Возобновляемая энергетика: альтернативы нет

Очень поучительно наблюдать, как средства массовой мировой информации освещают «мировой энергетический кризис». С начала осени, еще задолго до зимы и отопительного сезона, новостные ленты переполнились тревожными заголовками: «В Китае усугубляется энергетический кризис: останавливаются заводы, в городах не работают светофоры», «Катар не может помочь перегретому рынку газа, поскольку добыча на максимуме», «В штатах Индии отключили электричество из-за сокращения запасов угля»,  «Еврокомиссия рекомендовала странам ЕС самим помочь пострадавшим от роста цен на газ гражданам» и так далее.

Запуганные не столько текущими, сколько ожидаемыми счетами за газ, горячую воду и электроэнергию, обыватели впадают в панику и сами начинают распространять подобные сообщения. Чем это чревато — вполне понятно. Такой информационный фон радует, прежде всего, спекулянтов. Судите сами: два сообщения «цены на газ в Европе приблизились к 2000 долларов» и «цены на газ в Европе снизились до 1045 долларов за тысячу кубометров» разделены даже менее, чем одними сутками, и далеко не все читатели новостной ленты обращают внимание, что речь идет о торговле фьючерсами, а не реальным газом, и что сумма сделок относительно невелика. Тем не менее, рост цен на газ, равно как и на другие энергоносители, действительно стал тенденцией последних месяцев — к середине декабря цена составила 1100-1500 долларов за тысячу кубометров.

Конечно, все это не остается без последствий для всей мировой экономики. Как серьезные исследователи, так и влиятельные блогеры, к примеру, американец Майкл Снайдер, предупреждают, что глобальный энергетический кризис выведет «нехватку всего» на совершенно новый уровень. Уже, как всегда в затруднительных ситуациях, начинается поиск виновных: путинская Россия с ее энергетическими амбициями, Китай и «азиатские тигры», скупившие все энергоносители, США, обманувшие со сланцевым газом или Катар, не поставляющий ожидаемого количества газа, — список легко продолжить.

Но проблема в том, что в этом перечне все чаще оказывается и «зеленая энергетика». И здесь хотел бы остановиться и серьезно обсудить причины кризиса и перспективы возобновляемой энергетики.

Начнем с кризиса. У него есть краткосрочные и среднесрочные причины, а также стратегические предпосылки. К числу краткосрочных относятся: относительно холодная зима 20/21 годов; жаркое лето (парадоксально — но используются кондиционеры); длительные периоды слабых ветров или пасмурных дней и другие погодные феномены. Человек пока не властен над стихиями природы. Естественно, все это вызывает повышенный расход газа, ведущий к опустошению газохранилищ. А вот причины, почему опустели газохранилища, относятся к среднесрочным обстоятельствам, в корне которых лежат правильные или ошибочные действия людей. Дело в том, что производство энергии не может изменяться так же быстро, как и погода. Газовые месторождения надо разведать, обустроить, добытый газ очистить, построить заводы по сжижению, танкерный флот или трубопроводы, транспортировать и распределить. То есть необходимо время, ресурсы и то, что называется «длительным инвестиционным циклом», в основе которого должна быть уверенность в окупаемости затрат и получении прибыли. Именно этот момент и тормозит в Украине наращивание добычи собственного газа, ведущее к желанной энергетической независимости: многие месторождения истощены, а имеющиеся запасы газа требуют новейших дорогостоящих технологий добычи. Это — объективная реальность и ей лучше всего соответствует работа по долгосрочным контрактам со стабилизированными ценами.

К сожалению, стремление поставить идеологию и политику впереди экономики, немного сэкономить на краткосрочных падениях цен привело к решению европейских лидеров о переводе покупки газа на биржевую основу с постепенным сокращением роли долгосрочных контрактов. Еще одним обстоятельством является динамика потребления традиционных энергоносителей. Общемировой тенденцией является сокращение доли угля и нефти. Для газа ситуация неоднозначна: на «зрелых» рынках, таких, как Западная Европа, наблюдается многолетняя тенденция стагнации и падения спроса на энергоносители, тогда как на азиатских рынках потребление в последние годы стабильно росло и цены там заметно выше европейских. Соответственно, и производители переориентируются на эти рынки.

Ограничения пандемии Covid-19, падение деловой активности, падение спроса и цен, их непредсказуемые колебания сделали вложения в традиционную энергетику рискованными и уже приводят к сокращению геологоразведки, замедлению или прекращению строительства необходимой инфраструктуры, сокращению финансирования научных исследований и технологического прогресса.

Следующей ошибкой (хронологически — первой) были эмоциональные решения ряда стран об ускоренном закрытии атомных электростанций — причиной стала авария в Фукусиме, связанная с природным явлением, а не ненадежностью атомной энергетики как таковой. В результате и атомная энергетика не смогла помочь тогда, когда это стало особенно необходимо.

