Неустойчивая замена: может ли Европа обойтись возобновляемыми источниками энергии
Рост биржевых цен на газ и череда антироссийских санкций как никогда обостряют вопрос об альтернативных источниках энергии для европейских потребителей. Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев рассказывает, могут ли солнечные батареи и ветрогенераторы стать технологическим ответом Европы на геополитические потрясения
Любовь европейских политиков к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) подогревается не только заботой об экологии и климате, но и стремлением к независимости от российских энергоносителей. Украинский кризис многократно усилил это желание, особенно после требования России платить за газ рублями. Однако отказаться от голубого топлива —задача на десятилетия.
Жать на газ
Идея полностью заменить российский газ возобновляемыми источниками энергии сейчас не выглядит реалистичной.
Альтернативные источники энергии — это в основном солнце, ветер и биотопливо. Но производство биотоплива требует посевных площадей. Вряд ли при растущих ценах на продовольствие кто-то решится сажать рапс вместо пшеницы. Поэтому сосредоточимся на альтернативой электроэнергетике.
В 2019 году валовое производство электроэнергии в ЕС составило 2900 ТВт∙ч, из них 22% было получено из возобновляемых источников (включая гидрогенерацию). Чтобы заменить «альтернативным» электричеством энергию, получаемую из российского газа, европейцам пришлось бы увеличить возобновляемую генерацию в 2,4 раза.
Материал по теме
При этом получить нужную энергию мало — нужно довести ее до потребителя. Газ используется не только на газовых электростанциях (21% всей электрогенерации в ЕС), но и для отопления, работы промышленных предприятий и т. д. Чтобы заменить всю «газовую» инфраструктуру на «электрическую», потребовались бы колоссальные затраты.
Таким образом, в ближайшие годы возобновляемые источники могут несколько потеснить российский газ на рынке, но никак не заменить его.
А что в долгосрочной перспективе? Могут ли альтернативные источники энергии заменить собой ископаемое топливо хотя бы в производстве электроэнергии?
Не касаясь экологии, углеродного следа и экономической рентабельности, обсудим более простой вопрос: могут ли возобновляемые источники бесперебойно обеспечивать нужное количество энергии?
К солнцу на крыльях ветра
Среди энергоскептиков циркулирует миф, что время энергетической окупаемости (energy payback time) солнечных и ветровых генераторов превышает срок их службы.
Другими словами, за всю «карьеру» они вырабатывают меньше энергии, чем требуется для их изготовления. А значит, альтернативный генератор всего лишь аккумулирует в себе энергию традиционных источников, да еще и с существенными потерями.
Возможно, на заре отрасли так и было, но с тех пор картина изменилась. Так, по данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США, солнечные батареи окупаются по энергии за три-четыре года при сроке службы 20-30 лет.
Схожие цифры относятся и к ветроэнергетике. Еще в 2010 году был опубликован метаанализ 50 исследований, проведенных в период с 1977 по 2007 год и охвативших 119 моделей ветрогенераторов. Несмотря на большой разброс данных, получилось, что за время работы ветряк вырабатывает в среднем в 20–25 раз больше энергии, чем требуется для его изготовления. В 2014-м вышла работа, в которой время энергетической окупаемости двух моделей ветрогенераторов оценивалось в пять–шесть месяцев.
Материал по теме
Таким образом, солнце и ветер действительно дают новую энергию. Другой вопрос, хватит ли этой энергии на всех, или кто-то уйдет обиженным.
Полтора года назад ученые из США и Китая попытались дать ответ на страницах журнала Nature Communications. Они проанализировали солнечные и ветровые ресурсы 42 стран со всех континентов по наблюдениям за 39 лет (с 1980 по 2018 год). Далее исследователи вычислили, сколько энергии можно было бы получить из этих ресурсов, и сравнили с потребностями упомянутых стран в электричестве. Авторы особо подчеркнули, что их интересовали принципиальные геофизические ограничения, а вовсе не экономика или геополитика.
Спрос и выработку электроэнергии эксперты учитывали не в среднем за год, а вразбивку по времени года и суток. Они учитывали, что солнечные батареи работают только днем, зато ночью сильнее ветер, что зимой меньше солнца, но больше ветра, и т.
д.
Специалисты рассмотрели несколько моделей солнечно-ветровой энергетики. В простейшей из них энергия не запасалась и вырабатывалась без избытка. Тогда солнце и ветер могли обеспечить только 72–91% (в среднем 83%) спроса на электроэнергию. То есть обойтись совсем без традиционных источников энергии все-таки не получилось.
