Помоги проекту - поделись книгой:
Сетевым компаниям вменялось в обязанность приобретение электроэнергии из ВИЭ с выплатой производителям вознаграждения по установленному государством тарифу. Средства на оплату должны были поступать из кармана всех потребителей энергии.
Это один из немногих законов, который готовился не в министерских кабинетах. Законопроект возник в бундестаге в результате работы представителей разных фракций и был подписан 80 депутатами из всех парламентских партий. Он не встретил практически никакого сопротивления ни в правительстве, ни в руководстве крупных энергетических компаний. Ему попросту не придали значения, а большинство членов парламента не совсем понимали, за что они голосовали. В те времена политику волновали процессы объединения Германии, а возобновляемой энергетики как таковой (кроме гидроэнергетики) еще не существовало. Как результат, в законе никто не видел угрозы чьим-либо интересам, и он был принят (чего не сделаешь для охраны окружающей среды, тем более если это не заставляет делиться).
25 февраля 2000 г. был принят Закон о возобновляемых источниках энергии (EEG), который установил в качестве приоритета немецкой энергетики развитие на основе ВИЭ. Он обязал сетевые компании осуществлять подключение энергетических установок на основе ВИЭ к сети, обеспечивать условия для такого подключения (проводить сеть) и закупать энергию из возобновляемых источников в приоритетном порядке (в первую очередь). Законом также устанавливался порядок оплаты чистой энергии в форме зеленого тарифа. Соответствующие затраты перекладывались на потребителей электроэнергии в виде фиксированного «распределительного платежа» (EEG-Umlage) и включались в цену электричества.
В том же 2000 г. были предприняты первые шаги по выходу Германии из атомной энергетики. А в 2011 г., после аварии на АЭС Фукусима, бундестаг подавляющим большинством голосов принял новую редакцию закона об атомной энергетике (Atomgesetz), окончательно зафиксировав ее ликвидацию и закрытие всех действующих ядерных реакторов до конца 2022 г.
Подход Германии отличает постановка на государственном уровне конкретных долгосрочных целей развития ВИЭ и сокращения выбросов парниковых газов. Этим целям соответствуют проработанные планы действий, содержащие целевые показатели и ориентиры и подробное описание необходимых шагов, в том числе новых направлений и приоритетов научных исследований и разработок. В качестве основных макроцелей рассматриваются следующие. К 2050 г. ВИЭ должны обеспечивать 80 % производства электроэнергии и 60 % всего энергопотребления в стране. К 2020 г. выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 40 % от уровня 1990 г. К 2050 г. страна должна достичь «климатической нейтральности», что обеспечивается сокращением выбросов парниковых газов на 80–95 % от уровня 1990 г.
Указанные цели «энергетического поворота» широко поддерживаются немецким обществом, о чем свидетельствуют многочисленные социологические опросы. Большинство экспертов также не считает данные цели слишком агрессивными. Более того, существуют исследования, обосновывающие экономическую возможность и даже выгодность перехода на 100 %-ное энергоснабжение на основе возобновляемых источников энергии к 2050 г. Например, Институтом солнечных энергетических систем Фраунхофера (Fraunhofer ISE) была опубликована модель под названием «100 % возобновляемой энергетики для тепло– и электроснабжения Германии», обосновывающая технологическую возможность и экономическую оправданность перехода Германии на 100 % ВИЭ, включая наземный транспорт, к 2050 г.[234]
Каковы последствия и результаты немецких планов и принятых решений? В настоящее время Германия занимает первое место в мире по объему установленной мощности солнечной энергетики (38 ГВт), второе – в биоэнергетике (после США), третье – в ветроэнергетике (после Китая и США). По установленной мощности возобновляемой энергетики на душу населения (без учета гидроэнергетики) ФРГ занимает второе место в мире, уступая лишь маленькой Дании[235]. Более 27 % потребления электроэнергии в Германии в 2014 г. было покрыто возобновляемыми источниками.
С 2003 г. Германия является нетто-экспортером электроэнергии. В 2013 и 2014 гг. экспорт находился на одинаково высоком и до сих пор максимальном уровне – 34 ТВт · ч в год. Оптовые (биржевые) цены на электроэнергию стабильно держатся на крайне низком уровне, периодически опускаясь до отрицательных значений. Форвардные цены на оптовом рынке опустились 6 января 2015 г. до самых низких значений за последние 11 лет[236]. Данная ситуация благоприятно сказывается на конкурентоспособности крупных немецких энергоемких производств, способных приобретать оптовые объемы энергии.
Германия – мировой лидер в сфере энергоэффективности, она задает тренды и мировые стандарты экономии энергии в зданиях и производственных процессах. Таким образом, ключевой тренд энергетического развития Германии может быть описан следующим образом: рост энергоэффективности производств и зданий ведет к снижению потребления энергии, а это уменьшающееся потребление все в большей степени покрывается возобновляемыми источниками. Потребление энергии в 2014 г. сократилось по сравнению с 2013 г. на 4,8 %, или 445,5 млн т топлива в угольном эквиваленте до самого низкого с 1990 г. уровня[237], что повлекло за собой соответствующее снижение выбросов парниковых газов.
В течение нескольких последних лет отмечается снижение выработки электроэнергии угольными и газовыми электростанциями. В 2014 г. объем генерации на основе бурого угля сократился по сравнению с предыдущим годом на 3 %, на основе каменного угля – на 9,5 %, хотя угольная генерация до сих пор является основным производителем электричества. Газовые электростанции сократили выработку на 13,8 % (сегодня газовая генерация производит почти в два раза меньше электроэнергии в год, чем ветроэнергетика)[238]. Казалось бы, в целях сокращения выбросов парниковых газов рационально переводить электрическую генерацию с угля на более чистый природный газ. Однако данное оправданное решение сталкивается с экономической реальностью. Газовая генерация нерентабельна.
Несмотря на высокую степень дирижизма в экономике Германии, она все-таки является рыночной. При текущей конъюнктуре замена угля газом в электрической генерации возможна только при условии или субсидирования, или существенного снижения цен на природный газ. Крайне маловероятно, что правительство станет субсидировать импортное сырье. В то же время рассматриваются некоторые формы выплат газовым пиковым электростанциям не за выработку электроэнергии, а за то, что они находятся в энергосистеме и выполняют функцию резервных мощностей, обеспечивающих пиковые нагрузки в сети (по аналогии с пожарными, которым платят не только в момент тушения пожара).
Немецкая возобновляемая энергетика, в особенности ее солнечный сегмент, создала интересный прецедент, который можно назвать «демократизацией энергетики». Еще правительство Герхарда Шрёдера запустило программу под названием «100 000 крыш», направленную на стимулирование установки солнечных модулей домашними хозяйствами. Равный доступ на энергетический рынок любых производителей чистой электроэнергии в сочетании с мерами стимулирования привел к тому, что сегодня в стране насчитывается примерно 1,4 млн подключенных к электросетям солнечных электростанций[239], большая часть которых принадлежит частным лицам. Почти половину электроэнергии ВИЭ производят граждане и фермерские хозяйства, в то время как на долю крупнейших энергетических концернов приходится всего лишь 5 %. Таким образом, явно выделяется распределенный характер возобновляемой энергетики, который станет одним из основных признаков энергетики в ближайшем будущем.
Возобновляемая энергетика является мощным мотором современной немецкой экономики, стимулирует создание высокотехнологичных производств и рабочих мест. Количество занятых в отраслях возобновляемой энергетики Германии составило по состоянию на 2013 г. 363 100 человек[240].
