чем в будущем заменят нефть
Будущее нефти: чем заменят нефть
Чем заменить нефть в будущем?
Каким будет будущее в мире без нефти, и какие альтернативные источники энергии смогут заменить традиционное топливо.
Что заменит нефть в будущем
Альтернативные источники энергии, которые смогут заменить нефть в будущем, на данный момент представлены в нескольких вариантах.
Биотопливо
Несколько лет назад доля альтернативного топлива в мире составляла около 2%, на сегодняшний день она выросла до 20%. Вместо нефти используют, например, биодизель – это экологически чистое топливо из животных жиров, соевого или растительного масла.
Пример использования был продемонстрирован в 2019 году – биотопливо использовалось для заправки самолетов и доказало свою экологическую эффективность: выбросы двуокиси углерода стали меньше на 60%, чем при использовании традиционного топлива. Производство биодизеля в 2019 году выросло в Индонезии – до 7,4 млн тонн, в США – до 7,6 млн тонн, в Бразилии – до 5,1 млн. тонн
Сжиженный газ
На изготовление топлива для транспортной отрасли идет 90% добываемой нефти, и здесь альтернативой «черному золоту» может стать сжиженный газ: он продлевает срок службы двигателя автомобиля и является одним из самых экологичных видов топлива. Еще один вариант замены — это водород: он дает больший запас хода, чем, например, электрические батареи электрокаров, а также выигрывает в скорости заправки.
Электричество
Электричество тоже может составить конкуренцию бензину: в 2019 году в нашей стране количество проданных новых электрокаров увеличилось до 261, что на 2,8% превышает показатель прошлого года. Возможное введение дополнительных стимулов для владельцев электрокаров, таких как отмена транспортного налога, разрешение на движение по выделенным полосам для общественного транспорта и бесплатная парковка, будет способствовать развитию рынка электромобилей в России.
Если использовать в качестве альтернативы нефти переработанные твердые бытовые отходы (ТБО), то можно решить сразу несколько важных и актуальных проблем как экологических, так и экономических. Например, если сжигать в печах цементных заводов текстиль, древесину, кожу, полимеры, бумагу, автомобильные покрышки, то расходы на традиционные источники энергии, которые составляют около 60% итоговой стоимости готовой продукции, можно сократить минимум на треть.
Каково будущее стран сильно зависящих от нефти? Ждать ли полного отказа от нефти? Несмотря на то, что субсидирование разработок альтернативы нефти в странах ЕС за последние 10 лет увеличились до 76 млрд евро, полного отказа мировой экономики от «черного золота» в ближайшее время не предвидится. Прогнозируется уменьшение доли нефти в мировом энергобалансе до 30% к 2040 году, что приведет к повышению спроса на ресурс за этот период примерно на 10%.
Фото: Michael Probst / AP
Бум на зеленую энергетику уже давно сопровождается попытками найти замену привычным, но совершенно не экологичным углеводородам. Одним из кандидатов на эту роль стал водород. На него делают ставку Европейский союз, Китай, США, Япония и многие другие страны. Суммарная стоимость всех проектов, реализуемых сегодня в области водородной энергетики, достигла уже 90 миллиардов долларов. Объем планируемых инвестиций в последующие 30 лет только лишь от ЕС — до 470 миллиардов евро. В то же время на пути водородной революции пока немало препятствий — в частности, дороговизна производства, нехватка чистой воды и неразвитость систем доставки. Перспективы H2 как главного топлива будущего — в материале «Ленты.ру».
Неисчерпаемое топливо
Главная проблема любого ископаемого источника энергии — ограниченность его объемов. Рано или поздно закончатся и нефть, и газ, и уголь. Существующие возобновляемые источники энергии — ветер, солнце и вода — пока не могут в достаточной степени заменить углеводороды. А вот водород в теории может. Водород практически не встречается на Земле в чистом виде, однако его можно извлечь из большого числа распространенных ресурсов: воды, метана, каменного угля, биомассы, водорослей и даже мусора.
Водород научились получать еще в начале XIX века, но до конца XX века повсеместно использовать водород в качестве устойчивого источника энергии было невозможно. Газогенераторные установки были массивными и требовали топлива для работы. Вторая проблема — такой водород нельзя назвать чистым, так как газогенераторы оставляют углеродный след.
Фото: Public Domain / Wikimedia
Важный шаг к превращению водорода в распространенный источник энергии произошел в 1959 году — американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company создала трактор с силовой установкой, работавшей на так называемых топливных элементах. Принцип работы такой установки прост: запасенный в баллонах водород вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего выделяется электричество, которое питает электромотор. Помимо этого топливные элементы выделяют в атмосферу побочные продукты, безвредные для окружающей среды, — тепло и водяной пар.
Топливные элементы можно использовать для получения электроэнергии в промышленных масштабах, а выделяемое в процессе реакции тепло — для обогрева зданий. Кроме того, они гораздо компактнее газогенераторной установки, поэтому их можно установить на борту любых транспортных средств. Теоретически топливные элементы могут сделать водород основой топливно-энергетического комплекса (ТЭК), но для этого нужно решить две проблемы.