Самые надежные (в смысле вероятности перебоев) схемы генерации, достижимые в этой модели, всегда требовали больше ветра, чем солнца. Доля ветровых генераторов в общей солнечно-ветровой мощности колебалась от 65% для залитых солнцем Алжира и Египта до 85% для северных России и Канады, а в среднем составила 73%.
Во вторую модель была добавлена возможность запасать энергию, выработанную в течение трех или 12 часов. Естественно, это улучшило показатели. Система с 12-часовым хранением могла бы удовлетворить 83–94% (в среднем 90%) спроса на электроэнергию. При этом оптимальная доля солнечной энергетики сильно менялась от страны к стране — от 10 до 70%.
Материал по теме
Другим способом удовлетворить спрос оказалась избыточная генерация. Если вырабатывать в год в 1,5 раза больше энергии, чем нужно, то даже в самые плохие часы ее, скорее всего, хватит для потребителей. Неудивительно, что такие системы удовлетворяли 83–99% (в среднем 94%) спроса. А добавление к этой избыточной генерации еще и 12-часового хранения позволило бы удовлетворить спрос на 89–100%, в среднем на 98%.
Еще лучших результатов можно добиться, если интегрировать солнечно-ветровые системы в масштабах континентов. Тогда энергия могла бы перетекать оттуда, где ее слишком много, туда, где ее не хватает. Впрочем, в эпоху геополитических бурь о единой континентальной энергосистеме остается только мечтать.
Однако лететь на крыльях ветра в солнечные дали рановато. Надежность в 98% хороша только на первый взгляд. Два процента неудовлетворенного спроса — это 175 часов без электричества в год.
Кроме того, вырабатывать в 1,5 раза больше энергии, чем нужно (и, значит, треть ее тратить «в молоко») — тоже не слишком экономично. Наконец, где запасти энергию на 12 часов потребления? Как отмечают авторы, для одной только Германии это 0,7 ТВт∙ч, что более чем втрое превышает емкость всех произведенных литиево-ионных аккумуляторов.
Резюмируем. Доля солнечной и ветровой генерации в энергетическом балансе Европы и планеты в целом, вполне вероятно, будет нарастать. Но даже если уставить всю Землю ветряками и солнечными панелями, совсем отказаться от традиционной электрогенерации не получится. Или получится, но с серьезными потерями. Чтобы сделать солнечно-ветровую энергетику хотя бы минимально надежной, нужны новые технологии хранения энергии, которых сейчас нет, и неизвестно, когда они появятся.
Материал по теме
Зеленый свет – Информационно-аналитическая система Росконгресс
Статья
30.08.2021
По данным Международного энергетического агентства, в 2020-м сумма инвестиций в возобновляемую энергетику в мире достигла показателя $281 млрд и уступила только вложениям в сектор добычи нефти и газа. Россия предоставляет преференции желающим вложиться в альтернативные источники энергии. В Министерстве энергетики РФ ожидают, что к 2024 году в стране будет запущено около 6 ГВт возобновляемых источников энергии, а их доля в энергобалансе увеличится с нынешних 2% до 4,5%. При этом в некоторых регионах Дальнего Востока уже сейчас цифры в несколько раз больше средних по стране. Например, в Камчатском крае около трети генерации тепла и света производится альтернативными источниками энергии. Каково будущее и настоящее ВИЭ на Дальнем Востоке?
Солнечная энергетика
В 2020 году Дальний Восток вошел в топ российских регионов по использованию солнечной энергетики.
Согласно исследованию компании Neosun Energy, в котором отражены данные за последние пять лет, в списке лидеров находится Бурятия, где работает уже пять солнечных электростанций. Каждый год они позволяют региону экономить около 30 тыс. тонн угля и сокращать выбросы углекислого газа на 10,5 тыс. тонн. В перспективе развитие солнечной энергетики должно помочь республике снизить тарифы для промышленных потребителей. К 2023-му в Бурятии планируют построить еще две солнечные электростанции Торейскую и Джидинскую.
Другой регион Дальнего Востока Якутия абсолютный рекордсмен по количеству солнечных электростанций. Но поскольку солнечные дни здесь «распределены» по году неравномерно, в Якутии активно эксплуатируют маломощные солнечные электростанции, которые работают вместе с дизельными (их в регионе сейчас 125) и обеспечивают электричеством отдаленные населенные пункты, например поселок Батагай. В ближайшие годы планируется все активнее замещать часть энергии, производимой дизельными электростанциями, той, что производят солнечные их построят более 120.
