. Второй фактор – устойчивая генерация энергии. Один из серьезных недостатков ВИЭ это непостоянный характер энергоносителя. Это создает технические проблемы с балансом сети. Атомные станции лишены этого недостатка. Последний фактор – технология совершенствуется, в том числе и с точки зрения безопасности. Поэтому сбрасывать со счетов атомную энергетику преждевременно.

Также интересно посмотреть на заявляемые передовыми государствами стратегии и их целочисленные показатели.

Германия. Один из традиционных лидеров направления ВИЭ. Здесь стоит отметить, что ЕС еще в 2001 году издал директиву, которая ставила цели по переходу на ВИЭ (EU Directive on Electricity Production from Renewable Energy Sources 2001/77/EC). В 2000 году немецкие ВИЭ сгенерировали 6,3% от общего количества энергии, а в 2016 этот показатель достиг 34%. В два часа дня 15 мая 2016 года был поставлен своеобразный рекорд – вся внутренняя потребность в электричестве была обеспечена за счет ВИЭ. Германию стали называть «первой в мире экономикой на возобновляемых источниках». В планах – 50% выработки электроэнергии в 2030 году и 80% к 2050.

Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ). В январе текущего года ОАЭ обнародовали энергетический план до 2050 года, согласно которому 44% энергии будет генерироваться за счет возобновляемых источников.

Дания. Еще один европейский лидер в производстве чистой энергии и, в особенности, ветровой. Ветряки датских компаний давно ставят по всему миру. Один старейших лидеров рынка Vestas, в 2016 году поставил 8.7 ГВт ветряков по всему миру. В 2015 60,4% электроэнергии на потребности страны произвели ВИЭ. При том, что большая часть приходится на ветровую энергию – климат способствует – немалая доля приходится и на станции, работающие на биомассе. Установленная мощность таких станций достигает 1 ГВт. Кстати, 22 февраля текущего года ветроэнергетика дала 97 ГВт*ч электроэнергии, полностью обеспечив потребности страны.

Соединенные Штаты Америки. В 2015 году Барак Обама озвучил амбициозную цель – 20% энергии должны генерировать ВИЭ к 2030 году. Исходя из масштабов американской экономики это действительно амбициозная цель. Правда, с приходом к власти Трампа непонятно, что с этими планами будет. Тем не менее, США входит в первую пятерку стран, которые активно внедряют у себя возобновляемые источники энергии.

Китай. Одна из быстрорастущих экономик мира, на долю которой уже в 2015 году приходилось 23% всего энергопотребления в мире. Расплачиваться за высокие темпы приходится критическим загрязнением окружающей среды. Особенно эта проблема остра в городах. Вполне логично, что государство предпринимает меры для перехода на новые энергетические рельсы. В том же 2015 году в Китае ВИЭ было произведено 27% чистой энергии, большая часть которой за счет гидроэлектростанций. Суммарная установленная мощность гидро-, ветро- и солнечных мощностей достигла 490 ГВт. При этом у Китай большие планы на развитие этого сектора. К концу текущего года планируется довести эти мощности до 550 ГВт, среди которых 330 ГВт будет приходится на гидростанции, 150 ГВт на ветростанции и 70 на солнечные. К 2020 году эти цифры увеличатся до 340/250/150 ГВт соответственно. Конечно же, на это потребует значительных инвестиций. Китайское правительство планирует влить в возобновляемую энергетику ~360 миллиардов долларов до 2020 года. На сколько серьезны эти планы можно видеть уже сейчас – только в этом году солнечных станций введено на 34.5 ГВт.

Можно и дальше продолжать приводить примеры, но тенденции ясны. Ведущие экономики мира переходят на новый базис и вполне возможно, что через 30-40 лет мировая экономика будет базироваться на принципиально других основах. Где место Украины в этом тренде?

Развитие ВИЭ в Украине систематически велось с начала 90-х. Как это происходило – тема отдельной статьи, в контексте данного материала важнее то, где мы сейчас находимся. Если коротко, то определённые успехи в этом направлении у нас есть.

По состоянию на середину прошлого года суммарная установленная мощность ВИЭ (за исключением крупных гидроэлектростанций) составляла 1028 МВт. В этом числе 453 МВт приходилось на солнечные станции, 426 МВт на ветровые, 118 МВт на малую гидроэнергетику и 31 МВт на биомассу. При этом общая установленная мощность украинской энергосистемы ~55,5 ГВт. Другими словами на долю ВИЭ приходится около 2% от всей установленной мощности. Если учесть 5900 МВт крупных гидроэлектростанций, то всего на долю возобновляемых источников придется около 12,5%.

Каковы планы? В декабре прошлого года был опубликован план развития отрасли до 2035 года. Этой стратегией предусматривается последовательное увеличение доли ВЭИ. Так, к 2020 году до 8%, а к 2035 году – до 25% общего количества необходимой первичной энергии. Цифра с одной стороны значительная, но с другой – сравните с планами других стран, которые приведены выше. Мы опять явно во втором эшелоне.

Подведем итоги. Переход к возобновляемым источникам энергии – устойчивая тенденция, которая набирает обороты последние два десятка лет. Даже в неблагоприятном сценарии доля вырабатываемой ВЭИ энергии прогнозируется на уровне ~40% уже к 2030 году и 55% к 2060 году. В благоприятном сценарии ВЭИ станут основой глобальной экономики уже через сорок лет. Насколько эти прогнозы сбудутся – будущее покажет, но те темпы, которыми ведущие экономики мира осуществляют «Большой транзит» не могут не впечатлять.

Источники:

1. «Нова енергетична стратегія України до 2035 року: безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність». http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/doccatalog/document?id=245213112

2. World Energy Scenarios, 2016, World Energy Council. https://www.worldenergy.org/wp-content/uploads/2016/10/World-Energy-Scenarios-2016_Full-Report.pdf

3. Renewables 2017 Global Status Report, 2017, REN21. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2017/06/GSR2017_Full-Report.pdf

Автор Станислав Шульга (статья)