Стратегическими причинами мирового энергетического кризиса, гораздо более масштабного, чем нынешний, являются ограниченность запасов энергоресурсов, удорожание их добычи, достижение пиков добычи и превышающего их энергопотребления, отдаленность термоядерной альтернативы. Отсюда следует стратегический же вывод: если оставить все, как есть, кризис неотвратим. Из этого следует, что возобновляемую энергетику следует развивать потому, что это единственная возможность если и не избежать кризиса, то хотя бы смягчить его последствия. Такое понимание позволяет с правильных позиций и в правильной перспективе оценить состояние и возможности возобновляемой энергетики

И, наконец, приобретающее характер новой идеологии и даже религии экологическое движение. Ухудшение экологической ситуации объективно связано с деятельностью человека. В последние десятилетия предприняты очень серьезные меры, и экологическая обстановка в странах Европейского союза заметно оздоровилась — и с этой точки зрения преимущества возобновляемой энергетики неоспоримы. Другое дело теория глобального потепления, где это явление (достаточно противоречивое и не подтвержденное наблюдениями продолжительностью хотя бы в несколько сотен лет) связывается с деятельностью человека, в частности, с выбросами углекислого газа и других парниковых газов. Кислородная катастрофа (2,5 миллиарда лет назад), глобальное Гуронское оледенение (2,3 миллиарда лет назад), Великое пермское вымирание (около 252 миллионов лет назад вымерло до 95% всех видов животных и растений), вымирание динозавров (66 миллионов лет назад), — все эти и многие менее известные экологические, атмосферные и климатические катастрофы по своему масштабу несопоставимы с современным «глобальным потеплением» и никак не связаны с человеческой деятельностью. Их причины следовало бы тщательно изучить. Тогда стало бы понятным значение текущих климатических изменений и стала бы возможной выработка адекватного к ним отношения и научно обоснованной энергетической политики. Но как невозможно было критиковать религиозные догмы, так стало невозможно критиковать и теорию глобального потепления, что приводит к недопустимой спешке: угольная и нефтяная генерация должны быть обложены «углеродным налогом» и запрещены. Даже атомная энергетика должна просить о признании своего «низкоуглеродного» статуса: на сегодняшний день десять стран Евросоюза обратились в Брюссель с просьбой признать ядерную энергию зеленой. В результате и здесь не нашлось резерва, достаточного для стабилизации цен.

И вот здесь необходимо трезво посмотреть на предпосылки стратегические. Главная из них: все перечисленные выше виды энергетики основываются на невозобновляемом топливе. При этом, согласно данным British Petroleum, доказанные мировые запасы нефти оцениваются в 1,734 трлн баррелей или 244,6 млрд т. Доказанные мировые запасы природного газа оцениваются в 196,8 трлн. Доказанные мировые запасы угля оцениваются в 1 069 636 млн т (антрацит и каменный уголь — 749 167 млн т, 320 469 млн т). Доказанные мировые запасы урана оцениваются в 6 147 800 т. Вроде бы объем доказанных запасов достаточен, чтобы в ближайшие десятилетия не беспокоиться об их нехватке (особенно это относится к углю), кроме того, прогресс технологий позволяет добывать те ресурсы, которые раньше относились к трудноизвлекаемым (например, сланцевый газ). Но здесь имеет место быть вторая предпосылка: их добыча достаточно затратна, особенно там, где (практически все) новые месторождения находятся в труднодоступных и малонаселенных местностях, что требует создания инфраструктуры с нуля.

При существующих же уровнях добычи и исчерпании старых месторождений — и это третья предпосылка — уже стоит вопрос о пиках добычи ресурсов. По пессимистическим оценкам, мировые пики добычи нефти, газа, урана пройдены или будут пройдены к середине 30-х годов. Пик добычи нефти и лицензионного конденсата пройден в 2018 году. Помимо нефти и конденсата, пройдены также мировые пики добычи угля и урана. Прохождение мирового пика добычи газа ожидается в ближайшие десять-двадцать лет. Максимум добычи энергоносителей (нефть + газ + уголь + уран) в мире будет достигнут в 2035-м году.

Попытки использования термоядерных реакций в качестве «неисчерпаемого источника «мирной» энергии» (как это виделось в 60-х годах 20 века) до сих пор не вышли за пределы не давших решающего результата экспериментов (четвертая предпосылка). Технологии замкнутого ядерного цикла, дошедшие до стадии опытно-промышленной эксплуатации, наталкиваются на компанию против ядерной энергетики. Других же перспективных технологий, способных покрыть мировые потребности, пока не просматривается.

К чему я веду?  Краткосрочные обстоятельства не должны быть причинами энергетических кризисов. Среднесрочные ошибки и спекуляции, ставшие реальной причиной кризиса современного, должны и могут быть исправлены. Стратегическими причинами мирового энергетического кризиса, гораздо более масштабного, чем нынешний, являются ограниченность запасов энергоресурсов, удорожание их добычи, достижение пиков добычи и превышающего их энергопотребления, отдаленность термоядерной альтернативы. Отсюда следует стратегический же вывод: если оставить все, как есть, кризис неотвратим. Из этого следует, что возобновляемую энергетику следует развивать потому, что это единственная возможность если и не избежать кризиса, то хотя бы смягчить его последствия. Такое понимание позволяет с правильных позиций и в правильной перспективе оценить состояние и возможности возобновляемой энергетики.