Вопреки распространенному мнению возобновляемая энергетика в Германии не субсидируется, федеральный и местные бюджеты не несут нагрузки в связи с развитием ВИЭ. Государственная поддержка ВИЭ состоит в создании соответствующих рамочных условий, благоприятствующих развитию возобновляемой энергетики. Основным методом поддержки являлся до недавнего времени вышеупомянутый зеленый тариф, выплачиваемый владельцам генерирующих мощностей за произведенное чистое электричество. Источником средств, выплачиваемых по «зеленому тарифу», является «распределительный платеж», который включается в счет потребителям энергии (за исключением их некоторых категорий, например энергоемких производств) и аккумулируется на специальных счетах сетевых компаний. Информация о состоянии данных счетов открыта и доступна всем желающим. Величина данного распределительного платежа в 2014 г. составляла 6,24 евроцента за киловатт-час, в 2015 г. он впервые снижен до 6,17 евроцента.
Разумеется, крупнейшая перестройка энергетической системы не могла не сопровождаться перекосами и недостатками. Когда вводили зеленый тариф, никто не предполагал, что возобновляемая энергетика станет столь доступной и завоюет широкую народную любовь. В результате участников рынка – получателей зеленого тарифа оказалось слишком много, а суммы, которые нужно им выплачивать, превысили все возможные прогнозы, что привело к необходимости регулярно повышать распределительный платеж. Это одна из причин высоких сетевых тарифов на электроэнергию на розничном рынке. Граждане Германии платят сегодня примерно 29 центов за киловатт-час. Справедливости ради необходимо отметить, что распределительный платеж составляет менее четверти тарифа на электроэнергию, оптовая цена которой стабильно находится на низком уровне (3–4 цента за кВт · ч), и является не единственной причиной высокой розничной цены.
Сегодня зеленый тариф резко снижен и стал ниже сетевого тарифа. Это положило конец стимулированию установки частных солнечных электростанций в целях продажи электроэнергии, однако создало рынок современных систем хранения энергии, позволяющих в большей степени использовать вырабатываемую зеленую энергию для собственного потребления. Разумеется, уменьшение размера зеленого тарифа снизило привлекательность новых инвестиций в возобновляемую энергетику. Если в 2012 г. в стране было установлено 7,6 ГВт новых мощностей в солнечной энергетике, то в 2014 г. – всего 1,89 ГВт[241]. В то же время можно сказать, что развитие ВИЭ приобрело более регулируемый и планомерный характер с ежегодной постановкой целей по вводу определенного количества мощностей – столько, сколько необходимо для выполнения долгосрочных планов на 2020, 2030, 2040 и 2050 гг.
Энергетический разворот сильно ударил по традиционным энергетическим компаниям, до последнего державшимся за традиционные способы производства энергии, недооценивая ВИЭ. Их рыночная капитализация стабильно снижается с 2008 г. «Мы поздно вышли на рынок возобновляемой энергетики. Возможно, слишком поздно», – произнес глава немецкого энергетического концерна RWE, воевавшего с «энергетическим поворотом» все последнее десятилетие и зафиксировавшего в 2013 г. крупнейший убыток (€2,8 млрд) за всю историю[242].
Второе по размерам (объем выручки $162 млрд по итогам 2013 г.) предприятие Германии, энергетический гигант E.ON, прекращает свое существование в прежнем виде. В ноябре 2014 г. E.ON провозгласил выход из углеводородной и ядерной энергетики. Предприятия концерна, специализирующиеся на данных направлениях, в том числе российский бизнес E.ON, выводятся в отдельное новое юридическое лицо (или разные юридические лица), которое в 2016 г. должно быть продано посредством биржевого размещения. Обновленный Е.ON будет специализироваться на возобновляемой энергетике и управлении электрическими сетями.
Трудности традиционных энергетических концернов в условиях бурного развития возобновляемой энергетики заставляют пристальнее посмотреть на перспективы российского сырьевого экспорта. Германия является крупнейшим покупателем российского природного газа, который используется главным образом для производства тепла, в то время как ВИЭ работают в большей степени в сфере электроэнергетики. Казалось бы, данные рынки пересекаются незначительно и развитие ВИЭ слабо влияет на стабильность газовых потоков. Однако все не так просто.
В июне 2014 г. опубликовано исследование, подготовленное Институтом ветроэнергетики и энергетической системной техники Фраунхофера (Fraunhofer IWES), под названием «Замена природного газа посредством форсированного энергетического поворота»[243]. В исследовании оценивается возможность «безболезненного» снижения потребления природного газа в Германии с двумя целями: 1) снижение выбросов парниковых газов; 2) сокращение зависимости от импортных поставок газа. Примерно 85 % потребляемого Германией природного газа приходится на выработку тепла (в том числе в рамках когенерации), и только 5 % идет на производство электроэнергии «в чистом виде». Таким образом, возможность сокращения потребления природного газа зависит, во-первых, от способности сократить потребности страны в тепловой энергии и, во-вторых, заместить природный газ иными (возобновляемыми) источниками тепловой энергии.
В долгосрочной перспективе подобная перестройка не является утопией. Известно, что современные энергопассивные дома потребляют на 90 % меньше тепловой энергии в сравнении с обычными зданиями и им практически не нужно отопление, не нужен источник тепла с высокой плотностью энергии. Тенденция замены теплового оборудования, сжигающего углеводородное топливо (нефтепродукты и природный газ), иными способами отопления очевидна уже сейчас. Если в 2000 г. доля газа в отоплении в новостройках составляла 76,7 %, а нефтепродуктов – 13,4 %, то в 2013 г. на газ (в том числе биометан) приходилось 48,3 %, а на нефтепродукты – 0,7 % новых жилых единиц[244].
Конечно, существующий фонд зданий состоит из объектов, построенных ранее и в разное время. Его реконструкция (энергетическая санация), а также установка альтернативных систем отопления требует времени и колоссальных инвестиций. Тем не менее рассмотренные в указанном исследовании сценарии «энергетического поворота» позволяют авторам сделать следующие выводы.
Отказ от природного газа возможен. В соответствии с нынешними действующими законодательными нормами (в первую очередь действующей редакцией Закона о возобновляемых источниках энергии – EEG) его потребление Германией сократится на 24 % к 2030 г. и на 42 % к 2050 г. В случае же «форсированного сценария», предлагаемого (и обосновываемого) Институтом, потребление природного газа можно сократить к 2030 г. на 46 %, а к 2050 г. – на 98 %.
Напомним, что доля российского природного газа в немецком импорте данного сырья составляет 38–39 %. Таким образом, средне– и долгосрочные перспективы российского экспорта углеводородов на немецком направлении достаточно туманны и нуждаются в тщательном мониторинге и сценарном анализе.
Китай
В 1974 г. Китай потреблял 5 % глобальной энергии, сегодня эта доля выросла в четыре раза – 20 % мирового потребления энергии приходится на нашего восточного соседа. В 2014 г. Китай, обойдя США, стал мировым лидером по загрязнению атмосферы Земли – объем выбросов CO2 составил 8,2 млрд Гт[245].
Китай является крупнейшим в мире производителем электроэнергии – 4985 ТВт · ч, или 22 % мирового производства в 2012 г. (Россия произвела 1069 ТВт · ч, или 4,7 % мирового электричества, – четвертое место в мире)[246]. Совокупная установленная мощность китайских электростанций составляет 1247 ГВт[247] (в пять раз больше, чем в России).