Фото: Kim Hong-Ji / Reuters
Первая — углеродный след при получении водорода. Топливные элементы обеспечивают нулевой выброс лишь в процессе получения электричества, но для их работы нужен водород. Эту проблему можно решить с помощью электролиза воды: под воздействием электрического тока дистиллированная вода распадается на кислород и водород. Процесс вообще может быть замкнутым: полученное в топливных элементах электричество используется в том числе для получения водорода.
При этом водород, полученный путем электролиза, еще и подразделяют на «желтый» и «зеленый»: для производства первого используется атомная энергия, второго — возобновляемые источники энергии. Таким образом, по-настоящему экологичным водородом многие страны признают лишь «зеленый» подвид.
Вместо ДВС
Второе серьезное препятствие на пути повсеместного внедрения топливных элементов — их высокая цена. На рубеже XX и XXI веков свои автомобили на топливных элементах показали BMW, General Motors, Honda, Hyundai, Toyota и даже «АвтоВАЗ», но о серийном производстве речи еще не шло. В 2008 году Honda выпустила небольшую партию седанов FCX Clarity с водородными топливными элементами, которую сдавали в лизинг (одновременно и аренда, и аналог целевого кредита) в Калифорнии за 600 долларов в месяц. При этом производство каждого автомобиля обходилось Honda в миллион долларов.
В 2014 году Toyota начала продажи Mirai — первого в мире серийного автомобиля на водородных топливных элементах. Два года спустя в продажу поступило второе поколение Honda FCX Clarity, но объемы продаж оставались скромными. Toyota за все время производства реализовала около десяти тысяч Mirai.
Параллельно топливные элементы начали использовать и в других видах транспорта. В 2017 году в Германии на маршрут вышел пассажирский поезд на водородных топливных элементах Coradia iLint. Причем работает он на линиях, которые не электрифицированы, — поезд на топливных элементах заменил дизельные тепловозы. С 2008 года по Альстеру, притоку Эльбы, ходят суда на водородных топливных элементах. Существуют и прототипы самолетов с аналогичными силовыми установками.
Однако и Toyota, и другие производители уверены, что в ближайшем будущем себестоимость автомобилей на топливных элементах будет не выше, чем у машин с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). В 2020 году японский автогигант представил второе поколение модели и планирует увеличить продажи в десять раз.
Сразу несколько игроков включились в борьбу за рынок тяжелых грузовиков на топливных элементах. Hyundai в рамках программы Hydrogen Mobility к 2025 году планирует поставить клиентам в Европе 1600 грузовиков на топливных элементах. Toyota совместно с Kenworth начала испытания водородного грузовика еще в 2017 году, а два года спустя поставила несколько машин в порт Лос-Анджелеса. Наконец, одним из главных генераторов новостей стал американский стартап Nikola, который занимается разработкой грузовиков на топливных элементах. Компания обещала начать их производство к 2023 году.
Дело пахнет керосином
Исследовательский центр Bloomberg New Energy Finance (BNEF) оценивает все реализуемые сегодня проекты в области водородной энергетики в сумму свыше 90 миллиардов долларов. Институт экономики энергетического сектора и финансового анализа (IEEFA), в свою очередь, насчитал десятки строящихся установок электролиза на базе ВИЭ суммарной мощностью 50 ГВт и стоимостью 75 миллиардов долларов.
Главным инициатором отказа от ископаемых источников энергии и перехода на водород выступают страны Большой семерки, которые в 2015 году, еще до подписания Парижского соглашения, договорились полностью избавиться от ископаемого топлива к концу века. Европейский союз еще более оптимистичен: в 2019 году был принят «Зеленый пакт для Европы» (The European Green Deal), согласно которому ЕС должен добиться нулевого выброса парниковых газов и отказа от ископаемых источников энергии уже к 2050 году. Особую роль в его реализации должен сыграть водород.
Фото: Bernd von Jutrczenka / Getty Images
В июле 2020 года Еврокомиссия представила «Водородную стратегию для климатически нейтральной Европы». Она предусматривает конкретные шаги по развитию водородной энергетики. Приоритетным направлением станет именно «зеленый» водород. Но на первом этапе, чтобы быстрее уменьшить выбросы парниковых газов, будет использоваться и низкоуглеродистый водород — произведенный на основе ископаемого топлива, например, каменного угля, но с улавливанием углерода.
К 2030 году, согласно стратегии, на территории Евросоюза будут работать электролизеры суммарной мощностью 40 ГВт для производства «зеленого» водорода, а еще 40 ГВт будут производить электролизеры в соседних странах для экспорта водорода в ЕС. Для сравнения: общая мощность всех электростанций России составляет около 250 ГВт. Производство же самого «зеленого» водорода достигнет 10 миллионов тонн. По оценкам ЕК, к 2050 году возобновляемый водород в Европе может потребовать от 180 до 470 миллиардов евро инвестиций. Пока же на энергию на базе водорода приходится менее 1 процента всего энергопотребления в Евросоюзе.
