• Промышленность

Бережливая энергетика. Почему возобновляемые источники не панацея

Сергей Алексеенко

Сергей Алексеенко

академик РАН, лауреат премии «Глобальная энергия»
  • 6 мин
  • 1 178

Сейчас уже мало кто сомневается в необходимости развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Это не только солнечная и ветроэнергетика, но и давно знакомая гидроэнергетика, геотермальные источники, энергия волн океана и другие. Согласно прогнозам, их доля в глобальном энергопотреблении к 2030 году возрастет до 20%. Как это отразится на России?

доля ВИЭ в глобальном энергопотреблении к 2030 году

Движение и торможение

Есть пять основных мотивов сдвига энергобаланса в пользу ВИЭ.

Первый — истощаемость запасов органического топлива. В мире запасов газа и нефти при нынешних темпах роста добычи хватит на 40—60 лет, угля хватит примерно на 200 лет.

Второй мотив связан с первым — это неисчерпаемость запасов ВИЭ, солнце светит всегда.

Третий мотив — энергетическая безопасность. Запасы органического топлива локализованы, и доступ к ним может быть перекрыт. Солнце, ветер и геотермальная энергия доступны везде.

Четвертый мотив — наличие районов, труднодоступных для централизованного электроснабжения, — мощный довод в пользу ВИЭ для России.

И пятый, главный, мотив для мирового сообщества в пользу ВИЭ — экология.

Экологическое соглашение по климату, принятое в 2016 году в Париже, в этом году ратифицировала и Россия. Присоединившиеся к нему страны намерены удержать рост средней температуры на планете за счет снижения доли энергетики на органическом топливе, на которую возложена вина за потепление.

На пути развития ВИЭ есть, конечно, и проблемы.

Мешают очень низкая плотность энергии и неравномерность. Например, солнечная энергия — это примерно 1 киловатт на 1 квадратный метр, в сравнении с другими источниками энергии это немного.

Не решена задача хранения энергии. Скажем, если облачность большая, ночь, производства солнечной энергии нет и нужно пользоваться сохраненной энергией. Устройства для этого технологически очень сложны.

Пока отсутствует инфраструктура. Если в отдаленный район вы привезете солнечное оборудование, это значит, что нужны и специалисты для обслуживания достаточно сложного технологического комплекса.

Но главной проблемой сегодня остается высокая себестоимость производства энергии. Имея два источника энергии, нерационально покупать более дорогой, но неотличимый по качеству продукт.

Почему глобальное потепление — это нестрашно

Планируемый в России вклад ВИЭ — 1% в 2020 году — несопоставим со среднемировым (11,2%). Рост доли ВИЭ абсолютно необходим, но темпы могут обсуждаться. Считаю, что резкий рост доли (выше 5%) возобновляемых источников энергии в России может быть дальней перспективой, делом нескольких десятилетий. Почему?

планируемый вклад ВИЭ

Существуют разные оценки антропогенного влияния на изменение климата. Существуют, например, свидетельства, что не СО₂ приводит к потеплению, а, наоборот, потепление приводит к большей концентрации СО₂. Взаимосвязи очень сложные, неоднозначные, поскольку причин много.

Есть модель изменения климата Московского энергетического института (МЭИ). Модель проверенная: например, можно взять данные 1900 года, сделать прогноз на 1950-й и сопоставить с реальными цифрами. Эта модель предсказывает стабилизацию температуры после 2050-х годов и общее повышение в течение века на 1,2 градуса. Собственно, этого уровня и хотят добиться участники Парижского соглашения к 2100 году путем отказа от теплоэнергетики. Их решение принято на основе моделей, которые предсказывают довольно резкое изменение СО₂ и 2,5 градуса потепления и больше.

Я считаю, что отказываться от органического топлива не стоит хотя бы потому, что антропогенные выбросы СО₂ составляют от 4 до 10% общего объема, все остальное — естественные выбросы в результате процессов, которые человек контролировать не может.

Вывод таков:

мы должны снижать антропогенное влияние, переходя к малоуглеродной энергетике. Не абсолютный отказ от органического топлива, а минимизация использования углеродного топлива и переход на возобновляемые источники энергии там, где это возможно.

Для России этот путь открывают, на мой взгляд, несколько факторов. Во-первых, по сути выполнены все обязательства по общему количеству выбросов, которые на нас были возложены. Во-вторых, по оценкам МЭИ, потепление даже на 1 градус приведет к тому, что российская энергетика, работающая на теплоснабжение, начнет потреблять существенно (до 10% в масштабах отрасли) меньше топлива. Это опять снизит выбросы, а страна может получить выигрыш в экономике.

Экологичное углеродное

О чем я говорю, когда говорю о минимизации использования углеродного топлива. Здесь явно видны два направления: методы глубокой переработки угля и парогазовые установки.

Мировое сообщество, а точнее те организации, которые учреждены ООН, требуют вообще отказаться от использования угля. Для России отказ нерационален, поскольку угля у нас много (18% мировых запасов, оценка срока исчерпания — 400 лет). Глубокая переработка означает, что уголь сжигается не только для генерации тепла и электричества, но и для получения разнообразных продуктов, например, синтез-газа — смеси СО и водорода. При этом минимизируются выбросы СО₂ вплоть до полного их секвестирования.

Второе направление экологичного использования органического топлива — парогазовые установки. Они имеют максимальный коэффициент полезного действия до 61%. Это рекордное значение, но уже освоенные режимы дают 55—56%. Кроме того, при получении одного и того же количества энергии установка на природном газе будет выбрасывать в 1,5—2 раза меньше СО₂, чем при сжигании угля.

Приоритетные возобновляемые

В числе наиболее перспективных направлений ВИЭ — солнечная энергия. Считается, что материалом будущего для использования в солнечных панелях является перовскит. КПД будет не самый большой, около 20%. Зато ожидается, что цена получения энергии упадет в 10 раз по сравнению с другими материалами. Падает цена — побеждает возобновляемая энергетика.

Вторым концептуальным направлением ВИЭ, которым надо интенсивно заниматься, я считаю петротермальную энергетику, где энергия извлекается из горячих сухих пород (с температурой до 350 градусов) на глубинах от 3 до 10 километров. Если вы пробурите две скважины, по одной подадите холодную воду, то при наличии проницаемых пород из второй скважины получите горячую воду или пар, что подразумевает использование обычной тепловой станции. Горячие породы есть везде, в любом месте можно бурить, это означает неограниченность источника. В Массачусетском технологическом институте посчитали, что для США технически доступного тепла (то есть на глубинах от 3 до 10 километров) хватит на 50 000 лет, то есть навсегда.

Читайте ещё