Наш старый сайт

Дивный новый мир*

Дивный новый мир*

№04 (1248) от 25.01.202231.01.2022

Подходы человечества к развитию энергосектора и поиск украинцами своего места в мире

*За заголовок спасибо английскому писателю Олдосу Хаксли (1894-1963 гг.),
автору одноименного романа-антиутопии,
опубликованного в 1932 г.

Бурное развитие человечества за последние 50 лет ребром ставит вопрос о том, как жить дальше, чтобы не разрушить планету, не скатиться в нищету и создать энергетический базис для будущих поколений. Задача непростая, конкуренция острая, но ситуация не безысходная. Украинцам есть за что побороться

Примерно 2.5 млрд лет назад появился фотосинтез — процесс превращения углекислого газа и воды под действием солнечного света (энергии квантов) в органические молекулы, насыщенные энергией, и кислород, создающий атмосферу для большинства ныне живущих существ. Миллиарды лет шла эволюция, в мутациях, в конкурентной видовой и межвидовой борьбе рождалось многообразие жизни на Земле, формировались тысячи различных живых существ и организмов, приведших в том числе к появлению человека разумного.

Сотни миллионов лет назад из органических веществ, осадков древних организмов начали формироваться уголь, нефть — углеводородное топливо. Спустя миллионы лет человечество стало использовать уголь и углеводороды.

Население планеты на текущий момент составляет примерно 7.9 млрд человек (период удвоения за последнее время – около 50 лет), однако, похоже, наметилось снижение темпов роста в благополучных странах. За 2021 г. ожидается увеличение на уровне 80 млн человек. Для обеспечения себя питанием и продуктами, позволяющими вести безопасную, комфортную жизнь и обеспечивать развитие следующим поколениям, население сегодня нарастило добычу и потребление ископаемого топлива и других видов энергии до 14 тыс мегатонн нефтяного эквивалента в год.

Около 3/4 потребляемой человечеством энергии — это ископаемое органическое топливо, примерно в равных пропорциях — уголь, нефть, газ. В свою очередь, нефть и частично газ являются к тому же сырьем для производства материалов, используемых человечеством. Производство продуктов, товаров, услуг требует работы механизмов, машин, а работа — потребления полезной энергии. Без затрат энергии невозможно создание материальных продуктов и прочих благ человечества.

Наиболее универсальной формой/видом полезной энергии является электрическая энергия, активно развиваемая в промышленном и бытовом применении последние 130 лет, за которые производство электроэнергии увеличилось в 3 000 раз. Последний период удвоения составил примерно 25 лет. Сегодня человечество добывает/производит и потребляет примерно 160 трлн кВтч первичных источников и первичной энергии разных видов. Доля ископаемого органического топлива составляет более 80%, а с учетом биомассы — более 90% в добываемых и потребляемых первичных энергоисточниках.

Отметим, что в мире производится 27 трлн кВтч электрической энергии. В структуре э/э около 60% приходится на ТЭС, 17% — ГЭС, 9% — АЭС, 6% — ВЭС, 5% — СЭС, 2% — биоэнергетику. За последние 25 лет общее производство и потребление первичных энергоисточников и энергии увеличилось чуть менее, чем в 1.5 раза. Постепенно растет доля э/э в конечном потреблении энергии человеком (электрификация).

Особенности развития

Последние четверть века стремительно растет потребление и производство энергии в Китае, Индии, Южной Корее, в густонаселенных странах Южной Азии и Тихого океана, экономики которых активно развиваются и устремились к развитым странам. Отмечается особо быстрый рост производства и потребления электрической энергии в этих странах. В КНР (первой экономики Азии), к примеру, производство э/э за последние 25 лет увеличилось в 7.2 раза, в Индии — в 3.8 раза.

Несколько другая ситуация в Старом свете - производство электроэнергии в Европе выросло всего на 17%, а производство первичных энергетических источников и первичной энергии упало на 15%. Европа остается нетто-импортером, более 40% потребности в энергоресурсах покрывается за счет экспорта. В свою очередь, в первой экономике мира (на сегодня это США) производство электроэнергии выросло на 15%, добыча первичных энергоисточников и первичной энергии выросла на 30%. Общее потребление всех видов энергии осталось на том же уровне, общее производство энергии выросло — страна превратилась из нетто-импортера в нетто-экспортера по общей энергии.