Ветряные электростанции
Сегодня на Дальнем Востоке работает сразу несколько крупных ветроэнергетических комплексов. Один из них находится в поселке Усть-Камчатск ветроустановки (ВЭУ) суммарной мощностью 1175 кВт специально адаптировали к работе в сложных природных условиях: при температуре до −40 градусов по Цельсию, штормовом ветре и высокой сейсмической активности; благодаря им регион ежегодно экономит 550 тонн дизельного топлива. В 2021-м в эксплуатацию должны ввести еще одну ВЭУ мощностью 300 кВт она поможет экономить еще около 110 тонн топлива в год.
Еще один ветроэнергетический комплекс построили в 2015 году в селе Новиково Сахалинской области там проживает чуть больше 500 человек, и раньше единственным источником электроэнергии была дизельная электростанция дорогое топливо для нее специально привозили из других регионов. Теперь же благодаря двум установкам по 225 кВт район экономит 277 тонн топлива ежегодно.
При этом в региональном управлении по развитию электроэнергетики и газификации называют некоторые факторы, сдерживающие повсеместное использование альтернативной энергии в Сахалинской области, среди них неравномерность ветрового потока и расположение турбин (если понадобится ремонт, добраться до них будет трудно).
Гидроэнергетика
Крупнейшая гидроэлектростанция Дальнего Востока Бурейская находится у поселка Талакан Амурской области. Помимо того что она обеспечивает энергией несколько районов Дальнего Востока, ежегодно вырабатывая 2010 МВт, ГЭС защищает Амурскую область от наводнений. Эта «функция» очень пригодилась 17 июля 2021-го: тогда был зафиксирован приток 14 650 м3/с воды, но паводковая волна была задержана в водохранилище станции, а через турбины прошли только безопасные 6010 м3/с воды.
В той же Амурской области есть другая гидроэлектростанция, у нее самая высокая плотина и самые мощные гидротурбины (они могут работать даже при больших колебаниях напора воды), это Зейская ГЭС. В год она вырабатывает 4910 млн кВт.
Плавучие АЭС
Если говорить о мировом опыте, то изначально плавучие станции предназначались для того, чтобы снабжать энергией стратегически важные военные объекты. В 1960-х годах в США их задумывали как источник энергии для объектов системы раннего предупреждения ракетных ударов, которые располагались за пределами континентальной части страны, а поэтому, чтобы обеспечивать их электричеством, нужны были станции иного формата и мощности.
Однако после испытаний опытного образца американцы посчитали проект слишком дорогостоящим.
В России первая плавучая атомная теплоэлектростанция проект госкорпорации «Росатом» «Академик Ломоносов» начала работать на Чукотке в 2019 году, в 2020-м ее подключили к тепловым сетям Певека и сдали в промышленную эксплуатацию. После этого она стала 11-й промышленно эксплуатируемой атомной электростанцией в России. И хотя станция работает не на военные цели, она разработана с большим запасом прочности и, по словам ее создателей, «сможет противостоять внешним угрозам». В сентябре 2020 года глава «Росатома» Алексей Лихачев анонсировал строительство еще нескольких плавучих АЭС на Балтийском заводе в Санкт-Петербурге.
Дата выхода
30.08.2021
Темы
Возобновляемые источники энергииЗеленые технологииЭнергетика
Сессии на тему
6 сентября, 17:15
Зеленая энергетика Дальнего Востока: потенциал энергоснабжения удаленных и изолированных энергорайонов
Восточный экономический форум – 2022
Возобновляемые источники энергииДальний ВостокЗеленые технологииЭнергетика
12 октября, 09:00
Создание технологий энергоперехода: актуальные задачи и пути их решения
Российская энергетическая неделя – 2022
Возобновляемые источники энергииЭнергетика
13 октября, 14:15
Возобновляемая энергетика: гигаваттные заводы и экспортный потенциал
Российская энергетическая неделя – 2022
Возобновляемые источники энергииЭнергетика
Аналитика на тему
Исследование
29.
01.2020
Тенденции развития нефтегазовой отрасли в 2018 – 2019 гг.
В очередной публикации консалтинговой компании Strategy&, являющейся частью глобальной сети PwC, представлен анализ состояния нефтегазовой отрасли после многолетнего кризиса перепроизводства, а также спрогнозированы возможные тенденции развития отрасли в ближайшее время.