Выстроились в очередь
Не менее амбициозные планы у Китая: в стране надеются, что к 2040 году водород будет составлять 10 процентов всей китайской энергосистемы. На протяжении долгих лет КНР была мировым лидером по производству водорода и занимала около одной трети мирового рынка. Но речь идет о высокоуглеродистом водороде, который получают из угля и нефти без улавливания углерода. Это приводит к тому, что цена килограмма водорода в Китае одна из самых низких в мире — около 9 юаней (1,15 евро).
Для сравнения: ориентировочная стоимость ископаемого водорода в ЕС сегодня составляет около 1,5 евро за килограмм. Предполагаемые затраты на ископаемый водород с улавливанием и хранением углерода составляют около 2 евро за килограмм. А килограмм «зеленого» водорода, в свою очередь, обойдется в 2,5-5,5 евро.
Однако обязательство стать климатически нейтральным к середине века заставляет Китай переориентироваться на производство экологически чистого водорода. К тому же, по расчетам Института Роки-Маунтин (RMI), американской некоммерческой организации, консультирующей по вопросам энергетического перехода, Китай может стать углеродно-нейтральным к середине века без ущерба для экономического роста. Институт утверждал, что «Китай имеет хорошие возможности для получения технологического конкурентного преимущества от перехода к чистым нулевым выбросам», и призвал страну поддержать электролиз водорода.
Соседи — Южная Корея и Япония — также намерены развивать водородную индустрию. Первая планирует наладить производство топливных ячеек общей мощностью 40 ГВт, а также выпустить более 6 миллионов водородных автомобилей к 2040 году. Вторая уже построила «зеленую» водородную фабрику в Фукусиме, одну из крупнейших в мире. А Саудовская Аравия при технологической поддержке американской компании Air Products строит в своем «городе будущего» Неоме гигантскую зеленую электролизную установку стоимостью 5 миллиардов долларов и производительностью 650 тонн водорода в сутки.
Вероятно, крупнейший водородный проект современности реализуется в настоящее время в Австралии. В «Азиатском хабе возобновляемой энергии» в горнопромышленном центре Пилбара строятся солнечные и ветровые электростанции общей площадью 6,5 тысячи квадратных километров. Они будут производить более 50 тераватт-часов зеленой энергии, большая часть которой пойдет на производство водорода. Проект стоимостью 16 миллиардов долларов планируется запустить в 2027 году.
Вызов и шанс
Что касается России, то возрастающая роль водорода в мировой энергетике на первый взгляд сулит ей потерю доли на рынке. В действительности же есть шанс не только сохранить, но и упрочить свои позиции. Министр энергетики Александр Новак заявил, что Россия уже договаривается с Германией о совместных исследованиях по производству зеленой энергии — в частности, водорода. Новак подчеркнул, что, на его взгляд, углеводороды продолжат играть ключевую роль в мировой энергетике, а вот энергетический баланс в Европе может измениться.
Действительно, «водородная стратегия» ЕС подразумевает импорт огромных объемов водорода, а у России уже есть каналы его поставки. Например, для импорта водорода в Германию можно использовать существующую сеть газопроводов — в частности, газопроводы OPAL и Eugal, сухопутные продолжения «Северного потока» и «Северного потока 2». Gascade, немецкая дочка «Газпрома», на словах подтвердила принципиальную готовность использовать свои газопроводы для транспортировки водорода.
Фото: Александр Миридонов / «Коммерсантъ»
Таким образом, у России уже есть покупатель водорода и возможности по его транспортировке. Однако мощностей по производству водорода, тем более экологически чистого, в стране нет. Решить эту проблему должна дорожная карта «Развитие водородной энергетики в России» на 2020-2024 годы. Главную роль в ее реализации должны сыграть «Росатом» и «Газпром». Уже в 2024 году «Росатом» должен запустить пилотные водородные установки на атомных станциях и построить опытный полигон для испытаний водородных поездов. «Газпром», в свою очередь, должен в 2021 году разработать и испытать газовую турбину на метано-водородном топливе, а затем изучать возможности применения водорода в двигателях различных транспортных средств и в газовых установках — газотурбинных двигателях и газовых бойлерах.
Интерес к теме водорода проявляет и «НОВАТЭК». Компания объявила о подписании меморандума о взаимопонимании в целях изучения и оценки возможностей развития производственно-сбытовой цепочки поставок водорода с немецкой компанией Uniper. Компании рассматривают возможность поставки «голубого» водорода, произведенного из природного газа с дальнейшим улавливанием и хранением CO2, а также «зеленого» водорода.
Туманное будущее
По оценкам BofA Securities, к 2050 году стоимость мирового рынка «зеленого» водорода составит 2,5 триллиона долларов. Кроме того, будет создано не менее 30 миллионов рабочих мест. Однако не все разделяют столь оптимистичные прогнозы. Аналитики из Rystad Energy считают, что до водородного триумфа в энергетике еще далеко — лишь половина из запущенных в мире «зеленых» водородных проектов будет реализована до 2035 года. При этом подавляющему большинству проектов потребуется господдержка.