В первой экономике Европы (Германия) — производство электроэнергии выросло всего на 3%, добыча первичных источников и энергии упала на 33%. Вероятнее всего, это говорит о том, что Старый свет не только мало прирастает населением ( большей частью за счет мигрантов), но и выводит материальное производство продукции в другие страны, оставляя себе разработку технологий и авторское право, а также владение акциями выводимых в третьи страны производств реальной продукции.

Германия с начала 2000-х годов взяла курс на строительство "зеленой" энергетики. Количество построенных и действующих мощностей "зеленой" генерации (ВЭС+СЭС+Био) составило 128 ГВт или около 55% всей установленной мощности Германии, равной 233 ГВт (ТЭС на органическом ископаемом топливе — 78.8 ГВт или 34%, ГЭС+ГАЭС — 14.6 ГВт или 6%, АЭС — 8.1 ГВт или 3.5%). Установленная мощность примерно в 3 раза выше, чем потребляемая на суточном осеннем пике. Установленная мощность ВИЭ примерно в 2 раза выше, чем средняя по году мощность потребления.

С активным ростом ВИЭ отмечается за последние 4 года снижение производства электроэнергии в Германии - на 7%. Цены на э/э в Германии самые высокие в Европе и одни из самых высоких в мире и для населения, и для промышленности. Большой рост ВИЭ при практическом отсутствии общего роста производства э/э привел к тому, что э/э иных источников стала "выдавливаться" не рыночными, а больше политико-идеологическими методами, по сути, административными мерами.

Германия заявила об отказе от ядерной энергии в начале 2000-х и подтвердила отказ от нее в начале 2010-х. В середине 2010-х она объявила борьбу с угольной генерацией, а в 2020-м подтвердила курс на закрытие угольной генерации, провозгласив переход в основном на "зеленую" энергию ветра и солнца с замещением угольных блоков на первом этапе газовыми. На последующих — накопителями энергии с созданием "умных" сетей.

Издержки производства

ВИЭ капризны: нет ветра и наступает ночь — нет э/э, много ветра и солнца днем — переизбыток э/э и энергия уходит в другие страны. Причем экспорт э/э из ВИЭ, как правило, в период избытка осуществляется по очень низким ценам, импорт в период затишья — по высоким ценам. В обозримом будущем для сохранения объемов э/э, произведенной в период избытка солнца и ветра, предлагается производить "зеленый" водород и после "сжигать" его в период увеличения спроса.

Курс на водород в качестве аккумулятора э/э из ВИЭ видится отнюдь не коротким, требующим существенных инвестиций и пока не очень эффективным, скорее, чрезмерно затратным (на 1 кВтч вторичной э/э из "зеленого" водорода надо потратить 3-4-5 кВтч первичной электроэнергии СЭС, ВЭС, других генераций).

Сегодня и в ближайшие десять лет он не сможет привести к должному успеху в ряде стран по причине сложности технологии и дороговизны оборудования. Дорогое оборудование предполагает его использование по максимуму мощности и максимуму времени, т.е. постоянную подачу э/э. СЭС и ВЭС не способны работать в базе нагрузки, а периодическое, а не постоянное пользование, приведет к высокой удельной амортизации.

Вторая причина — собственно дороговизна "зеленой" э/э, где действуют "зеленые" тарифы.

Третья причина — повышенные расходы на обеспечение высоких мер безопасности обращения с водородом (текучий, взрыво- и пожароопасный).

При этом энергетический кризис 2021 г. показал, что производство накопителей э/э существенно отстает от производства оборудования ВИЭ, возведения станций ВИЭ. Отставание делает очень затратным производство э/э там, где существенно превышена доля ВИЭ над имеющимися мощностями "активного" регулирования, прежде всего ГЭС, ГАЭС. Проточные накопители, накопители на сжатом воздухе в промышленных масштабах не появились до сих пор, а стали соружаться по всему миру фабрики для производства литий-ионных батарей, которые имеют высокую цену.