Экспертное мнение
18.06.2019
Яркие цитаты ПМЭФ-2019: Участники форума об энергетике
Александр Новак, Игорь Сечин, Халид А. аль-Фалих, Алексей Мордашов, Юй Цзяньфэн, Иван Федотов, Максим Орешкин
Аналитический дайджест
11.11.2021
Итоги заседания Рабочей группы Арктического совета по устойчивому развитию
Первое заседание Рабочей группы Арктического совета по устойчивому развитию (Sustainable Development Working Group SDWG) под председательством России прошло 26-28 октября в гибридном формате в Москве.
В качестве оператора мероприятия выступил Фонд Росконгресс.
Какие существуют виды возобновляемых источников энергии?
Поскольку Великобритания и США стремятся к 2050 году достичь нулевого уровня выбросов, использование электроэнергии из возобновляемых источников имеет важное значение для сокращения выбросов углерода.
Каждый тип возобновляемой энергии вносит разный вклад в наш баланс электроэнергии, наряду с невозобновляемыми видами энергии, такими как ископаемое топливо или ядерная энергия.
Узнайте о различных типах возобновляемых источников энергии, которые мы в настоящее время используем для производства электроэнергии, и о том, как они будут использоваться в будущем для дальнейшей борьбы с изменением климата.
Что такое возобновляемая энергия?
Возобновляемая энергия — это энергия, полученная из источника, который никогда не иссякнет. Они естественны и самовосполняемы, и обычно имеют низкий или нулевой углеродный след.
Примеры возобновляемых источников энергии включают энергию ветра, солнечную энергию, биоэнергию (органические вещества, сжигаемые в качестве топлива) и гидроэнергетику, включая энергию приливов и отливов.
Сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии уже давно является основным источником выбросов парниковых газов в нашу атмосферу, поэтому эти возобновляемые источники считаются жизненно важными в борьбе с изменением климата.
Наиболее распространенные возобновляемые источники энергии
В Великобритании существует четыре основных источника возобновляемой энергии:
Ветер
Энергия ветра является крупнейшим производителем возобновляемой электроэнергии как в Великобритании, так и в США. Береговые и морские ветряные электростанции вырабатывают электроэнергию за счет вращения лопастей ветряной турбины s . Турбины преобразуют кинетическую энергию вращающихся лопастей в электрическую энергию, вращая приводной вал и коробку передач, соединенную с генератором. Затем электричество преобразуется в более высокое напряжение и подается в национальную сеть.
Солнечная энергия
Солнечный свет — один из самых свободно доступных энергетических ресурсов на планете, что, как вы предполагаете, сделает его источником возобновляемой энергии номер один.
Но, конечно, количество солнечного света, которое мы получаем, может сильно различаться в зависимости от местоположения, времени года и времени суток.
Солнечная энергия вырабатывает электричество, улавливая солнечный свет солнечными панелями в совместной химической и физической реакции, известной как «фотогальванический эффект» (или PV).
Гидроэнергетика
Гидроэнергетика создается с помощью движения текущей или падающей воды. Гидроэлектростанции находятся на плотинах и вырабатывают электроэнергию с помощью подводных турбин, которые вращают генератор. Гидроэнергетика также включает энергию волн и приливов, которые полагаются на силы океана для выработки электроэнергии в устьях крупных водоемов с использованием аналогичной технологии.
Биоэнергетика
Электричество может быть получено при сжигании органических веществ в качестве источника топлива . Эти виды топлива известны как биомасса и включают в себя все, что угодно, от растений до древесины и пищевых отходов.
Углекислый газ (CO 2 ) выбрасывается при производстве биоэнергии, но эти источники топлива считаются возобновляемыми, поскольку их можно выращивать заново и поглощать столько же углерода, сколько они выделяют в течение своей жизни.
Что такое невозобновляемые источники энергии?
Ископаемые виды топлива, такие как уголь, природный газ и нефть, являются примерами невозобновляемых источников энергии. Эти источники могут встречаться в природе, но их количество конечно.
Недостатком невозобновляемых источников энергии является то, что для их формирования часто требуются сотни тысяч лет, и их необходимо извлекать из земли и сжигать для создания энергии, которая генерирует электричество. Они также выделяют вредные парниковые газы, такие как CO 2 , при сжигании.
Каковы преимущества возобновляемых источников энергии?
Есть несколько причин, по которым использование возобновляемых источников энергии так важно для нашего будущего.
Поскольку их запасов гораздо больше, чем ископаемого топлива, правительства всего мира стремятся развивать возобновляемые источники энергии исключительно для питания своих стран.
Возможно, наиболее важно то, что возобновляемые источники энергии при использовании производят мало вредных выбросов или вообще не производят их, поэтому чистая энергия, которую они производят, будет играть решающую роль в предотвращении дальнейшего глобального потепления. Вот почему так много наших целей в будущем, связанных с нулевым уровнем выбросов, зависят от увеличения их использования сегодня.