Помимо того, что чистая водородная энергетика требует огромных капиталовложений, существует проблема, связанная с недостатком ключевого сырья — чистой воды. По оценкам экспертов Oilprice, для производства одной тонны водорода методом электролиза нужно девять тонн воды. При этом она требует специальной подготовки и очистки. Например, чтобы подготовить одну тонну деминерализованной воды, пригодной для электролиза, нужно две тонны обычной воды. Таким образом, понадобится 18 тонн воды, чтобы произвести тонну водорода.
Фото: Spencer Platt / Getty Images
Также непонятно, как быть с транспортировкой водорода. Сейчас основные объемы этого топлива перевозятся морскими танкерами, но проблема заключается в выкипании продукта, даже несмотря на использование систем охлаждения. Существенно дешевле доставлять водород по трубам, однако запускать водород в действующие газотранспортные системы можно, только смешав его с природным газом, что означает дополнительные затраты на извлечение.
Еврокомиссия признает, что «чистый» и низкоуглеродный водород еще долго будет значительно дороже водорода, полученного из ископаемых источников энергии. Из хороших новостей: за последние пять лет стоимость технологии электролиза упала на 40 процентов и продолжает снижаться. BloombergNEF прогнозирует, что к 2050 году «зеленый» водород при цене доллар за килограмм станет выгоднее газа на мировых рынках и сможет конкурировать с самым дешевым углем. Но это через 30 лет, а пока путь превращения водорода в главный энергоноситель планеты только начинается.
Бесконечная энергия. Ради спасения Земли человечество отказывается от нефти и газа. Чем Россия может их заменить?
Угроза изменения климата нависла над всей планетой и запустила мировой тренд на декарбонизацию — страны постепенно отказываются от использования традиционных нефти, газа и угля в пользу более экологичных видов топлива. Стремление снизить вредные выбросы в атмосферу дало толчок развитию возобновляемой энергетики. Россия может отхватить большой кусок пирога на зарождающемся рынке и уже прилагает к этому усилия. В стране раскрывают потенциал энергии Солнца и ветра, а также готовятся возродить позабытые, но крайне перспективные проекты советских времен. «Лента.ру» в рамках проекта «Новое общество» рассказывает о перспективах России в качестве мирового лидера в области возобновляемых источников энергии.
Глобальное потепление вынуждают большинство стран снижать вредные выбросы в атмосферу. В мире доминирует зеленая повестка — поиск и развитие альтернативных и безобидных для природы источников энергии. Последние пять лет новые мощности зеленой генерации превосходят уголь, газ и атом, а глобальные инвестиции в возобновляемые источники энергии (ВИЭ) ежегодно превышают 300 миллиардов долларов.
Тренд на декарбонизацию активно набирает обороты и в России. И тут дело не только в заботе об экологии, но и в экономической составляющей. С 2025 года в Европе собираются ввести налог на «грязные» товары — с большим углеродным следом. Сейчас на страны ЕС приходится почти половина (46 процентов) российского экспорта. Под новый налог попадут ввозимые на территорию Евросоюза товары (на первом этапе — железо, сталь, цемент и удобрения), производство которых не отвечает европейским экологическим нормам.
Еще одна причина — постепенное истощение российских запасов нефти и газа. По подсчетам Минприроды, за десять лет нефтяные запасы России сократились на треть, газовые — на 27,4 процента. По данным Счетной палаты, Россия обеспечена разведанными запасами нефти на 35 лет, газа — более чем на 50 лет. При этом потенциал открытия новых крупных месторождений в уже освоенных регионах практически исчерпан, а разведка новых неперспективна.
Власти всерьез обеспокоены перспективами нефтяного рынка. В докризисном 2019 году газ и нефтепродукты обеспечили 55 процентов всех экспортных доходов экономики — 231 миллиард долларов. В 2020-м доходы снизились до 146 миллиардов, что было ожидаемо, учитывая коронакризис. А в первом квартале 2021 года углеводороды уже обеспечили половину экспортных доходов — 44 миллиарда долларов.
Минэкономразвития уже разработало проект новой стратегии низкоуглеродного развития на ближайшие десятилетия. Согласно документу, к 2050 году выбросы парниковых газов должны быть снижены на 79 процентов, а достижение полной углеродной нейтральности запланировано к 2060 году. Среди мер по снижению выбросов упоминается углеродное ценообразование (внедрение нормативов, стимулирование низкоуглеродных технологий, корректировка налога на доход полезных ископаемых (НДПИ), а также развитие зеленого финансирования. В Международном агентстве по возобновляемой энергии подсчитали, что к 2030 году доля ВИЭ в российском энергобалансе составит более 11 процентов (без учета АЭС). Стремиться есть куда: например, в Германии этот показатель уже почти достиг 47 процентов.
Большие надежды
Водородную энергетику называют ключевым элементом декарбонизации в мире, а у России отличные возможности в этом направлении.
«В свете мирового энергетического перехода большое внимание сейчас уделяется низкоуглеродным источникам энергии. И здесь водород может не только занять достойное место, но и, при соблюдении ряда условий, стать точкой роста для экономики России», — говорил вице-премьер Александр Новак. По его словам, Россия могла бы занять около 20 процентов на мировых рынках. В то же время водородный переход для мировой экономики обойдется недешево: по оценкам объединения Hydrogen Council, он потребует ежегодных инвестиций в размере 20-25 миллиардов долларов.
