Текст
Джейхун Мамедов
Иллюстрации
Ксения Форбендер
Текст
Джейхун Мамедов
Иллюстрации
Ксения Форбендер
Во время карантина транспортные и промышленные выбросы существенно сократились и в крупных городах воздух и водоёмы стали чище. Но экологический «перерыв» подходит к концу и выбросы вредных веществ в атмосферу продолжат усугублять климатический кризис. Один из способов борьбы с ним — уменьшить использование ископаемого топлива и перейти на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Вместе с «Роснано» Inc. поговорил с экспертами в области экологии и энергетики и выяснил, какие технологии сегодня развиваются в альтернативной энергетике и почему переход на ВИЭ неизбежен и в России.
Во время карантина транспортные и промышленные выбросы существенно сократились и в крупных городах воздух и водоёмы стали чище. Но экологический «перерыв» подходит к концу и выбросы вредных веществ в атмосферу продолжат усугублять климатический кризис. Один из способов борьбы с ним — уменьшить использование ископаемого топлива и перейти на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Вместе с «Роснано» Inc. поговорил с экспертами в области экологии и энергетики и выяснил, какие технологии сегодня развиваются в альтернативной энергетике и почему переход на ВИЭ неизбежен и в России.
Как избежать новых пандемий
Одна из главных угроз для человечества сегодня — глобальное потепление. Среди его многих негативных последствий учёные выделяют и риск возникновения новых пандемий. Изменение климата приводит к таянию ледников и повышению уровня мирового океана, меняются маршруты водных и воздушных потоков. Затопленные прибрежные области становятся очагами возникновения новых эпидемий, а последующая миграция населения увеличивает риск заболевания большого количества людей.
Опаснее всего миграция животных. Многие из них — носители зоонозных бактерий и вирусов, с которыми человечество ещё не сталкивалось. Грызуны и рукокрылые (летучие мыши) — наиболее опасные отряды млекопитающих, так как представлены многочисленными видами и, соответственно, бо́льшим количеством носителей зоонозов. При миграции этих животных повысится вероятность их контакта с людьми и увеличится риск возникновения новой пандемии.
Переход на возобновляемую энергетику — магистральный путь решения климатического кризиса, в том числе проблемы глобального потепления. Экологический след от ВИЭ минимален: он возникает только при производстве самого энергообъекта и оборудования для него — процесс выработки проходит без выбросов. По мере удешевления технологий и повышения КПД солнечных модулей и ветроустановок появляются и экономические стимулы для перехода на ВИЭ.
Переход на возобновляемую энергетику — магистральный путь решения климатического кризиса, в том числе проблемы глобального потепления.
Углеводородный кризис
Топливно-энергетический комплекс коронакризис затронул серьёзно. В апреле 2020 года мир наблюдал рекордное падение спроса на нефтяном рынке: цена нефти Brent упала в 3,5 раза по сравнению с январем того же года, а фьючерсы на WTI впервые продавались по отрицательной цене. Решением, минимизирующим дальнейшие потери, стала сделка ОПЕК+ по сокращению добычи нефти.
С начала года упал на 6—8% мировой спрос на электроэнергию и, соответственно, снизились цены на неё. Пандемия подкосила традиционную энергетику, работающую на угле и газе, при этом глобальная выработка электроэнергии на ВИЭ выросла на 10—15%. Во многом это связано с нынешней энергополитикой, нацеленной на увеличение доли низкоуглеродной генерации.
«Пандемия и ограничительные меры выбили из колеи традиционную энергетику, где генерация происходит с помощью ископаемого топлива, и почти не повлияли на функционирование „зелёных“ отраслей», — подтверждает Михаил Юлкин, генеральный директор «Центра экологических инвестиций». В солнечных и ветровых электростанциях, например, нет проблемы скученного коллектива на производстве и не нужно принимать жёсткие меры, чтобы обеспечить эпидемиологическую безопасность на рабочих местах. Станции обслуживаются удалённо: сотрудники сидят дома или в офисе и управляют энергообъектами с помощью компьютеров.
Газовая отрасль тоже пострадала, но гораздо меньше: среднегодовой мировой спрос на газ сократился на 3-5%.
Пандемия подкосила традиционную энергетику, работающую на угле и газе, при этом глобальная выработка электроэнергии на ВИЭ выросла на 10-15%.
Пандемия подкосила традиционную энергетику, работающую на угле и газе, при этом глобальная выработка электроэнергии на ВИЭ выросла на 10-15%.