При этом Китай является крупнейшим в мире производителем и потребителем угля, который исторически являлся и продолжает оставаться основой китайской энергетики. Угольная генерация дает 76 % китайского электричества[248]. Китай является не только первым производителем угля с доминирующей долей 45,5 % мирового производства (доля России 4,4 %), но и крупнейшим его импортером[249].
Можно сказать, что Китай сегодня «проглатывает» все: уголь, нефть, газ – для покрытия потребностей своей растущей экономики. В то же время экстенсивный рост, основанный на использовании все больших объемов ископаемого топлива, имеет очевидные пределы. Эти ограничения связаны не только с конечностью ископаемых ресурсов, но и с колоссальными негативными последствиями массированного использования углеводородов для окружающей среды и здоровья населения. Уголь – самый «грязный» вид ископаемого топлива. Его использование в энергетике связано с бóльшими удельными выбросами вредных веществ, чем у других видов генерации.
Даже радиоактивное загрязнение окружающей среды угольными ТЭС в разы сильнее, чем атомными электростанциями сравнимой мощности. В угле содержатся радиоактивные вещества – торий, изотопы урана, продукты их распада (включая токсичные радий, радон и полоний), а также долгоживущий радиоактивный изотоп калия – калий-40. При сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. Кроме того, значительная доля природных радионуклидов, содержащихся в угле, скапливается в шлаковых отвалах ТЭС и попадает в организм людей по пищевым цепочкам через поверхностные и грунтовые воды. Выбросы CO2 угольными электростанциями составляют для бурого угля 969–1190 г/кВт · ч, для каменного угля – 898–952 г/кВт · ч, а для природного газа – 398–544 г/кВт · ч[250]. Угольная энергетика лидирует также по выбросам окислов серы и азота, твердых частиц, золы.
Неудивительно, что бурный рост китайской энергетики в сочетании со стремительным увеличением автомобильного транспорта привел к катастрофическим последствиям для экологии страны. Шестнадцать из 20 наиболее загрязненных городов мира находятся в Китае[251]. В январе 2013 г. объем твердых частиц в воздухе Пекина составил 993 мкг на м3 при максимально допустимой по методике Всемирной организации здравоохранения норме 25 мкг[252]. По официальным данным 16 % почвы, 20 % сельскохозяйственных земель и 60 % грунтовых вод в стране загрязнено[253]. Чрезвычайная экологическая ситуация вызывает массовые обращения граждан и конфликтные протесты. Роль сборочного конвейера и полигона производственных отходов больше не устраивает граждан Китая, чье благосостояние за последние 20 лет в среднем существенно возросло. Разумеется, не устраивает она и политическое руководство, страну в целом, которая стремится и в экологическом плане занять место, подобающее самой мощной экономике мира.
В марте 2014 г. на открытии Национального народного конгресса генеральный секретарь ЦК КПК Си Цзиньпин «объявил войну» загрязнению окружающей среды. Гармонизация китайского общества и природы рассматривается теперь в качестве одного из важнейших национальных приоритетов. С 1 января 2015 г. вступило в силу новое законодательство по охране окружающей среды, предусматривающее существенное ужесточение ответственности предприятий и их руководителей, устанавливающее уголовную ответственность, тюремное заключение и отменяющее верхние границы штрафов за наносимый экологический ущерб. Предусматриваются конкретные цели по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Например, в Северном Китае к 2017 г. выбросы должны быть сокращены на 25 % по сравнению с уровнем 2012 г. В целях борьбы за экологию Китай вводит ограничения на использование ископаемого топлива. В настоящее время установлена верхняя граница объема потребления угля – прогнозируемый к 2020 г. уровень 4,2 млрд т не должен быть превышен (к слову, не исключено, что данный лимит не будет выбран, поскольку в 2014 г. потребление угля не выросло)[254].
Возобновляемой энергетике отводится ключевая роль в решении экологических проблем Китая. При этом соответствующие инвестиции и меры стимулирования не рассматриваются в качестве «затрат на экологию» или «дополнительной нагрузки на бюджет». Отлаженные за последние годы технологии ВИЭ и их повысившаяся доступность обеспечивают экономически рациональную интеграцию возобновляемой энергетики в энергосистему страны.
Китай уже долгое время лидирует в мире в области гидроэнергетики (установленная мощность ГЭС 260 ГВт). С учетом данной мощности китайское производство электричества на основе ВИЭ примерно соответствует совокупному объему всей электрической генерации Германии и Франции вместе взятых.
Естественные географические ограничения требуют развития и иных, отличных от гидроэнергетики направлений возобновляемой энергетики, которым в последние годы уделяется повышенное внимание. В настоящее время ключевая роль здесь отводится ветроэнергетике. Китай рассматривает ветроэнергетику в качестве одного из важнейших компонентов роста национальной экономики. Еще в 2012 г. выработка электроэнергии китайскими ветряными электростанциями превысила выработку АЭС, а в 2013 г. разница составила уже 22 %[255]. Таким образом, ветер уже является третьим (после угля и воды) источником электроэнергии в Китае по объемам вырабатываемого электричества.
В 2013 г. ветроэнергетика Китая выработала на 40 % электричества больше, чем в предшествующем году[256], а в одном только 2014 г. в Китае были установлены ветряные электростанции общей мощностью 20,7 ГВт[257] – абсолютный мировой рекорд. В 2017 г. 15 % потребления электроэнергии Пекином должно обеспечиваться ветроэнергетикой[258]. Ученые Гарварда и Пекинского университета Цинхуа на основе метеорологических данных и с помощью финансового моделирования сделали вывод, что к 2030 г. все электричество в Китае может производиться ветроэнергетикой[259].
На пятки производителям электричества с использованием ветра наступает солнечная энергетика, которая в Китае начала активно развиваться только в текущем десятилетии и, возможно, в его второй половине станет главным драйвером роста ВИЭ (да и экономики вообще) в Китае. Стремительность роста демонстрируется следующими данными. В 2010 г. в Китае было построено 0,5 ГВт солнечных электростанций, а совокупная установленная мощность достигла всего 0,8 ГВт[260]. В 2013 г. было установлено уже 12,9 ГВт солнечных генерирующих мощностей, больше, чем когда-либо в какой-либо стране за год, а общая установленная мощность достигла примерно 20 ГВт[261]. Добавление новой солнечной генерации осуществлялось такими ударными темпами, что ее интеграция в электрические сети стала сложным технологическим вызовом.
Интересным фактом является оперативное повышение годовых плановых целей по вводу новых солнечных мощностей. Например, в конце 2013 г. было принято решение пересмотреть план на 2014 г. и ввести вместо запланированных 12 ГВт солнечных мощностей 14 ГВт[262] (хотя эту новую цель достичь не удалось). В январе 2015 г. Китай запланировал установить уже 15 ГВт солнечных электростанций в текущем году. Примечательно, что упор делается на «демократичную» распределенную генерацию, в которой объем новых мощностей планируется утроить, в том числе на крышах зданий собираются установить минимум 3,15 ГВт[263]. Но в марте Китай снова заявляет о повышении плановых заданий: 17,8 ГВт солнечных электростанций должно быть построено в Китае в 2015 г.[264] Весьма вероятно, что в течение 2015 г. Китай превзойдет Германию по установленной мощности солнечных электростанций и займет и в этом сегменте первое место в мире.