На водород в России возлагают большие надежды и верят, что именно он станет альтернативой традиционным источникам энергии. Спецпредставитель президента по связям с международными организациями для достижения целей устойчивого развития Анатолий Чубайс считает, что благодаря экспорту водорода наша страна сможет добиться мирового лидерства. По его словам, уже сейчас газотранспортная система может использовать до десяти процентов пропускных мощностей для поставок водорода.
Для реализации потенциала власти разработали дорожную карту по развитию водородной энергетики до 2024 года. Первостепенная задача — разработка конкурентоспособных технологий производства водорода как из ископаемого сырья, в первую очередь природного газа, так и методом электролиза воды. Такими темпами Россия к середине века должна будет зарабатывать от экспорта экологически чистых видов водорода от 23,6 до 100,2 миллиарда долларов в год.
В зависимости от темпов декарбонизации мировой экономики и роста спроса на водород на международном рынке потенциальные объемы российского экспорта водорода оцениваются в 200 тысяч тонн в 2024 году, 2-12 миллиона тонн — в 2035 году и 15-50 миллиона тонн — в 2050 году. Однако скорость реализации амбициозных задач пока под вопросом, ведь глобальный рынок водорода еще до конца не сформировался. Основные потребители водорода на сегодняшний день — химические предприятия, производители аммиака и метанола, но в будущем использование водорода начнет набирать обороты.
Россия способна поставить задачу сохранения статуса великой энергетической державы с замещением экспорта углеводородов на экспорт водорода. У нас такое фантастическое преимущество, о котором мечтать не может никто! Надо вцепиться зубами и немедленно продвигаться в этом направлении
Российскими первопроходцами в сфере водорода станут «Газпром», «Росатом» и НОВАТЭК. В ближайшие годы Россия готовится начать производство автобусов, поездов и кораблей на водороде, первое полноценное судно могут представить уже в 2023 году. Пионером в автомобилестроении стал премиальный Aurus. «За рулем — так же, как за серийным, где шумоизоляция хорошая и двигатель не так слышно, здесь просто отсутствие звука. Непривычно то, что едешь как в вакууме», — делился впечатлениями глава Минпромторга Денис Мантуров.
Надуло
Одним из наиболее экологичных способов добычи энергии считается использование ветроэлектростанций (ВЭС). Не зря на них приходится — почти треть всей зеленой энергии на планете. Совокупный объем установленных мощностей ветроэлектростанций (ВЭС) достигает 564 гигаватт.
Россия пока совершает лишь первые шаги в этой сфере (на Россию приходится менее 1 процента мировой ветрогенерации). Совокупная мощность ветряков оценивается в 1,4 гигаватта (для сравнения: вся энергогенерация в стране — 247 гигаватт). Однако это соотношение очень скоро будет меняться.
Сейчас в России реализуется несколько крупных проектов ВЭС мощностью более 660 мегаватт. В ближайшие годы будет создано еще 24 проекта в этой сфере.
Ветер и солнце с точки зрения климата безопаснее, поэтому сейчас вкладывают в основном в них, а не в ископаемое топливо. Но большая доля ВИЭ в генерации потребует перестройки сетей, поэтому решение не может быть принято частным образом, должна быть программа развития, которая и ответит на вопрос, какая доля будет приходиться на ВИЭ
В России действует программа поддержки ВИЭ, одна из задач которой — увеличить долю вырабатываемой зеленой электроэнергии. Программа предполагает выделение квот на строительство электростанций, дающих 5,5 гигаватта возобновляемой энергии, средства предоставляют в обмен на энергомощности, единственное условие участия- — оборудование должно на 65 процентов состоять из российских материалов.
Среди самых перспективных регионов для ветрогенерации — Мурманская, Архангельская, Ростовская и Ульяновская области, прибрежные зоны Финского залива, Краснодарский и Ставропольский края. До 2023 года на новые станции собираются потратить около 30 миллиардов рублей.
Самая крупная ветроэлектростанция в России — Кочубеевская ВЭС в Ставропольском крае, построенная «Росатомом». Она состоит из 84 ветроустановок мощностью 2,5 мегаватта каждая и имеет установленную мощность 210 мегаватт. Сейчас на юге России действуют пять ветроэнергетических станций госкорпорации общей установленной мощностью 660 мегаватт. Ветропарки есть также в Ростовской области, готовятся проекты по строительству ВЭС в Мурманской области и Ставропольском крае — ими будет заниматься «Энел Россия» («дочка» итальянской Enel). К 2025 году общая мощность российских ВЭС, по данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), превысит 3,4 гигаватта.
Энергией ветра могут пользоваться не только большие компании, но и простые россияне. Ветряк для личного пользования гораздо компактнее промышленных монстров. Личные ветряки ставят жители не только отдаленных районов, но и Центральной России. Особенно актуален этот вопрос для поселков, где сети изношены и часто случаются перебои с подачей энергии. Бензиновые и дизельные генераторы не всегда удобны и нуждаются в топливе. Самые дешевые ветряки производят в Китае — генератор мощностью в 1 киловатт обойдется в 20 тысяч рублей, а устройство мощностью 5 киловатт — в 300 тысяч. Ветрогенератор европейского и российского производства стоит до миллиона рублей.
Солнечная сторона
Не меньше перспектив развития в России и у солнечной энергетики, ее доля пока тоже не очень велика (1,8 мегаватта), но рынок активно развивается. По прогнозам аналитиков Research and Markets.com, к 2026 году объем мирового рынка будет расти на 20,5 процента ежегодно и составит 223,3 миллиарда долларов. По оценке Международного энергетического агентства, к 2040 году солнечная генерация во всем мире увеличится на 43 процента. Это позволит уменьшить объем выброса парниковых газов и сократить негативные эффекты изменения климата на планете. Кроме того, бурное развитие солнечной энергетики приведет к падению цены на электричество для потребителей.
В России доля солнечной энергетики пока остается скромной — всего 0,72 процента от общей выработки электричества. Но ситуация быстро меняется. В 2019 году солнечные электростанции (СЭС) выработали 1,3 миллиарда киловатт-часов электроэнергии — почти на 70 процентов больше, чем в 2018 году, а по итогам 2020 года эта цифра вплотную приблизилась к 2 миллиардам киловатт-часов. Наибольшую долю в балансе энергосистемы солнечные станции (СЭС) занимают на юге страны, где на них приходится 2,77 процента установленной мощности.
Сейчас крупных солнечных электростанций в России достаточно, чтобы обеспечивать энергией небольшие города. К примеру, электроэнергии, вырабатываемой Фунтовской СЭС, хватает более чем на 30 тысяч домохозяйств в Астраханской области. Кроме того, годовая выработка этой станции позволяет избежать 58 тысяч тонн выбросов углекислого газа и экономить 33 миллиона кубометров природного газа. При этом солнечную энергетику можно развивать практически на всей территории страны, но наибольшим солнечным потенциалом обладают Приморье, Забайкалье, южные области Сибири и Европейской части России.
На удаленных от центра страны территориях солнечная генерация жизненно необходима для надежного обеспечения электричеством. Сегодня за энергоснабжение в изолированных районах Сибири и Дальнего Востока отвечают преимущественно дизельные электростанции — это дорого и неудобно. Причем солнечные панели можно размещать не только на суше, но и на воде. Показательный пример — первая в стране плавучая СЭС в Амурской области. Прогнозная годовая выработка солнечной электростанции составляет 53,5 тысячи киловатт-часов.
Потребителей солнечной энергии в России можно разделить на три категории: это крупные компании — в частности, нефтегазовые и горнодобывающие; малые и средние предприятия — например, торговые компании и гостиницы; и домохозяйства. СЭС могут быть сетевыми (работают параллельно с центральной электросетью), автономными (не имеют подключения к сети и работают с системами накопления энергии) и гибридными (работают вместе с центральной сетью, но имеют хотя бы одну аккумуляторную батарею и выступают в качестве резерва при отключении электричества). Для частного пользования в России ставят небольшие СЭС мощностью до одного мегаватта.
Но установка собственной станции — дорогое удовольствие. Микро-СЭС на 3-5 киловатт обойдется в среднем в 180-300 тысяч рублей. Для многих потенциальных пользователей высокая стоимость становится проблемой, даже если они осознают, что в ближайшие 30-40 лет электроэнергия будет для них практически бесплатной. Однако с развитием технологий цена оборудования будет снижаться. По словам Ланшиной, энергия солнца скоро станет дешевле других видов топлива. За последние десять лет стоимость газовой генерации снизилась приблизительно на 30 процентов, в то время как стоимость ветрогенерации — в три раза, а стоимость солнечной — в десять.
Одно из перспективных направлений в области солнечной генерации — перовскиты, полупроводники с особой кристаллической структурой. Если КПД обычной солнечной батареи составляет в среднем 22 процента (количество солнечного света, который преобразуется в энергию), то благодаря перовскитам он может превысить 27 процентов. В России ведутся исследования методов внедрения технологии: ученые МГУ улучшили метод сборки перовскитных солнечных батарей с помощью лазерной резки. В перспективе это может еще больше снизить их себестоимость.
Спрос на солнечную генерацию в России усиливается на фоне растущих тарифов на электроэнергию, отмечают авторы исследования «Несубсидируемый рынок солнечной энергетики в России: в ожидании взрывного роста». Сейчас стоимость производства киловатта энергии на микро-СЭС составляет 4-5 рублей, при том что полный тариф на сетевую электроэнергию для рядовых потребителей составляет в среднем 4,17 рубля, а для малого и среднего бизнеса — 5,32 рубля. Причем в некоторых регионах предприятия платят за свет почти вдвое больше, так что установка мини-СЭС поможет им существенно сэкономить. Постепенно в России меняются и потребительские предпочтения: граждан все больше беспокоят проблемы изменения климата, многим важно, чтобы хотя бы часть энергии шла от ВИЭ.
«Пока греем улицу»
Собственные мини-электростанции оказываются очень кстати, когда в городе бывают проблемы с электричеством. Владелица питомника среднеазиатской овчарки и вельш-корги-пемброк Валентина Кривилева из Ижевска поставила на своем участке комбинированную установку с ветрогенератором и солнечными панелями.
Питомник находится на одном участке с частным домом. Основное электроснабжение дома и вольеров идет через местную подстанцию, но отключения случаются часто, иногда света может не быть по 12 часов, поэтому заводчица решила поставить гибридную установку. Конструкция соединяет в себе ветрогенератор мощностью 1,5 киловатта, четыре солнечные панели с генерацией 800 ватт, аккумуляторными батареями по 400 ампер и инвертором. Работой всей установки управляет специальный процессор. «В течение семи лет нареканий нет. Установка обеспечивает все необходимое: питание скважины, водоснабжения, электропитание газового котла, анаэробный септик, питание ворот гаража, интернет, холодильник и телевизор», — перечислила Кривилева.
В основном питомник все равно зависит от городской электросети, но дополнительные мощности очень выручают, когда отключается свет. «В экстремальной ситуации система обеспечивает полную автономность, есть вода, электроэнергия, газ», — объяснила она и добавила, что с появлением установки жизнь стала комфортнее: «Мы спокойны, что вода, газ и тепло у нас всегда есть». Главный плюс такой системы — независимость от внешних факторов и экономия денег. Например, летом Кривилева вообще не пользуется центральным энергоснабжением. «В летнее время я все поливы осуществляю за счет этой энергии (выработанной на установке)», — уточняет хозяйка.
Но есть и минусы. «Случается, что энергии генерируется слишком много, накопить ее в аккумуляторах уже нельзя, а использовать некуда. В этом случае энергия сбрасывается в нагревательные тэны, которые отапливают окружающую среду», — рассказала Кривилева. В перспективе она хотела бы отапливать за этот счет теплицы. «Если бы была возможность, как в других странах, продавать избытки электроэнергии в городскую сеть, то эффективность системы выросла бы на 60-70 процентов. А так — пока греем улицу», — отмечает владелица питомника. Она считает, что со временем многие россияне смогут оборудовать в своих хозяйствах подобные станции, и это позитивно отразится на экологии. Вопрос только в том, куда девать избытки энергии.
Бурные потоки
Необходимость энергоперехода очевидна российским властям. «Мировая экономика нацелена на постепенный переход к низкоуглеродной энергетике. И это уже новая реальность. Нужно готовиться к поэтапному сокращению использования традиционных видов топлива — нефти, газа, угля. Повышать энергоэффективность. Развивать альтернативную энергетику. Строить соответствующую инфраструктуру», — говорил премьер-министр Михаил Мишустин. К середине декабря 2021 года будет разработан план по адаптации экономики к новым реалиям вплоть до 2030 года. Одним из ключевых направлений должно стать развитие тех сфер, где у страны есть преимущества: использование водорода, углехимия, климатические проекты в лесном хозяйстве, атомная и гидроэнергетика.
В настоящее время в России работает более 170 гидроэлектростанций (ГЭС). По установленной мощности они занимают второе место после тепловых электростанций, но доля их генерации в энергобалансе страны составляет 17,6 процента, и по этому показателю они пока уступают газовым, угольным и атомным станциям. При этом энергия, получаемая от ГЭС, — одна из самых дешевых: один киловатт стоит около 0,15 рубля. Крупнейшая в стране ГЭС — Саяно-Шушенская — находится в Сибири и обеспечивает три процента энергопотребления всей России. В 2020 году она произвела рекордные 26,6 миллиарда киловатт-часов: этого хватит, чтобы питать электричеством весь Санкт-Петербург.
На территории России сосредоточено около девяти процентов мировых запасов гидроэнергии. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место в мире, опережая США, Бразилию, Канаду и уступая только Китаю. Однако степень освоенности гидроэнергетического потенциала нашей страны составляет всего около 20 процентов. Развитие гидроэнергетики тормозится по нескольким причинам. Во-первых, себестоимость строительства ГЭС очень высока и превышает вложения в солнечные и ветростанции, а в некоторых случаях может оказаться даже дороже строительства АЭС. Во-вторых, большинство мест, подходящих для возведения ГЭС, уже использовано. А установка ГЭС в труднодоступных и потенциально опасных местах, например, в сейсмически рискованной зоне, взвинчивает и без того большие затраты. К тому же в районах, где есть ГЭС, меняется микроклимат, и близлежащие территории могут превратиться в болота.
Выходом могут стать мини-ГЭС мощностью до 30 мегаватт. «Малые и средние ГЭС не так сильно воздействуют на экологию, они могут быть размещены на менее крупных реках и требуют меньше инвестиций», — объясняет аналитик Института комплексных стратегических исследований Наталья Чуркина.