В Европе в очередной раз отметили преимущества ВИЭ и выдвинули идею — выходить из кризиса через «зелёную» дверь. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш призвал выделять антикризисные деньги преимущественно компаниям, которые не наносят вреда окружающей среде. По словам директора Информационно-аналитического центра «Новая энергетика» Владимира Сидоровича, пандемия и связанный с ней экономический кризис могут ускорить глобальное развитие ВИЭ, поскольку программы выхода из кризиса в разных странах содержат весомые меры поддержки «зелёного» сектора. «Есть все признаки того, что восстановление экономики во многих странах пойдет через „зелёный“ рост», — соглашается Юлкин.
В российской энергетике подобные тенденции пока мало выражены. Первые проекты по развитию ВИЭ начали реализовываться в 2014 году в рамках государственной программы поддержки, которая гарантирует инвесторам возврат инвестиций с высокой доходностью. Дополнительным стимулом для развития альтернативной энергетики стало присоединение России к Парижскому соглашению. Главные цели документа — сдерживание климатических изменений, перевод глобальной экономики на рельсы низкоуглеродного развития и перераспределение мировых финансов в пользу «зелёных» секторов.
Солнечные технологии
К концу 2019 года суммарные мощности солнечной генерации в России достигли 1265 МВт, а до 2024 года по планам правительства будет введено 2 тыс. МВт. Ежегодное же производство солнечных модулей вышло на 700 МВт: в России работают три завода на базе разных технологий. Среди лидеров солнечной генерации — Республика Алтай, Астраханская и Оренбургская области.
Компания «Хевел» (создана при участии группы РОСНАНО) первой в России начала производить солнечные модули и строить солнечные станции. В 2014—2015 гг. она ввела в эксплуатацию Кош-Агачскую сетевую СЭС мощностью 10 МВт в Республике Алтай. Проект положил начало развитию солнечной энергетики в России. В последующие годы в Горном Алтае было построено еще 6 солнечных энергостанций, которые сейчас обеспечивают 30% потребления региона.
В 2019 году начала работу Фунтовская СЭС в Астраханской области. Её мощность составила 60 МВт. Электростанция может обеспечивать электроэнергией 30 тыс. домохозяйств в регионе. Годовая выработка Фунтовской СЭС — 110 ГВт*ч — позволяет избегать 58 тыс. тонн выбросов CO2 ежегодно. Сегодня в Астраханской области работает 4 солнечных электростанции «Хевел» суммарной мощностью 165 МВт.
Следующим этапом развития солнечной генерации в России стала Бурзянская СЭС с промышленными накопителями энергии в Башкортостане. Она обеспечивает бесперебойное электроснабжение всего Бурзянского района. В случае аварийного отключения или ремонтных работ на линии электропередач станция будет работать автономно (до 6 часов). Система запрограммирована так, что в первую очередь электроэнергией будут обеспечиваться объекты социальной и административной инфраструктуры.
Среди лидеров генерации — Республика Алтай, Астраханская и Оренбургская области.
Ежегодное производство солнечных модулей вышло на 700 МВт: в России работают три завода на базе разных технологий.
Ежегодное производство солнечных модулей вышло на 700 МВт: в России работают три завода на базе разных технологий.
В Забайкальском крае, Республиках Тыва и Алтай построены автономные солнечные энергоустановки «Хевел», использующие гибридную технологию генерации (взамен дизельной — более дорогой). «Благодаря таким установками снижаются расходы муниципальных бюджетов на обслуживание дизельной генерации, сжигается меньше дизельного топлива и пропорционально сокращается выброс вредных веществ в атмосферу», — объясняет Антон Усачёв, заместитель генерального директора по корпоративным коммуникациям «Хевел».
Что ждет солнечную энергетику
1. Двусторонние солнечные модули: задействованы обе рабочие поверхности модуля за счёт попадания прямых солнечных лучей на одну сторону и их отражения на другую.
2. Перовскитные элементы: КПД кремниевых солнечных модулей приблизился к теоретическому пределу — 26%, эффективность тандемного перовскит-кремниевого солнечного элемента уже сейчас достигает почти 30%.
3. Системы слежения за солнцем: трекеры увеличивают выработку электроэнергии, обеспечивая движение поверхности модуля за солнцем.
4. Интеграция солнечных модулей в инфраструктуру города, в конструкции домов и в коммерческий транспорт: это также позволяет снизить энергозатраты потребителей.