Дальнейшие планы Китая по развитию возобновляемой энергетики поражают воображение. К 2017 г. планируется более чем утроить мощности солнечной энергетики, доведя их до 70 ГВт. В этом же году мощность ветроэнергетики должна составить 150 ГВт, биоэнергетики – 11 ГВт, гидроэнергетики – 330 ГВт[265]. В совокупности установленная мощность китайской возобновляемой энергетики достигнет примерно 560 ГВт, что, для сравнения, в 2,4 раза превышает суммарную установленную мощность всех электростанций России. «
В 2020 г. совокупная установленная мощность ветряных электростанций должна составить уже 200 ГВт, солнечных – 100 ГВт[268], такие цели предусматриваются китайским пятилетним планом 2016–2020 гг. При этом последняя цель рассматривается некоторыми участниками отрасли в качестве «минимума». Как отмечает глава Yingli Green Energy, второго в мире производителя солнечных панелей, цель в 100 ГВт «может трактоваться как нижняя граница»[269].
Классическим заменителем «грязного» угля является «более чистый» природный газ. С точки зрения емкости китайского рынка нет никаких сомнений, что объемы поставок российского газа в Китай теоретически могут превзойти европейский уровень, как об этом заявляет Газпром. В то же время необходимо учитывать быстро меняющийся энергетический ландшафт. Посудите сами. Принятый в середине прошлого десятилетия китайский средне– и долгосрочный план развития возобновляемой энергетики, устанавливал следующую цель развития ветроэнергетики: 20 ГВт к 2020 г. Сегодня эта цель пересмотрена – увеличена в десять раз. В солнечной энергетике поставленные ранее цели скорректированы более чем в 50 раз!
Возобновляемая энергетика воспринимается в Китае как важный фактор экономического роста, один из ведущих драйверов социально-экономического развития, обеспечивающий создание новых технологичных производств и квалифицированных рабочих мест. Китай уже не ограничивается ролью сборочной площадки, превратившись в одного из передовых разработчиков и производителей технологических решений и оборудования в сфере ВИЭ. Здесь производится 64 % всех солнечных панелей в мире суммарной мощностью 25,6 ГВт (2013 г.). Планируется, что к 2017 г. объем годового производства вырастет вдвое – до 51 ГВт, а рыночная доля Китая увеличится до 70 %[270]. Среди десяти крупнейших производителей ветряных генераторов в мире три компании китайские, одна из них, Goldwind, занимает второе место в мире по объему производства после датской Vestas[271]. Количество занятых в китайской возобновляемой энергетике (без учета гидроэнергетики) оценивается в 2,64 млн человек, в том числе 1,58 млн в солнечной энергетике и 356 000 в ветроэнергетике[272]. Только фотоэлектрическая индустрия добавила к китайскому ВВП $52 млрд в 2013 г.[273]
Как отмечалось выше, Китай активно стимулирует развитие электрического транспорта. Перспективы развития нефтяного рынка страны выглядят не очень радужно. Рост потребления топлива остановится «гораздо раньше, чем прогнозировали многие западные энергетические компании и аналитики»[274].
Таким образом, возобновляемая энергетика в Китае стала мощной отраслью, имеющей важнейшее социально-экономическое значение. В ближайшие годы она будет стремительно расти. В соответствии с нынешними обещаниями китайского руководства ее доля в энергетическом балансе страны к 2030 г. составит 20 %[275] (в производстве электричества эта доля будет значительно выше). Темп развития во многом станет зависеть как от состояния китайской экономики в целом, так и от развития технологий ВИЭ, в первую очередь солнечной генерации и «умных сетей». И здесь, на мой взгляд, возможны только два сценария. Первый – это короткий период бурного роста с достижением определенной доли в энергетической системе с последующим умеренным ростом и постепенными структурными сдвигами в энергетике. Второй – более продолжительный период двузначных темпов роста с коренной перестройкой китайской энергосистемы в 2020–2040 гг. и выдавливанием из нее углеводородной генерации. Независимо от того, какой из сценариев будет реализован, российских экспортеров энергоносителей на восточном направлении ждут нелегкие времена.
2050: Сбалансированная энергетическая система с доминированием ВИЭ
DNV GL, международная консалтинговая компания, недавно опросила 1600 экспертов в энергетической сфере из 71 страны – представителей производителей оборудования, энергетических компаний, коммунальной сферы, регулирующих органов, инвестиционных фирм – о будущем возобновляемых источников энергии. Один из главных вопросов исследования был сформулирован так: «Когда возобновляемые источники станут генерировать 70 % электроэнергии на рынках, где вы работаете?»
Почти половина респондентов ответила, что это произойдет через 15 лет, т. е. в 2030 г. Подавляющее большинство опрошенных, 80 %, предположили, что энергетическая система будет на 70 % возобновляемой к 2050 г.[276]
Переход энергетики на «возобновляемые рельсы», как мы видели, обусловлен не только ростом конкурентоспособности возобновляемых источников, но и необходимостью борьбы с глобальным потеплением климата, которая является своего рода идеологической основой энергетического поворота. Напомним, что на европейском уровне поставлена «официальная» цель сократить к 2050 г. эмиссию CO2 на 80–95 % от уровня 1990 г.[277] Без коренных изменений в производстве энергии достичь ее невозможно, поэтому предполагается, что доля «низкоуглеродных» способов производства электричества в Европе через 35 лет может составить почти 100 %. В остальном мире, очевидно, также произойдут мощные структурные сдвиги в сферах производства и потребления энергии, тренды уже налицо, вот только степень будущего распространения возобновляемой энергетики пока остается неясной.
Сценарии
Какую роль в энергетической системе будущего станет играть традиционное ископаемое топливо: нефть, уголь, газ? Очевидно, многое зависит от развития технологий в альтернативной энергетике и ее ценовой конкурентоспособности. Тенденции последнего десятилетия позволяют предполагать, что в ближайшее время ВИЭ прочно займут место в категории самых дешевых и эффективных энергоносителей. В результате у инвесторов будет оставаться все меньше оснований для вложений в новые проекты углеводородной генерации. Актуальная статистика подтверждает этот тренд – большинство новых энергетических мощностей относятся сегодня к сфере возобновляемой энергетики. Это справедливо не только для экономически развитых держав, но и беднейших государств. Например, с учетом падения стоимости солнечной генерации, фотоэлектрика становится самым доступным и при этом экологически устойчивым способом производства энергии в странах Африки, в которой сотни миллионов людей до сих пор живут без электричества.
В то же время темп изменений расклада мирового энергетического рынка остается загадкой. На Земле созданы колоссальные генерирующие мощности, работающие на угле и газе (нефть сегодня практически не используется в сфере производства электроэнергии – доля черного золота составляет здесь всего 5 %). Будут ли они выбывать и замещаться ВИЭ по мере естественного старения, как это наблюдается в сфере угольной генерации в США, или в принудительном порядке, как это происходит сегодня в Германии с атомной энергетикой, или переводиться в резерв, обеспечивающий пиковые нагрузки, что обсуждается в той же Германии?
Кроме того, в сфере энергетики и на сырьевых рынках огромное значение имеет государственная политика, которая, со всей очевидностью, находится под влиянием разных групп игроков. Нефтегазовый сектор имеет широкий круг лоббистов и значительные финансовые возможности для корректировки действий политиков. Поэтому нельзя исключать торможения нынешнего развития ВИЭ путем прямых ограничений, сворачивания мер поддержки и, напротив, предоставления дополнительных льгот и преференций налогового и неналогового характера сырьевому сектору.