До конца 2024 года в России планируют ввести в эксплуатацию несколько малых ГЭС суммарной мощностью 168 мегаватт. Например, в Чечне начали строить Башенную малую гидроэлектростанцию (МГЭС) мощностью в 10 мегаватт на реке Аргун, главная цель проекта — улучшить энергоснабжение в горных районах. Предполагается, что в год станция будет вырабатывать 45 миллионов киловатт-часов чистой энергии. Проект обошелся почти в два миллиарда рублей, запустить МГЭС должны в 2024 году. Еще один перспективный проект — мини-ГЭС в Дагестане, которая обойдется в 1,5 миллиарда рублей, запуск должен состояться к концу 2024 года. В 2028 году в республике также появится Могохская ГЭС мощностью 49,8 мегаватта, окончательная стоимость станции пока не определена.
Сила Земли
Еще одним возобновляемым источником энергии для России могут стать приливы и отливы. Первая и пока единственная российская приливная электростанция — Кислогубская ПЭС — была построена во времена СССР. Проект реализован в 1968 году на берегу Баренцева моря, но сейчас ПЭС законсервирована. Похожую станцию задумали реанимировать на Камчатке. Цель — сделать Пенжинскую ПЭС одним из крупнейших в мире источников для производства водорода. Ответственность за разработку и финансирование проекта взяла на себя компания «Н2 Чистая энергетика».
ПЭС — это плотина, которую возводят в морских заливах или в устьях впадающих в них рек. После перекрытия водоема образуется бассейн, в котором уровень воды колеблется в зависимости от высоты прилива.
В водопропускных отверстиях плотины устанавливаются турбины с генераторами, работающие в обе стороны под действием напора воды. Главные минусы — высокая стоимость строительства и непостоянная подача энергии.
В 1970-е годы стоимость строительства станции оценивалась более чем в 200 миллиардов долларов, а мощность ПЭС могла составить до 100 гигаватт, что соответствует примерно 40 процентам общего объема производства энергии в России. Проект Пенжинской ПЭС до сих пор не был реализован из-за высокой стоимости и невостребованности дополнительных энергомощностей у местных потребителей. При этом Пенжинская губа — одно из самых перспективных мест в мире для строительства приливной электростанции. «Развитие безуглеродной экономики, наметившийся в мире тренд на декарбонизацию, использование водородных технологий дают возможность раскрыть потенциал этого проекта», — отмечает генеральный директор «Н2 Чистая энергетика» Алексей Каплун. Он уверен, что в будущем электростанция может стать одним из крупнейших источников производства водорода в мире, но сколько денег понадобится на строительство — пока неясно.
Еще одно перспективное направление для России — геотермальная энергетика. Потенциал геотермальной энергии превышает аналогичный показатель ископаемого топлива в 10 тысяч раз. Через поверхность Земли проходит поток тепла, эквивалентный сжиганию 46 миллиардов тонн угля. Если в ближайшее время «приватизировать» хотя бы 1 процент этой энергии, отпадет необходимость в строительстве сотен обычных мощных электростанций. Крупнейшая ГеоЭС — Мутновская — расположена на Камчатке, ее мощность — 50 мегаватт. Сейчас на Камчатке ВИЭ составляет около трети от общей генерации — один из рекордных показателей по стране. Зеленые источники энергии в регионе планируют развивать. «К сожалению, все используемые технологии относятся к советском периоду, — подтвердил губернатор Камчатского края Владимир Солодов. — Однако ряд ГеоЭС будет расширен и модернизирован».
Кроме того, неисчерпаемым источником чистой энергии могут стать волны: наибольший потенциал ученые видят в северной части Тихого океана: здесь можно получать количество энергии, сопоставимое с объемами крупнейших электростанций мира. Однако подобные проекты сложно осваивать с точки зрения инфраструктуры и элементарной географической доступности.
В России возобновляемые источники энергии, в том числе волновая, будут активно развиваться в труднодоступных регионах — например, летом на той же Чукотке, где в некоторых районах электричества иногда нет вообще: туда невозможно протянуть ЛЭП, а завозить дизельное топливо для электростанций дорого и не всегда возможно. Это позволит не просто сделать жизнь людей приемлемой, но и дать им работу, создать предприятия и так далее
Россия относится к числу стран, которые хотели бы заниматься волновой энергетикой, но сталкиваются с рядом сложностей, объясняет старший научный сотрудник кафедры океанологии географического факультета МГУ Станислав Мысленков. В нашей стране есть несколько экспериментальных волновых генераторов, однако успешно работающих промышленных установок пока не существует. Но будущее у этой технологии определенно многообещающее. По мнению экспертов, волновая энергия Мирового океана может удовлетворить не менее 20 процентов энергетических потребностей человечества.
Мировой тренд на декарбонизацию бросил России вызов и ускорил отказ от традиционных нефти и газа. На гигантской территории нашей страны можно развивать практически любые виды ВИЭ: неисчерпаемый потенциал есть у энергии солнца, ветра, геотермальных источников. Изменилось и мнение граждан по вопросам экологии: все больше россиян хотят использовать энергию природы. Так что в обозримом будущем собственные мини-электростанции уже не будут казаться чем-то удивительным, они станут обыденностью. В глобальном масштабе и при правильном подходе к развитию и внедрению технологий Россия может стать мировым лидером в сфере возобновляемых источников энергии.