О чем идет речь? Вначале уточним терминологию. «Зеленая энергетика» — некий идеал экологических движений, подразумевающий абсолютно безопасную выработку энергии при отсутствии выделения углекислого и других парниковых газов, а также и всех других загрязнений и негативных экологических последствий. Как и любой идеал, такая энергетика недостижима. «Возобновляемая энергетика» — энергетика, основанная на возобновляемых источниках. К ним относятся солнце, ветер, энергия водных потоков, волн, течений, приливов, геотермальная энергия, биотопливо. Соответственно, говорят о солнечной или гелиоэнергетике, гидроэнергетике и так далее. Ее основные преимущества: возобновляемость источников, бесплатность и повсеместная доступность ресурсов (при, к сожалению, неравномерном их распределении), короткий инвестиционный цикл (за исключением «большой» гидроэнергетики), приемлемое экологическое давление на окружающую среду, для ветровой и солнечной энергетики — отсутствие воды в производственных процессах. Это очень существенные преимущества, поэтому доля возобновляемой энергетики в мировом энергетическом балансе, в частности, в производстве электроэнергии, постоянно возрастает. В Норвегии практически вся производимая электроэнергия базируется на возобновляемых источниках — несмотря на наличие богатых запасов газа. Украина с ее нынешней долей около 9,2% уступает не только передовым странам, но и ряду постсоветских (Россия — 20,3%, Казахстан — 11,7%, Узбекистан — 10,3%).

Возобновляемая энергетика зависит от погодных условий (прежде всего гелиоэнергетика и ветрогенерация), имеет место неравномерное территориальное распределение ресурсов (как и для традиционной энергетики), относительно низкий КПД солнечных панелей (от 5-7% для панелей из аморфного кремния до 22% для панелей из дорогого монокристаллического кремния).

Средством компенсации неравномерных генерации и распределения является как можно более широкое объединение энергосетей, а также всемерные снижения потерь энергии при передаче — мероприятия весьма полезные и проводимые даже вне связи с особенностями ветро— или солнечной генерации. Когенерация с использованием нескольких источников (например, солнце + малая гидростанция, ветер + биотопливо), а также таких устройств, как тепловые насосы и солнечные коллекторы, частично решает проблемы зависимости от погоды. Расширение использования нескольких источников пока упирается в стоимость входящих в систему устройств, достаточно высокую для домохозяйств. Нынешнее отсутствие дешевых аккумуляторов и бвстродействующих зарядных станций не означает их отсутствия в будущем, и такие разработки активно ведутся, то же самое относится к созданию эффективных солнечных панелей.

Что же можно было бы предложить на будущее?

Во-первых, не следует поддаваться панике — текущий кризис пока еще не настоящий; настоящий начнется тогда, когда станет невозможным компенсировать падение добычи традиционных ресурсов, исчерпаются источники традиционных видов топлива или их добыча станет абсолютно нерентабельной. Как минимум, несколько десятилетий в запасе у человечества еще есть.

Во-вторых, оставшееся время надо использовать продуктивно: объединять сети, уменьшать потери, отрабатывать новые технологии возобновляемой энергетики (как и других ее видов). Отсюда следует, что немалую часть средств, которые тратятся на форсирование энергоперехода, следовало бы вложить в научные исследования. Их направления очевидны. Энергетический баланс должен быть точно просчитан. Эффективные солнечные панели и ветровые турбины, а также емкие и долговечные аккумуляторы должны производиться на основе новых материалов и технологий, достаточно дешевых и простых в утилизации. Когенерация и распределение энергии должны быть оптимизированы. Переход на возобновляемую энергетику следует осуществлять на основе технологий следующих поколений. И для этого необходимы научные открытия в разных областях естественных наук, совершенные математические модели, инновационные прикладные результаты.

В-третьих, необходимо учитывать региональные особенности — как в масштабе континентов, так и отдельных стран. И Европа (за исключением разве что Норвегии), и Украина находятся в непростой ситуации, не имея стратегических запасов газа и подвергаясь энергетическому давлению восточных соседей. Причем в Украине сложилась еще и неблагоприятная экологическая обстановка. И это делает чрезвычайно важными исследования и разработки Института возобновляемой энергетики НАН Украины, системно аккумулирующие мировые достижения и отечественный опыт создания энергетических программ. Согласно последним расчетам ИВЭ НАНУ, если в 2015 году доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии в Украине составляла 5 %, то в 2020 году уже достигла 9,2 %, и если поддержка со стороны государства и бизнеса не станет слабее, в 2025-ом должна составить 13,1%, а в 2035-ом — 20, 3 %.

Эта перспективная доля-2035 будет еще вчетверо меньше, чем уже сейчас в Норвегии, Бразилии и Новой Зеландии и вдвое меньше, чем в Германии, Испании и Румынии. Но главное на сегодняшний день для возобновляемой энергетики, это сохранить эту тенденцию роста и поддерживать ее на всех уровнях, от научного до государственного.