Сегодня ясно одно: доля ВИЭ в мировом энергетическом балансе будет расти. Темпы же этого роста описываются разными сценариями и моделями развития сырьевых и энергетических рынков на национальных и международном уровнях. В частности, существуют варианты, предусматривающие полный отказ от углеводородной генерации к 2050 г., которые встречают наибольшую поддержку в экономически развитых странах Европы. С большой долей вероятности они будут реализованы в Австрии, Дании и Швеции, а в таких европейских странах, как Норвегия и Исландия, уже сегодня практически вся энергия вырабатывается с помощью ВИЭ. Шотландия планирует производить/использовать только возобновляемое электричество уже в 2020 г. Германия официально декларирует 80 %-ную долю ВИЭ в производстве электроэнергии и 60 %-ную в энергообеспечении вообще к 2050 г. Выполнение таких амбициозных планов будет обеспечиваться не только планомерным развитием возобновляемой энергетики, но и мерами по повышению энергоэффективности зданий и экономики в целом, ведущими к сокращению энергопотребления. Более того, существуют модели, обосновывающие возможность практически полного энергоснабжения ФРГ на основе возобновляемых источников к 2050 г. Так, «Бизнес-модель энергетического поворота» доказывает, что «новая энергетическая система будет основываться на солнечной и ветроэнергетике, которые помимо электроэнергетического сектора станут покрывать потребности транспорта и теплоснабжения. Многочисленные расчеты показывают экономическую целесообразность энергетического поворота даже при очень консервативных предпосылках, т. е. без учета роста цен на энергоносители и ущерба от выбросов CO2»[278]. Немецкий Экспертный совет по вопросам окружающей среды утверждает, что «полное снабжение электричеством на основе возобновляемых источников возможно, надежно и экономично»[279].
Наряду с упомянутым ранее исследованием Института Фраунхофера «100 % возобновляемой энергетики для тепло– и электроснабжения Германии» при содействии министерства окружающей среды Германии был осуществлен трехлетний исследовательский проект и создана всеобъемлющая компьютерная модель под названием Kombikraftwerk 2. В ней использованы реальные почасовые показатели потребления энергии по всей Германии и метеорологические данные, на которые «наложена» генерация на основе ВИЭ, в результате чего можно проследить, где и как производится, где и кем потребляется энергия. В данном случае использована следующая структура производства электроэнергии: 60 % обеспечивается ветроэнергетикой, 20 % – фотоэлектрическими установками, 10 % – биоэнергетикой, а остаток – геотермальной и гидроэнергетикой. Результат моделирования: «Надежное и стабильное энергоснабжение, обеспечиваемое на 100 % возобновляемыми источниками, в будущем технически возможно с соответствующими корректировками в системе». Под корректировками подразумевается в первую очередь создание дополнительных накопительных (аккумулирующих) емкостей. Интерактивная модель представлена на сайте проекта в свободном доступе[280].
Международное энергетическое агентство описывает несколько возможных сценариев мирового энергетического развития к 2050 г., опираясь, с одной стороны, на экономико-технологические возможности трансформации энергетических систем и, с другой стороны, на прогнозы роста объемов выбросов парниковых газов и температуры атмосферы в результате человеческой деятельности[281]. Сценарий 6DC, в соответствии с которым среднемировая температура вырастет на 6 °C от доиндустриального уровня, реализуется в случае сохранения нынешних тенденций потребления ископаемого топлива, дальнейшего роста угольной электрической генерации, являющейся одним из главных загрязнителей атмосферы. Здесь мировое потребление углеводородов вырастет более чем на две трети, а выбросы парниковых газов еще больше. Сценарий 4DC – «сценарий новой политики», по которому рост температуры к 2050 г. будет ограничен 4 °C и в котором учитываются нынешние усилия и меры по стимулированию ВИЭ и повышению энергоэффективности. Наконец, сценарий 2DC описывает энергетическую систему, которая как минимум с 50 %-ной вероятностью позволит ограничить рост температуры на Земле 2 °C и которая потребует существенной перестройки энергетического уклада. Предполагается, что при реализации данного сценария рост концентрации углекислого газа в атмосфере может быть остановлен на уровне 450 частей на миллион (как мы помним, в 2015 г. концентрация CO2, скорее всего, превысит 400 частей на миллион). Поэтому данный вариант развития энергосистемы называют еще сценарием 450, или 450ppm. Для этого необходимо, чтобы выброс CO2 на единицу произведенного электричества сократился на 90 %[282].
Сценарий 2DC может быть реализован двумя путями, первый из которых – базовый вариант – предусматривает наряду с 65 %-ной долей ВИЭ в мировом энергетическом балансе весомую долю атомной энергетики. Вторая возможность, рассматриваемая Международным энергетическим агентством, состоит в увеличении доли возобновляемых источников до 79 % за счет сокращения доли атомной энергетики и дальнейшего сокращения угольной генерации практически до нулевого уровня. Этот последний вариант носит название «hi-Ren», т. е. «высокая доля ВИЭ». Международная группа по изменению климата (IPCC) считает необходимым увеличить долю ВИЭ в производстве электричества до 80 % к 2050 г. В противном случае человечество ожидает «тяжелый, всеобъемлющий и необратимый» ущерб[283].
Насколько сильно указанные сценарии отличаются с точки зрения эмиссии парниковых газов – иллюстрирует следующий пример. При нынешних трендах развития традиционных типов генерации (сценарий 6DC) выбросы CO2 в электроэнергетическом секторе вырастут с 13 Гт в 2011 г. до 22 Гт в 2050 г. При реализации сценария hi-Ren их, напротив, удастся снизить всего до гигатонны[284].
Таким образом, если на национальном уровне в ряде стран уже сейчас с большой долей вероятности можно описать детали будущей энергетической системы, в которой ископаемому топливу практически не останется места, то на мировом уровне дать какой-то единый прогноз сложно. Разумеется, организация энергетики станет отличаться от страны к стране и доли того или иного источника энергии в разных местах земного шара будут разными в зависимости от уровня экономического развития, климатически-природных условий, доступности ископаемого топлива и т. д. Тем не менее далее мы постараемся выделить базовые общие черты и основные принципы передовых энергетических систем будущего, которые формируются уже сегодня.
65–79 % – такая доля возобновляемой энергетики в производстве электричества может быть достигнута в глобальном масштабе при реализации «экологичных» сценариев развития Международного энергетического агентства, предусматривающих существенное сокращение эмиссии парниковых газов и ограничение роста температуры воздуха[285]. Технологические предпосылки для этого есть уже сегодня. По мере дальнейшего удешевления технологий ВИЭ идеологические, климатические мотивы развития возобновляемой энергетики будут отодвигаться на второй план, уступая место рыночной прагматике.
В то же время существуют иные, оптимистичные для ископаемого топлива сценарии, один из которых, например, содержится в Прогнозе мировой энергетики (World energy outlook) до 2040 г., составленном Международным энергетическим агентством. Здесь предполагается, что, несмотря на рост ВИЭ и сокращение доли углеводородов в мировом энергетическом балансе, эта доля останется высокой – к 2040 г. 55 % электричества будет производиться на основе угля, природного газа и нефти (сегодня 68 %), а доля возобновляемых источников составит 33 % при росте потребления энергии на 37 %, а электричества на 80 %[286]. В данном случае годовой объем выбросов парниковых газов будет возрастать, что противоречит активно декларируемым международным целям борьбы с глобальным потеплением.