В результате, к увеличивающемуся количеству станций ВИЭ надо вводить дополнительное количество регулирующих станций – газовых станций. Следует отметить, что углеродный след от производства э/э на газовых станциях всего в 1.6 раза ниже, чем на угольных. То есть, если продолжится рост потребления/производства электроэнергии, и для регулирования и обеспечения гарантированного энергопитания будут использоваться и наращиваться газовые блоки, то никакого существенного снижения выбросов С02 через 25 лет не будет.

А газ в 2021 г. сильно подорожал, использовать его в Европе особо не хотят, предпочитают использовать уголь, который на предыдущей волне закрытия шахт и нынешней повышенного спроса тоже существенно вырос в цене. Рост стоимости на спотовых рынках газа - в 5-10 раз по сравнению с прошлым годом ($1000/тыс куб м, а рекорд — около $2000/тыс куб м), угля - в 4-5 раз (до EUR250/т). Стоимость э/э на спотовых рынках европейских стран выросла примерно в 5 раз по сравнению с годом ранее, пики стоимости в Германии и других европейских странах — EUR400/МВтч, а в Литве недавно было пару часов и EUR600/МВтч.

Сегодня доля угля и газа составляет более 1/2 в производстве э/э в Германии, при этом доля угля выросла, несмотря на итоги климатической конференции ООН СОР26, приуроченной в 2021 г. проблемам выбросов СО2. В 2021 г. существенно выросла и стоимость э/э в Европе и, похоже, вырастет эмиссия СО2 в Европе. Цели климатические не достигаются, цена электроэнергии растет, доступность к электроэнергии сокращается. Накопителей сезонного типа, кроме складов угля и газовых хранилищ, человечество не придумало. И в этой ситуации, чем больше строится СЭС на лето, тем больше надо газотурбинных установок (ГТУ) зимой.

Белка в колесе

Взятый курс на рост станций ВИЭ и регулирующих их установок ведет к тому, что использование каждой единицы все меньше, а удельные затраты (амортизация) и стоимость э/э все выше. Ускорение курса на сворачивание инвестиций в традиционную энергетику привело к большему удорожанию топлива, к существенно более дорогой энергии.

Подобный подход делает электроэнергию недоступной по цене, как для населения, так и для бизнеса, промышленности. Рост цены э/э делает материальную продукцию, особенно из металла, химических материалов глубокой переработки, неконкурентоспособной, сдерживает развитие экономики.

Напротив, там, где в странах есть атомная энергетика в объеме 20% и более, где есть собственные ископаемые органические виды топлива, где умеренное и рыночно-прогрессивное отношение к ВИЭ (исключительно квотные аукционы, продажа э/э по рыночным ценам, без переноса "издержек развития ВИЭ" на потребителя), где есть долгосрочные договора между производителями электроэнергии, позволяющие получать инвестиции на развитие и совершенствование технологий, там возможно получение конкурентных преимуществ в электроэнергетике. А за счет конкурентной электроэнергии — в других видах промышленности, строительства, транспорта, других видах бизнеса, в экономии средств населения и направлении их на покупку продукции — поддержание и развитие экономик стран.

АЭС существенно помогли и помогают своим странам в период роста цен на уголь и газ, и чем больше доля АЭС, тем больше эта помощь.

АЭС Франции, Бельгии стабильно наполняют "базу" энергосистем в своих странах и позволяют поддерживать базу соседям. Аналогично АЭС Словакии, Болгарии позволяют наполнять "базу" своих энергосистем и немного экспортировать соседям. Венгрия, Румыния получили существенный эффект от своих АЭС.

Турция желает быстрее достроить и ввести АЭС на первой своей площадке и открыть вторую. Румыния, Венгрия, Болгария заявили о желании строить новые атомные мощности. Польша тоже хочет атомного развития. Большинство стран-соседей Германии имеют планы на создание и увеличение атомных мощностей.

Сегодня есть немалые запасы урана, постоянно совершенствуется технология добычи, обогащения, фабрикации топлива. Прогресс в развитии замкнутого ядерного цикла может превратить стратегический материал СХОЯТ в новые источники и обеспечить рост запасов делящегося ядерного вещества на два порядка.