Сегодня строить блоки распределённой генерации проще и дешевле, чем прокладывать новые линии электропередач. При централизованной генерации с увеличением расстояния увеличиваются и потери электроэнергии. Решения типа Solar-plus-storage (солнечная установка с накопителем) делают энергоснабжение автономным и не требуют никакого топлива, что важно в труднодоступных районах с точки зрения логистики. По словам Усачёва, такие системы уже конкурируют с традиционными объектами энергетики: в долгосрочной перспективе они выгоднее по цене, чем дизельные установки и присоединение к единой энергосистеме.
Развитие ветроэнергетики
Первый в стране промышленный ветропарк — Ульяновскую ВЭС-1 — в январе 2018 года ввела в эксплуатацию компания «Фортум». Годом позже Фонд развития ветроэнергетики, созданный «Фортум» и «Роснано», завершил строительство Ульяновской ВЭС-2 уже с использованием локализованного оборудования. Весной-летом 2020 года Фонд запустил три ветровые электростанции в Ростовской области общей мощностью 300 МВт. На сегодня это самый крупный кластер ветроэнергетики в России.
Степень локализации оборудования электростанций Фонда развития ветроэнергетики — более 65%. Основные компоненты — лопасти и башни — производятся в Ульяновске и в Таганроге, а сборка гондол осуществляется в Дзержинске. Конечную ветроустановку поставляет датский Vestas.
В марте этого года свой первый ветропарк в Адыгее мощностью 150 МВт запустила дочерняя компания «Росатома» — «НоваВинд». ВЭС такой мощности способна обеспечить электроэнергией около 25 тыс. квартир.
По отечественной программе развития ВИЭ до конца 2024 года мощность ветровой генерации в России должна вырасти до 3,5 ГВт.
Ветропарк планирует вырабатывать 354 млн кВт/ч в год, что сократит энергодефицит региона на 20%.
Ветропарк планирует вырабатывать 354 млн кВт/ч в год, что сократит энергодефицит региона на 20%.
С течением времени ветрогенераторы становятся всё больше и мощнее. Это позволяет снижать капитальные затраты и стоимость единицы энергии. Если пару десятилетий назад ветрогенератор мощностью 2 МВт считался гигантом, то сегодня он относится к категории ниже среднего. КПД ветрогенератора зависит от аэродинамических характеристик лопасти: она должна быть прочной и упругой, при этом иметь минимальный вес.
Одна из развивающихся технологий в ветроэнергетике — плавающие основания для ВЭС. Они позволяют строить ветровые энергоустановки в прибрежных зонах (на глубинах до 800 метров), где скорость ветра выше. В морской ветроэнергетике мощность одной турбины может достигать 10 МВт, в то время как в наземной она составляет 2—4 МВт.
К середине 2020 года установленная мощность ветроэнергетики в России достигла 641 МВт. По отечественной программе развития ВИЭ до конца 2024 года мощность ветровой генерации в России должна вырасти до 3,5 ГВт. «Строительство большинства запланированных объектов только начато. Отрасль развивается планомерно, и это тоже результат», — заключает Владимир Сидорович.
Накопители в гаджетах, машинах и в энергетике
В возобновляемой энергетике системы накопления энергии играют немаловажную роль, хотя это не единственная сфера их применения. В последнее время наибольшее развитие получают накопители на базе электрохимических источников тока — литий-ионные. Это произошло за счёт трёх факторов: увеличения плотности энергии в накопителях, увеличения срока их службы и снижающейся цены. «В ближайшие 10—15 лет литий-ионные системы накопления энергии будут доминировать на рынке и реализовываться во многих сферах», — считает управляющий директор по инвестиционной деятельности УК «Роснано» Владимир Козлов.
В России производством литий-ионных ячеек занимается компания «Лиотех». Она поставляет аккумуляторы для городского электротранспорта, а также для рынка энергетики. Аккумуляторные ячейки «Лиотеха» используются, например, в гибридных установках «Хевел» в Забайкальском крае и в Бурзянской СЭС.
Преимущество литий-ионных накопителей, если сравнивать с другими популярными энергоносителями, — в их экологичности и безопасности. Вторая сильная сторона — масштабируемость. Из литий-ионных ячеек можно сделать и батарею для автомобиля, и большую систему хранения энергии. Третье преимущество в технических характеристиках — возможность быстро выдавать энергию и способность работать на высоких токах. При этом цена за последние годы очень сильно снизилась, а батареи стали доступными.
Сферы применения литий-ионных накопителей и решаемые ими задачи
1. Гаджеты дали большой толчок для развития технологий накопления. Сейчас, при небольших размерах, батареи имеют высокую ёмкость и долго служат.
2. Электромобили существовали давно, но с появлением гаджетов технологии накопления начали набирать промышленные обороты и заинтересовали серийных автомобилестроителей. Электромобили стоят дороже, но они экологически чистые и обладают экономической выгодой на жизненном цикле, — вы тратите на электричество меньше, чем на бензин.
3. Энергетика тоже будет осваивать литий-ионные накопители. Они уже используются вместе с ВИЭ — для равномерной выдачи энергии, поскольку на ветровых и солнечных станциях выработка зависит от погодных условий. Кроме того, технологии накопления решают проблему нагрузки на систему, сглаживая всплески и сбросы электроэнергии. В классической энергетике накопители могут замещать текущие решения, так как это дешевле. Например, если в поселке количество домов выросло и мощности существующих сетей не хватает, то вместо того чтобы тянуть новые, достаточно поставить накопитель, который сглаживает пики в утренние и вечерние часы.
Преимущество литий-ионных накопителей, если сравнивать с другими популярными энергоносителями, — в их экологичности и безопасности. Вторая сильная сторона — масштабируемость.
«Гаджеты и электромобили генерируют самый большой спрос в мире на литий-ионные аккумуляторы. Энергетика станет направлением, которое догонит автомобили и гаджеты по спросу на накопители», — утверждает Владимир Козлов. По его словам, будущее отечественной отрасли систем накопления энергии зависит от мер поддержки государства и от того, какие стратегические цели им будут сформулированы с учётом особенностей страны: в каких нишах и продуктовых направлениях развиваться и в какие сроки, как будет стимулироваться спрос и какую поддержку получат производители. Например, в Китае — акцент на общественном и легковом транспорте, в Южной Корее — на производстве ячеек и их компонентов, в Америке — на домашних системах накопления и тоже на легковом транспорте.
Декарбонизированное будущее
По сравнению с европейскими странами, цели развития ВИЭ в России скромные — около 4% в общем объёме генерации к 2035 году. Директива ЕС предписывает долю возобновляемой энергетики в конечном потреблении энергии в Евросоюзе в 32% к 2030 году, т. е. примерно 50% общей выработки электроэнергии будет приходиться на ВИЭ.
Согласно целям «Зелёного соглашения», к 2035 году углеродный след в единице продукции в ЕС должен равняться нулю. Это налагает серьёзные ограничения на экспорт многих товаров. Для экспортёров, которые не будут соответствовать требованиям регулятора, рынок сбыта сузится. «Энергетика — базовая отрасль, от углеродоёмкости которой будет зависеть всё остальное. В первую очередь, к ней вырастут требования по переходу от углеродного топлива к возобновляемым источникам энергии. Это даст системный эффект», — объясняет Антон Усачёв.
Стоимость солнечной и ветровой энергии на многих рынках уже ниже удельных операционных издержек угольных и газовых электростанций.
Директива ЕС предписывает долю возобновляемой энергетики в конечном потреблении энергии в Евросоюзе в 32% к 2030 году, т. е. примерно 50% общей выработки энергии будет приходиться на ВИЭ.
Директива ЕС предписывает долю возобновляемой энергетики в конечном потреблении энергии в Евросоюзе в 32% к 2030 году, т. е. примерно 50% общей выработки энергии будет приходиться на ВИЭ.
В России на меняющиеся условия глобального рынка активнее всего реагирует металлургия — одна из самых энергоёмких отраслей. Металлургические компании уже предпринимают первые шаги к декарбонизации производства. Соответствующие подразделения по экологически безопасному развитию появляются и в компаниях ТЭК. Финансовые рынки тоже «зеленеют». По словам Михаила Юлкина, инвесторы всё больше обращают внимание на такие понятия, как «устойчивая компания», «критерий ESG» (Environmental, Social and Governance — экологическая и социальная ответственности, включенные в систему корпоративного менеджмента), «углеродный след». «Российские экспортеры вынуждены адаптироваться к меняющимся условиям. Если зарубежные рынки требуют декарбонизации и потребители спрашивают про углеродный след, то компании должны соответствовать этим условиям, в том числе энергетические», — говорит Юлкин.
Стоимость солнечной и ветровой энергии на многих рынках уже ниже удельных операционных издержек угольных и газовых электростанций. С ростом масштабов и развитием технологий стоимость ВИЭ будет только снижаться. Развитие и удешевление технологий накопления энергии также повысит конкурентоспособность ВИЭ. «Если сегодня солнечная и ветровая энергетика суммарно вырабатывают 8% электроэнергии в мире, то через 10 лет их доля вырастет до 15—20%. Большую роль в регулировании энергосистем будут играть накопители. Энергосистемы станут более „гибкими“ и смогут работать с большим числом генераторов разных типов», — заключает Владимир Сидорович.