Увы, здесь многое зависит от политики ведущих индустриальных стран, от того, какая политическая линия возьмет верх. Если европейский поворот к ВИЭ более-менее очевиден, то вопросы, касающиеся возможностей других крупных держав ускорить изменения в энергетическом секторе, остаются открытыми. США и Китай, главные энергетические державы, ответственны сегодня примерно за 45 % мировых выбросов парниковых газов. Если Китай, как мы видели, ставит перед собой сверхамбициозные планы по развитию чистой энергетики и уже к концу 2017 г. до одной трети всех генерирующих мощностей Поднебесной может приходиться на ВИЭ, то США с их исторически сильным нефтяным лобби не столь активны. Тем не менее и там планируется удвоить мощности возобновляемой энергетики к 2020 г. по сравнению с уровнем 2012 г.
В ноябре 2014 г. на двусторонней встрече руководителей Китая и США стороны взяли на себя взаимные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. США планируют к 2025 г. сократить эмиссию на 28 % от уровня 2005 г., а Китай обязуется достичь пика выбросов к 2030 г. и предпринять усилия, чтобы осуществить это раньше[287]. Данные меры, несомненно, повлекут за собой изменение структуры энергетики, в то же время, по мнению ряда комментаторов, они недостаточны для обеспечения благоприятных климатических сценариев.
Также открытым остается вопрос, каким будет дальнейшее развитие. И здесь, увы, не обойдется без серьезных (надеемся, что мирных) столкновений, поскольку на кону триллионы долларов, ежегодно вращающиеся на мировых сырьевых и энергетических рынках. Таким образом, существует несколько вариантов развития мировой энергетической системы и потребления ископаемого топлива до 2050 г.
На сегодняшний день представляются весьма вероятными рестрикции, касающиеся дальнейшего использования угля, который до сих пор остается главным источником электроэнергии в США, Германии, Китае, Индии и многих других странах. Грозным предупреждением явилось решение Норвежского государственного пенсионного фонда (Government Pension Fund Global), управляющего активами стоимостью $850 млрд, выйти из вложений в угольные предприятия, так как «компании с особенно высокими выбросами парниковых газов могут быть подвержены риску из-за нормативных или иных изменений, ведущих к падению спроса»[288]. Инвестиционный банк Goldman Sachs полагает, что «уголь достиг своего пенсионного возраста и ему пора на покой»[289]. Угольная генерация электроэнергии может замещаться более чистыми способами, основанными как на использовании ископаемого топлива (природный газ), так и на возобновляемых источниках или мирном атоме. При этом тенденции, например в случае Германии, свидетельствуют о том, что замещение с большей вероятностью будет происходить на основе ВИЭ. На рынке Индии, крупного потребителя угля, также отмечается попытка резкого поворота в сторону солнечной энергетики, поскольку природные условия и «созревшие» технологии создают все предпосылки для экономически эффективной генерации. Правительство Нарендра Моди анонсировало планы увеличить установленные мощности солнечной энергетики с 3000 до 100 000 МВт за короткий период – до 2022 г., что существенно повысит ее долю в энергетическом балансе страны[290]. В течение ближайших 10–12 лет Индия планирует довести долю ВИЭ в энергетическом балансе с нынешних 6 до 15 %[291]. В то же время без учета эколого-политического фактора, чисто экономически уголь остается достаточно привлекательным источником энергии во многих регионах мира.
Перспективы природного газа в качестве источника электрической генерации, с одной стороны, выглядят более радужно. В 2011 г. Международное энергетическое агентство выпустило специальное исследование под названием «Вступаем ли мы в золотой век природного газа?»[292], в котором газ рассматривается в качестве важного заменителя угля в электроэнергетическом сегменте. Природный газ – более чистое по сравнению с углем и нефтью топливо, поэтому также и в вопросах борьбы с глобальным потеплением климата ему отводится определенная роль. Не только производство электричества, но и транспорт, где природный газ частично может заменить нефть, рассматривается как важная сфера влияния газа.
С другой стороны, расчетные модели показывают, что широкая опора на природный газ и повышение его доли в мировом энергетическом балансе не позволит достичь климатических целей, например по ограничению роста температуры 2 °C. Газ является конкурентом не только других углеводородов и ВИЭ, но и атомной энергетики, более чистой в плане выбросов парниковых газов (хотя и спорной с точки зрения экологических рисков). Объем капитальных затрат, стоимость производства электричества, а также скорость строительства генерирующих объектов в газовой генерации ниже, чем в атомной энергетике.
В то же время европейский опыт показывает, что даже в текущих рыночных условиях (при нынешних ценах на природный газ) и без особых эколого-политических рестрикций газовая генерация проигрывает в конкуренции с возобновляемой энергетикой. Например, в Германии в 2014 г. объем газовой генерации в процентном отношении сократился даже в большей степени, чем угольной. Как пишут авторы того же Международного энергетического агентства, «европейские газовые и энергетические компании в 2010 г. не могли предположить, что через три года им придется закрыть свои газовые электростанции»[293]. Таким образом, «природный газ в краткосрочной перспективе может играть двойную роль – заменять уголь и поддерживать интеграцию нестабильной возобновляемой энергетики. В средне– и долгосрочной перспективе газ должен рассматриваться в качестве того, что он есть, – транзитного топлива, но не решения задач сокращения выбросов углекислого газа»[294].
Похоже, что легкие времена для российского газового экспорта в Европу, характеризующиеся постоянным ростом спроса на голубое топливо, прошли безвозвратно. Не только развитие ВИЭ, но и обостряющаяся конкуренция с альтернативными производителями, в том числе сжиженного газа, в сочетании с политической напряженностью позволяют дать крайне неблагоприятный средне– и долгосрочный прогноз спроса на российский газ в Европе.
При обсуждении перспектив ископаемого топлива нельзя сбрасывать со счетов возможные ограничения, касающиеся использования углеводородов в будущем. Выше мы говорили о возможном лимитировании применения угля, но данный риск касается также и других видов сырьевых ресурсов – дискуссии на эту тему ведутся в мире уже давно. Например, на прошедшей в конце 2014 г. климатической конференции в Лиме, Перу, обсуждалась «полная декарбонизация к 2050 г.» в целях борьбы с глобальным потеплением климата, что фактически означает запрет на использование углеводородов[295]. Для многих экспертов подобные ограничения выглядят вполне естественно. «Запрет грабить банки ограничивает свободу злоумышленников, чтобы все остальные могли пользоваться свободой вкладывать и получать деньги без риска. Запрет на чрезмерную эксплуатацию невозобновимых ресурсов или на выбросы опасных загрязнителей похожим образом защищает жизненно важные права»[296]. Весьма вероятно, что в ближайшем будущем нас ждет введение соответствующих международных стандартов, правил, соглашений, в той или иной степени ограничивающих или затрудняющих использование ископаемого топлива.
Атомная энергетика, занимающая сегодня 11 %-ную долю в мировом производстве электричества, скорее всего будет развиваться главным образом за счет Китая, Индии и России при полном отказе от нее в ряде стран Европы, в первую очередь в Германии. Дальнейшее развитие атомной энергетики предполагается и в США (нынешнем лидере по установленной мощности и выработке), где такие инвесторы, как Билл Гейтс, являются активными проповедниками «новых типов атомной энергетики». Сценарий 2DC Международного энергетического агентства предусматривает рост доли мирного атома до 17 %. При этом доля угольной генерации сократится до абсолютно незначительных величин, а доля ВИЭ займет доминирующие 65 % производства электричества в мире. Следует отметить, что предыдущий прогноз развития атомной энергетики IEA, опубликованный в 2010 г., сегодня пересмотрен в сторону понижения[297].
Итак, доля возобновляемых источников энергии в мировом производстве электроэнергии в энергетической системе 2050 в соответствии с имеющимися сценариями развития может составить 35–80 % в зависимости от политических решений ведущих мировых стран, динамики цен на энергоносители и стоимости технологий ВИЭ.