Является ли возобновляемая энергия такой же, как чистая или зеленая энергия?
Термины ‘ зеленая энергия ’, «чистая энергия» и «возобновляемая энергия» часто используются взаимозаменяемо, но между ними есть ключевое различие.
Чистая энергия производит электричество без выбросов. Однако его производство или техническое обслуживание иногда могут иметь «углеродную стоимость».
Например, для создания гидроэлектростанций с плотиной необходимо очистить природную среду, а работа по их строительству часто приводит к выбросам углерода.Зеленая энергия поступает из полностью естественных источников, которые при их создании или использовании оказывают незначительное воздействие на окружающую среду или не оказывают никакого воздействия на окружающую среду.
Они оба могут быть возобновляемыми , что по существу означает, что они поступают из источника, который не может быть исчерпан.
Например, для создания гидроэлектростанций с плотиной необходимо очистить природную среду, а работа по их строительству часто приводит к выбросам углерода.Таким образом, хотя большинство зеленых источников энергии являются возобновляемыми, не все возобновляемые источники энергии считаются зелеными.
Возобновляемая энергия в современную эпоху
Сегодня использование возобновляемых источников энергии в нашем энергетическом балансе значительно выросло. В конце 1991, возобновляемые источники энергии составляли всего 2% производства электроэнергии в Великобритании, а к 2013 году они выросли до 14,6%.
К 2020 году – самый зеленый год в Великобритании за всю историю наблюдений – возобновляемые источники энергии составляли колоссальные 43,1% электроэнергии, больше, чем природный газ (34,5%) и уголь (1,8%). В сочетании с 16-процентным вкладом низкоуглеродной ядерной энергии был достигнут рубеж, когда страна в течение года в основном работала на чистой энергии.
Объяснение дополнительной энергии
Энергия ветра на суше и на море: в чем разница?
Что такое секвестрация углерода?
Что такое парниковые газы?
Как работает солнечная энергия?
Преимущества использования возобновляемых источников энергии
По сравнению с технологиями использования ископаемого топлива, которые обычно являются механизированными и капиталоемкими, отрасль возобновляемых источников энергии более трудоемка. Для установки солнечных панелей нужны люди; Ветряным электростанциям требуются специалисты для обслуживания.
Это означает, что в среднем на каждую единицу электроэнергии, произведенной из возобновляемых источников, создается больше рабочих мест, чем на ископаемое топливо.
Возобновляемые источники энергии уже поддерживают тысячи рабочих мест в Соединенных Штатах. В 2016 году в отрасли ветроэнергетики непосредственно работало более 100 000 человек, занятых на полную ставку, на различных должностях, включая производство, разработку проектов, строительство и установку турбин, эксплуатацию и техническое обслуживание, транспортировку и логистику, а также финансовые, юридические и консультационные услуги. [10]. Более 500 заводов в США производят детали для ветряных турбин, и только в 2016 г. инвестиции в ветроэнергетические установки составили 13,0 млрд долларов [11].
В других технологиях использования возобновляемых источников энергии занято еще больше рабочих. В 2016 году в солнечной промышленности было занято более 260 000 человек, включая рабочие места в области установки, производства и продаж солнечной энергии, что на 25% больше, чем в 2015 году [12].
В гидроэнергетике в 2017 г. было занято около 66 тыс. человек [13]; в геотермальной промышленности было занято 5800 человек [14].
Увеличение поддержки возобновляемых источников энергии может создать еще больше рабочих мест. Проведенное в 2009 г. Союзом обеспокоенных ученых исследование стандарта возобновляемой энергии на 25% к 2025 г. показало, что такая политика создаст более чем в три раза больше рабочих мест (более 200 000), чем производство эквивалентного количества электроэнергии из ископаемого топлива [15]. ].
Напротив, во всей угольной промышленности в 2016 г. работало 160 000 человек [26].
В дополнение к рабочим местам, непосредственно созданным в отрасли возобновляемых источников энергии, рост чистой энергии может создать положительные экономические «волновые» эффекты. Например, отрасли в цепочке поставок возобновляемой энергии выиграют, а несвязанные местные предприятия выиграют от увеличения доходов домохозяйств и бизнеса [16].
Местные органы власти также получают выгоду от экологически чистой энергии, чаще всего в виде налогов на имущество, подоходного налога и других платежей от владельцев проектов по возобновляемым источникам энергии.