Для компенсации выработки АЭС мощностью 1 ГВт за период эксплуатации в 50 лет требуется 5 ГВт СЭС на срок 25 лет и после еще столько же на такой же срок — всего 10 ГВт замещающих СЭС. Замещающих ВЭС потребуется около 7-8 ГВт. Срок службы литий-ионовых аккумуляторов примерно 10 лет и СНЭ придется 5 раз поменять за 50 лет.

За 25 лет человечество удвоило производство э/э, увеличило численность населения на 45%, увеличило ВВП по паритету покупательной способности (ППС) в 3.2 раза. Если человечество сохранит такие темпы, то через 300 лет (12 циклов по 25 лет) требуемые годовые объемы электричества увеличатся в 4000 раз и составят примерно половину количества солнечной энергии, потребляемого сушей в местах удобного проживания.

Правда, демографы обращают внимание, что численность населения с ростом благосостояния и развития экономики в благополучных странах стабилизируется и даже сокращается, рост в основном идет за счет развивающихся стран и сильно отстающих по уровню жизни. Если доля СЭС будет составлять 20% и более с КПД 25%, то солнечной энергии будет недостаточно для фотосинтеза – основы живой природы на планете Земля. Еще ранее наступят проблемы с движением воздушных масс (ветер), кругооборотом воды/водяного пара, т.е. с генерацией ВЭС, ГЭС.

То есть при нормальном, традиционном для последних 50-100 лет росте численности населения и развития мировой экономики ныне называемые возобновляемыми источниками энергии (СЭС, ВЭС, биоэнергия) тоже имеют свою ограниченность и их будет недостаточно для человечества на ближайшие 200-300 лет.

Проклятый вопрос

Вполне логично возникает вопрос — что же делать? Возможно, рановато отказываться от накопленных планетой органических ископаемых и будет полезно добиваться дальнейшего прогресса в ограничении вредных факторов, вредного влияния ископаемых видов топлива и дальнейшего прогресса ядерной энергетики?

Тем не менее, большинство ученых считает, что для недопущения роста температуры свыше 1.5 градуса на планете надо ограничить существенно выбросы СО2 и делать это надо преимущественно в электроэнергетике, хотя навряд ли ее доля составляет 1/3-2/5 в общих выбросах парниковых газов от человеческой деятельности.

Даже если не обращать внимания на то, что в науке вопрос истины не устанавливается большинством голосов, сильно смущает способ, которым разрушается традиционная энергетика в Европе, навязывается отказ от накопленных миллионами лет первичных энергоресурсов, называемый новым энергетическим переходом.

Все-таки общий тренд всех бывших энергопереходов (от дров к углю, от угля к нефти, газу с расширением и дополнением гидро- и атомной энергетикой) состоял в том, что предлагалось более дешевая энергия в увеличенных объемах, более удобным способом и в конкурентной борьбе отходила менее эффективная технология производства полезной энергии. И как раз стимулом развития новых технологий была неспособность/ограниченность традиционных способов удовлетворить растущий спрос в полезной энергии. Мотиваций ускоренного и быстрого развития новых технологий — получение больших выгод в конкурентной борьбе по сравнению с традиционными технологиями.

В конце ХХ - начале XXI века придумали способ поддержания развития новых технологий за счет бюджетной поддержки разработок национальных лабораторий или конверсии наработок "милитаристов", перенаправляя часть собранных средств с налогоплательщиков, а позже с добавлением их за счет предоставления налоговых преференций и льгот, т.е. за счет временного недополучения бюджетом средств от производителей новых видов генерации. Но при этом сохранялась конкуренция на рыночных сегментах энергетики.

Сейчас стали делить технологии на "чистые" и "вредные", вводить сборы, акцизы на топливо традиционных технологий, тем самым искусственно снижая конкурентность "вредной" генерации, приравнивая её к общественно нежелательным и вредным предметам (типа табака и алкоголя). И чем далее, тем в более возрастающих объемах.

Плата за потенциальные выбросы СО2 (эмиссионная квота) в Германии - около EUR80 за т, т.е. примерно EUR25 с каждой тонны сжигаемого угля, но обещают эмиссионные квоты поднять до EUR100 за т в ближайшее время. Будут ли использованы эти средства полезным способом, приведут ли к открытиям новых эффективных способов хранения, регулирования, преобразования энергии и в какие сроки это произойдет - не совсем ясно.

Но уже сегодня активно навязываемый искусственный подход ведет к удорожанию угля, газа, нефти, росту стоимости электроэнергии и сокращению доступа населения, бизнеса, промышленности к полезной энергии вследствие возрастающей стоимости.

Предложение населению сократить потребление э/э — путь к снижению комфорта и новых функциональных потребностей в быту, к снижению потребительских потребностей, к снижению этого сегмента экономики, к снижению мотиваций трудиться (ведь человек стремится лучше и больше работать для того, чтобы лучше, комфортнее и интереснее жить). Развитие потребительских потребностей - двигатель прогресса, развития экономики и общества.

Для промышленности, бизнеса рост цен на энергию — ухудшение конкурентных позиций производимых товаров по сравнению с теми странами, где стоимость электроэнергии выше, и как следствие - снижение и этого сегмента экономики в странах с высокой стоимостью э/э.

Таким образом, снижение доступа к электроэнергии — это снижение экономического роста, это барьер к росту экономик в странах Европы, препятствие их развитию.

Тихоокеанский консенсус

В отличие от Европы с ее лидером Германией, в США (первой экономике мира), в КНР (первой экономике Азии) и странах их территориального окружения, электроэнергия в 2021 г. не сильно подорожала как товар от генераций (цены в разы ниже, чем на спотовых рынках европейских стран).

А вот развитие ВИЭ в КНР и США имеет наибольшие масштабы и темпы, обещает сохраниться таковыми без роста цен на электроэнергию, а с расширением доступа дешевой э/э в этих странах.

В мире уже лет пять назад перешли на преимущественные квотные аукционы при строительстве ВИЭ с установлением цен, не ниже которых будет выкупаться э/э у собственников ВИЭ на 15-20 и более лет, и эти цены для СЭС - 4-3-2 цента/кВтч, а для ВЭС - от 6 до 3 центов/кВтч.

В США нет аукционов, но электроэнергия из ВИЭ продается на тех же основаниях, что и э/э других генераций, производителям и собственникам предоставляются временные налоговые преференции. Навряд ли большинство стран мира будет поддерживать политику Германии, Европы в энергетических вопросах (СОР26 уже показал несогласие большинства стран с напористостью Европы) и навряд ли откажутся от темпов развития, от приближения к стандартам жизни, достигнутым в Европе, для чего надо много работать и потреблять энергии, недорогой энергии.

В Украине "зеленый" тариф до 2030 г., величина которого явно неадекватна, в 3-5-7 раз выше, чем в мире при квотных аукционах. И если в Европе деньги, связанные с производством электроэнергии (эмиссионные квоты, акцизы, налоги в цене генераций, в цене передачи, распределения), как-то оседают в бюджете (это их "ноу-хау" как собирать бюджет на суперликвидной продукции, без которой невозможно обойтись человеку), то в Украине деньги на э/э из ВИЭ вымываются из экономики, у государственных энергетических компаний, у государственных банков и в перспективе напрямую из бюджета, в чужие экономики, чужие банки и чужим/ своим "инвесторам/собственникам ВИЭ" с весьма приличным профитом.

Правильнее все-таки рыночные стандарты, добросовестную конкуренцию, Третий энергетический пакет, подходы Северной Америки, Юго-Восточной Азии следовало бы применять и нам, наверное. И использовать свои, Богом и историей данные преимущества (природные ископаемые, свой уран, свое машиностроение, свой опыт использования высоких технологий) во благо экономики и домохозяйств, делая последних богатыми, способными платить справедливую рыночную цену за э/э.

Период полураспада урана примерно 4.5 млрд лет, что соответствует возрасту Земли и "свечению" Солнца. Для оптимистов — урана на планете осталась ещё половина. И лучше оптимистам, особенно тем, на землях которых есть уран и есть разбирающиеся в нем люди, строить новые атомные блоки с высокой степенью локализации, вовлекая и американские , и чешские, и, возможно, французские технологии, поддерживая и развивая собственную промышленность "здесь и сейчас".

Олег РОГОЖНИКОВ, энергетик