100 % ВИЭ уже сегодня
Модели такой будущей энергосистемы в миниатюре существуют уже сегодня в виде домашних хозяйств, предприятий, населенных пунктов и стран, полностью обеспечивающих себя энергией исключительно на основе возобновляемых источников. Исландия, Норвегия, Коста-Рика, Парагвай – все эти страны обеспечивают себя на 100 % возобновляемым электричеством посредством энергетического использования геотермальных и водных ресурсов. К числу этих государств стремительно приближается и Новая Зеландия, где 80 % электроэнергии сегодня вырабатывается ВИЭ также благодаря развитым геотермальной и гидроэнергетике и, кроме того, развитию ветроэнергетики. К 2025 г. доля ВИЭ должна здесь достигнуть 90 %.
Да и в других странах земного шара уже можно обнаружить множество городов и поселений, отказавшихся от использования ископаемого сырья и опирающихся на возобновляемые источники в деле электроснабжения и даже (в некоторых случаях) энергоснабжения вообще. Например, немецкая деревня Фельдхайм (Feldheim), расположенная в 60 км юго-западнее Берлина, электро– и теплоснабжение которой основывается на использовании энергии солнца, ветра, а также… кукурузы и свиного навоза. В деревне действуют собственные электрические сети, а также система центрального отопления. Тепло и электричество вырабатывается биогазовой станцией, оснащенной когенерационной установкой электрической мощностью 500 кВт, сырьем для которой являются указанные субстанции, поставляемые местным сельскохозяйственным кооперативом. В качестве резервной тепловой мощности на время пиковой нагрузки используется теплоэнергетическая установка, работающая на древесной щепе. Потребность в электроэнергии покрывается, помимо биогазовой станции, местными солнечными и ветроэнергетическими установками. Энергетическая система деревни охватывает не только дома жителей, но и административные здания и местные малые промышленные предприятия. В результате такого местного энергетического поворота граждане платят за электричество и тепло существенно меньше, чем предусматривают действующие в стране тарифы. После выплаты процентов по кредитам, взятым на приобретение энергетического оборудования, суммы коммунальных платежей сократятся дополнительно.
Также находящийся в Германии городок Фрайамт (Freiamt) с 4200 жителями на 100 % обеспечивает себя электроэнергией из возобновляемых источников. При годовом потреблении 12 000 МВт · ч город вырабатывает 15 400 МВт · ч в год с помощью ВИЭ, в том числе ветра (11 000 МВт · ч), биогаза, солнца и воды. Постепенно происходит переход на ВИЭ и в сфере теплоснабжения.
Берлингтон, крупнейший город штата Вермонт, США, с населением 42 000 человек обеспечивает свои энергетические потребности с помощью (в порядке значимости) гидроэлектростанции, теплоэлектростанции, работающей на древесном сырье, ветра и солнца[298].
Своего рода сенсацией стало известие, пришедшее из североамериканского нефтяного штата Техас. Город Джорджтаун принял решение перейти на 100 %-ное электроснабжение на основе ВИЭ. Причем данный выбор был принят не в целях «спасения планеты», а по рациональным экономическим соображениям. Проанализировав предложения энергетических компаний, город выбрал из них самое дешевое. Теперь комбинация солнечной и ветровой энергии станет обеспечивать жителей электричеством. Цена 9,6 цента за киловатт-час сопоставима с нынешней, но фиксирована и не будет зависеть от изменений цен на ископаемое сырье. Возобновляемая энергетика имеет еще одно важное преимущество для вододефицитного штата Техас. Процесс производства электричества в фотоэлектрике и ветроэнергетике, в отличие от электростанций, работающих на углеводородном топливе, не требует воды[299].
Округ Северная Фризия (Nordfriesland) в Германии с населением 160 000 человек потребляет в год 1238 ГВт · ч электроэнергии, а производит с помощью ветра, солнца и биомассы 3211 ГВт · ч[300]. Иными словами, доля ВИЭ электричества составляет 260 % – округ не только полностью обеспечивает себя чистой энергией, но и продает большую ее часть.
Стопроцентное энергоснабжение на основе исключительно солнца в сочетании с аккумуляторами энергии планируется к 2017 г. в австралийском «солнечном городе» Ньюстед (Newstead).
Наконец, расскажем воодушевляющую историю австрийского городка Гюссинг (Güssing), который, как и упомянутый выше Фельдхайм, являет собой пример успешной энергетической модернизации. Находящийся на границе с Венгрией Гюссинг с населением около 4000 жителей в конце 1980-х – начале 1990-х гг. пребывал в глубокой депрессии. Отсутствие промышленности, безработица, эмиграция, слаборазвитое сельское хозяйство, отсутствие железнодорожного сообщения и автомагистралей, 70 % жителей ездили на заработки в столицу – прямо-таки наши «лихие 90-е». При этом расходы городка на энергоносители (нефтепродукты для отопления и уголь для выработки электроэнергии) превышали $8 млн в год, ложась непосильным бременем на жителей и бюджет. Собрались люди во главе с избранным в 1992 г. активным мэром, подумали и решили, что так больше жить нельзя, и создали в 1993 г. энергетическую стратегию. Решили использовать местные ресурсы для производства энергии, заместив ими привозное ископаемое топливо.
Для начала были сокращены энергетические затраты. Нет, не путем прекращения подачи тепла в дома жителей. Были отремонтированы и утеплены все общественные здания, модернизировано городское освещение, в результате энергозатраты в «общественном сегменте» сократились наполовину.
Город находится в лесистой местности и не располагает достаточными ветряными ресурсами, поэтому в качестве основного энергетического сырья была выбрана древесина. Смена «энергетической парадигмы» потребовала серьезной разъяснительной работы среди населения. Люди полагали, что отопление нефтепродуктами является более современным, прогрессивным способом, в отличие от древесины, которая использовалась еще праотцами. Потребовались многочисленные собрания и информационные материалы для убеждения людей в том, что применение местного сырья в сочетании с современными технологиями дешевле и эффективнее.
Началось развитие транспортно-логистической инфраструктуры, лесного хозяйства. В 1996 г. построили теплоцентраль, более 50 % зданий в городе были объединены системой центрального отопления (общая длина 36 км). В город перебазировались два крупнейших австрийских производителя напольных покрытий из дерева, поскольку им были гарантированы долгосрочные низкие цены на отопление. При этом отходы данных производств также стали использоваться для генерации тепловой энергии. За время реформ также была возведена станция, работающая на биомассе, вырабатывающая из древесины и другого растительного сырья тепло и электричество, метан и синтетическое жидкое топливо. Построены солнечная электростанция, системы хранения энергии, газовая автозаправка.
В результате суммарно в сферах электроэнергетики, теплоснабжения и производства топлива город вырабатывает больше энергии, чем потребляет. В Гюссинге создано 50 новых компаний и более 1000 новых рабочих мест, налоговые доходы выросли с €340 000 в 1993 г. до €1,5 млн в 2009 г. Город превратился в крупного продавца энергии и энергоносителей, годовой объем продаж составляет €13 млн. При этом на энергетические нужды используется всего 40–50 % объема воспроизводства лесных ресурсов. Сегодня Гюссинг – ведущий европейский исследовательский центр в области преобразования биомассы в газ и жидкое топливо. Его опыт распространяют на территорию округа (27 000 жителей), в котором он является столицей и который уже наполовину обеспечивается энергией на основе местных ресурсов, и с интересом изучают во всем мире.
Это лишь малая часть из сотен примеров действующих и запроектированных моделей энергоснабжения населенных пунктов с помощью возобновляемых источников энергии, среди которых не только небольшие деревни и поселки, но и крупные города, в том числе миллионники, такие как Мюнхен, намеренный к 2025 г. полностью обеспечивать себя чистой электроэнергией, Ванкувер, Сан-Франциско, Копенгаген и Сидней, которые взяли на себя обязательства по переходу на 100 %-ное безуглеродное энергоснабжение.
Скептики возразят, мол, что нам деревни и города. Как вы будете снабжать энергией промышленные гиганты? Крупные энергоемкие производства будут снабжаться так же, как сейчас, – покупать электроэнергию на оптовом рынке. Кроме того, не относящиеся к самым энергоемким производства также могут обеспечиваться произведенной на месте или в окрестностях на 100 % чистой энергией. Уже сейчас существуют передовые образцы климатически нейтральных предприятий. Например, фабрика по производству инверторов немецкого концерна SMA. Кровля здания покрыта солнечными модулями общей мощностью 1,2 МВт, покрывающими существенную долю потребности предприятия в электроэнергии. Летний избыток электроэнергии продается в местную сеть. В холодное время года дополнительная энергия производится с помощью когенерационной биогазовой установки, обеспечивающей также теплоснабжение в сочетании с местной системой центрального отопления. Охлаждение помещений осуществляется с помощью солнца посредством абсорбционной техники. Строительство такого предприятия потребовало всего €1,27 млн дополнительных инвестиций, притом что годовая расчетная экономия топливно-энергетических ресурсов составляет примерно €270 000.
Корпорация Apple еще в 2013 г. провозгласила, что все ее центры и офисы будут на 100 % снабжаться чистой энергией. К тому же компания пытается обеспечивать работу на возобновляемой энергии всей цепочки создания стоимости вплоть до розничных торговых точек. Для уже действующих дата-центров используются разные конфигурации организации энергоснабжения. Например, в Мейдене (Северная Каролина) от 60 до 100 % используемой каждый день энергии производится компанией самостоятельно с помощью топливных элементов, работающих на биогазе, и двух 20-мегаваттных солнечных парков – крупнейших в стране частных, как заявляет компания, ВИЭ-электростанций. Недостающая энергия при необходимости приобретается на стороне «полностью из чистых источников». Наконец, в 2015 г. Apple объявила о приобретении за $850 млн солнечной электростанции у американского производителя солнечных модулей First Solar (постройка завершится в конце 2016 г.). Установленная мощность объекта – 130 МВт – позволит обеспечить электричеством все находящиеся в Калифорнии магазины и офисы Apple, штаб-квартиру и дата-центр.
Таким образом, в мире уже создано и обкатано значительное количество работающих моделей энергетических систем, в полном объеме обеспечивающих себя теплом и электроэнергией, вырабатываемыми на основе ВИЭ.
Умная сеть
В связи с тем, что в ближайшем будущем энергия, производимая на основе возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, станет дешевле энергии из ископаемого топлива не только сама по себе, но даже в комбинации с соответствующими системами хранения, а именно такой сценарий представляется сегодня достаточно очевидным, энергетические системы будут в значительной степени опираться на ВИЭ, что потребует новых подходов к их конфигурации. И происходящие на наших глазах изменения энергетического уклада приводят уже сейчас к серьезной трансформации существующих систем производства, передачи и учета энергии.
Сегодняшние энергосистемы опираются главным образом на ограниченный круг крупных производителей энергии – электростанций. По использованию установленной мощности они делятся на базовые, работающие почти непрерывно и призванные в любое время обеспечивать минимальное потребление, маневренные и пиковые электростанции, включающиеся в моменты наибольшего потребления. Электроэнергия передается от этих объектов, расположенных, как правило, на удалении от населенных пунктов, по линиям передачи (сетям) высокого напряжения, и, проходя через понижающие трансформаторы и низковольтные линии, попадает к конечному потребителю, который в такой системе является «пассивным» получателем энергии. Характеристикой такой генерации является программируемость выработки энергии (по объемам и срокам), возможность приостанавливать и возобновлять генерацию. А в случае мощностей, которые не обладают высокой маневренностью, таких как атомные электростанции, заранее планировать объем производства энергии.
Регулировать объем выработки электроэнергии солнечными или ветряными электростанциями практически невозможно. Да, на основе исторических данных и прогнозов погоды можно (с погрешностью) планировать выработку энергии, и в последние годы здесь достигнуты серьезные успехи. Тем не менее окончательно преодолеть неопределенность невозможно, и нестабильность производства энергии, присущая ВИЭ, в первую очередь солнечной и ветроэнергетике, в сочетании с повышением их доли в энергетическом балансе очевидно требует новых подходов к организации энергоснабжения. Кроме того, распределенное производство энергии, отличающееся от нынешней практики «централизованной» генерации электричества крупными электростанциями, само по себе создает запрос на иные, чем прежде, методы управления сетями.
Распределенное производство электроэнергии удобно и эффективно. Сам произвожу, сам потребляю и делюсь с соседями, а народное хозяйство в целом выигрывает от снижения потерь электроэнергии при транспортировке и отсутствия затрат на строительство протяженных линий электропередач.
В то же время эта радужная картина при ближайшем рассмотрении оказывается связанной с целым рядом потенциальных проблем. Представьте себе, что в недалеком будущем вырабатывать энергию станут большинство зданий – жилые, индивидуальные и многоквартирные, офисные, производственные, торговые. Для превращения здания в электростанцию существует множество решений, например по интеграции фотоэлектрических элементов в конструкции и оконные стекла и т. д. Таких строений уже сейчас много, но пока они относительно редки. Что же произойдет, когда все или почти все здания станут генераторами электричества? Люди, офисы, магазины, производства живут и работают по разным графикам, соответственно, различаются графики потребления энергии. Здания, разумеется, производят разные и плохо прогнозируемые объемы энергии, зависящие от расположения и площади генерирующих поверхностей. Произведенная энергия станет потребляться на месте, но временами ее не будет хватать, во многих случаях не хватать постоянно, поскольку, например, стены многоэтажного офисного здания или гостиницы вряд ли позволят выработать достаточно энергии для обеспечения всех пользователей. В то же время часто будут возникать локальные излишки произведенной энергии: например, в солнечные летние дни индивидуальный жилой дом с южным скатом кровли, покрытым фотоэлектрическими модулями, практически в любом месте на земле будет производить больше электричества, чем потребляет живущая в нем семья, даже если часть энергии будет складироваться на ночь. Добавьте сюда фактор погоды. В четверг у вас избыток электричества, а в пятницу – недостаток. В общем получается натуральный кошмар для «электриков». Именно поэтому сегодня высказываются опасения, что вся эта система распределенной генерации с большой долей ВИЭ «слетит с катушек».
Чтобы этого не произошло, разрабатываются так называемые «умные электросети» (англ. smart grids), которые мы определим как комплекс технологических и регуляторных механизмов, обеспечивающих устойчивость и эффективность энергоснабжения, в том числе в условиях большой доли ВИЭ в энергетическом балансе. Такие сети позволяют связать, сбалансировать в единую стройную систему массу производителей/потребителей энергии, обеспечить эффективную коммуникацию между всеми участниками системы, оптимальное и бесперебойное энергоснабжение, аккумулирование или грамотную переброску излишков.
Отличительными характеристиками умных сетей являются:
Поделиться книгой: