На смену старым топливам

Уголь, нефть и газ должны быть вытеснены электричеством, водородом и биотопливом, но этому надо поспособствовать

Битва за снижение выбросов парниковых газов может быть выиграна с помощью внедрения новых технологий, причем с поддержкой в виде соответствующих политик и во всех отраслях. Такой вывод можно сделать из 400-страничного отчета МЭА "Перспективы энергетических технологий 2020" (Energy Technology Perspectives 2020). На данный момент наиболее инновативным является электроэнергетический сектор, на который приходится значительная часть новых разработок. Здесь технологический прогресс идет быстрее всего, но его явно недостаточно, чтобы достичь цели "нулевых выбросов" к 2050 г.

Владимр МИХАЙЛОВ

Международное энергетическое агентство (МЭА) проанализировало более 800 новых технологий и пришло к выводу, что в наиболее важных сферах и направлениях — водород, улавливание углерода, биоэнергетика, транспорт и тяжелая промышленность — на данный момент нет ни соответствующих политик, ни развитых рынков, без которых "зеленые" технологии не будут внедрены (рис. 1).

Рис.1. Число "чистых" технологий в разных отраслях, проанализированных МЭА

Технологии устойчивого развития

Как и в других своих прогнозах, МЭА дает разные сценарии будущего. Сценарий принятых политик (Stated Policies Scenario) предполагает, что государства не принимают новых политик, направленных на достижение климатических целей. В сценарии устойчивого развития (Sustainable Development Scenario) благодаря таким политикам ускоренно развиваются новые "чистые" технологии. Развитие идет по двум основным направлениям — водород и улавливание углекислого газа.

В будущем водород будет играть большую роль в самых различных отраслях, где затруднено непосредственное использование электроэнергии, таких как, например, производство стали и судоходство. В отчете прогнозируется, что при сценарии устойчивого развития мировая мощность электролизеров, которые производят водород из воды с помощью электроэнергии, увеличится до 3300 ГВт в 2070 г. с 200 МВт на сегодня. Таким образом, внедрение водородных технологий станет еще одним фактором роста электроэнергетики. В МЭА считают, что это будет способствовать снижению выбросов парниковых газов, поскольку электроэнергетика продолжит "зеленеть".

Еще одно направление "зеленого" прогресса — технологии улавливания и хранения углекислого газа. Предполагается, что в сценарии устойчивого развития они будут использоваться для удаления выбросов CO2 из атмосферы и для производства синтетического топлива с низким содержанием углерода (что можно выделить как самостоятельное направление). Сейчас значение технологий улавливания и хранения углекислого газа ничтожно, и как развивать это направление до состояния сформировавшегося рынка — неясно, но МЭА не вдается в такие детали.

Изменение структуры потребления энергоресурсов

Прогнозируется также рост биоэнергетики и замещение ископаемых топлив биотопливом. Сегодня на три ключевых топлива — уголь, нефть и газ приходится порядка 70% энергопотребления в мире. В сценарии устойчивого развития к 2070 г. примерно такую же долю должны совокупно занять электроэнергия, водород, синтетическое топливо и биоэнергия. На рис. 2 показано, как представляют в МЭА изменение структуры потребления энергоресурсов в основных секторах. Потребление электроэнергии существенно вырастет в промышленности, транспортной отрасли и жилом секторе. На транспорте также будет использоваться водород (это основная сфера его применения), биотопливо, аммиак и синтетические топлива, которые будут вытеснять нефть и в меньшей степени газ. К 2070 г. нефть и газ на транспорте будут использоваться почти на 2.5 тыс мтнэ меньше, а новых топлив — на 2 тыс мтнэ больше, т.е. общее потребление энергии сократится где-то на 20%. В промышленности сокращение будет происходить медленнее, а в жилом секторе — намного быстрее — к 2070 г. потребление энергии в этом секторе сократится более чем в два раза. Таким образом, в МЭА считают, что возможно сократить потребление энергии во всех сферах экономики, хотя, конечно, в разной степени.

Рис. 2. Изменение мирового конечного спроса на энергию по видам топлива и секторам в сценарии устойчивого развития на 2019-70 гг., мтнэ



То же относится и к выбросам парниковых газов — на транспорте и в тяжелой промышленности сокращать их сложнее. Частично это будет достигнуто за счет увеличения энергоэффективности и снижением спроса на транспортировку. Почти 60% суммарного сокращения выбросов для этих секторов в сценарии устойчивого развития приходится на технологии, которые сегодня находятся только на начальных этапах развития. На водород и технологии улавливания углекислого газа приходится около половины совокупных сокращений выбросов в сталелитейном, цементном и химическом секторах. В секторах автомобильных грузоперевозок, судоходства и авиации использование альтернативных видов топлива — водорода, синтетического топлива и биотоплива — обеспечит от 55% до 80% сокращения выбросов.

"Грязные" предприятия

Еще одной проблемой является то, что в последние десятилетия активно строились мощности, которые считаются неэкологичными. Речь в первую очередь идет об "неэффективных" угольных ТЭС, сталелитейных и цементных заводах и печах, в огромном количестве построенных недавно в странах Азии с формирующимся рынком. Такие предприятия могут работать в течение десятилетий и, соответственно, выделять много парниковых газов. По подсчетам МЭА, сегодня на сектор электроэнергетики и тяжелой промышленности совокупно приходится около 60% выбросов существующей энергетической инфраструктуры. В отчете говорится, что в тяжелой промышленности "стратегически рассчитанные" инвестиции могут помочь сократить около 40% совокупных выбросов от существующей на данный момент инфраструктуры.

Заменить ее на новую, более соответствующую климатическим целям, проблематично в силу относительно малого срока эксплуатации активов. Так, в Китае около половины электрогенерирующих мощностей были построены за последние 10 лет, а 85% — в течение последних 20 лет. За два последних десятилетия построено (в основном в Китае и других странах Азии) порядка 500 ГВт "неэффективных" угольных электростанций, и на них сейчас приходится четверть мощностей по сжиганию угля во всем мире. Средний возраст электростанций, работающих на ископаемом топливе, значительно варьируется в зависимости от страны. В США он составляет более 40 лет, в Европе — около 35 лет, в большинстве азиатских стран — менее 20 лет, в Китае — 13 лет.

Газовые электростанции моложе угольных, во всех основных странах, за исключением России, Японии и США, они построены в среднем менее чем 20 лет назад. Это связано с тем, что во многих странах непосредственно газ начал масштабно применяться в качестве топлива для производства электроэнергии с 1990-х гг. Однако газовые ТЭС имеют более короткий срок эксплуатации, чем угольные электростанции. Сегодня в мире работает порядка 2 100 ГВт угольных электростанций, еще 167 ГВт находятся в стадии строительства и скоро пополнят число работающих. К 2050 г. около 1 440 ГВт из них все еще могут работать, причем на один Китай придется 900 ГВт. Газовых ТЭС к середине века останется гораздо меньше — всего 350 ГВт, при том что эксплуатируются сегодня 1 800 ГВт и строятся 110 ГВт.

Рис.3. Возрастная структура генерирующих мощностей, работающих на ископаемых топливах с разбивкой по регионам и технологиям

В этом контексте МЭА говорит о необходимости инвестиций в новые технологии, что позволит сократить выбросы существующих мощностей на 40%, но понятно, что никто в странах Азии не будет инвестировать в модернизацию ТЭС или замену их новыми до окончания срока их эксплуатации.

Роль государственных политик

Общая идеология МЭА остается неизменной — государственные и международные структуры должны всячески способствовать достижению климатических целей. Без государственной поддержки достичь этих целей невозможно.

МЭА также дает рекомендации соответствующих политик, но ничего нового не говорит: надо снижать выбросы уже существующих промышленных и энергетических структур, разрабатывать и модернизировать инфраструктуру, позволяющую внедрять новые технологии и способствовать развитию рынков для них, поддерживать исследования, разработки и демонстрации. Сами по себе рыночные механизмы не в состоянии достаточно ускорить внедрение новых технологий, поэтому правительства должны взять на себя инициативу по принятию политик поддержки.

ЕС уже движется в этом направлении. Водород внесен в план послекризисного восстановления ЕС, представленный в конце мая Еврокомиссией, в качестве ключевого сектора, который должен получить поддержку. В августе Еврокомиссия выпустила Водородную стратегию для климатически нейтральной Европы, ставшую дорожной картой развития водородной отрасли. В ее рамках поставлена цель "2х40 ГВт новых мощностей по производству водорода" в 2030 г. в ЕС и прилегающих странах, причем в Украине должно быть построено 10 ГВт. Большинство членов ЕС включили планы развития водородной энергетики в свои энергетические стратегии.

Первые "водородные" ласточки

Конечно, сложно сказать, в какой степени государства смогут поддержать прогресс в этой сфере. В конечном счете, все законодательные инициативы упираются в вопрос, кто будет платить за все. Поэтому лучшие шансы на внедрение имеют те технологии, которые уже сейчас могут как-то окупить свое внедрение, не требуя тарифных и прочих стимулов на уровне государства. Водород, которому в отчете уделено столько внимания, уже начинает использоваться в некоторых нишах, поэтому прогнозы МЭА вполне реалистичны.

Крупнейшие энергетические компании, такие как Enel, Snap, Engie анонсируют пилотные проекты по использованию водородных технологий. ВР инвестирует порядка 1.4 млрд фунтов в водородный проект в Австралии. Shell изучает возможности производства водорода на возобновляемых мощностях в Нидерландах. Появился целый ряд стартапов, связанных с водородными технологиями.

Перспективы водорода, в частности, обсуждались на прошедшем недавно в Киеве семинаре "Перспективы производства и потребления возобновляемых газов в Украине".

Евгения Жоголева, менеджер по инновациям компании ДТЭК, отметила, что бизнес, наряду с провозглашенными стратегиями, также является важным драйвером развития в этой сфере.

"С ноября 2019 г. по март 2020 г. мощности электролизеров во всем мире, в которые вкладываются инвестиции, выросли более чем 2.5 раза — с 3.5 ГВт до 8.2 ГВт. 57% этих мощностей расположены в Европе. Это произошло за короткий промежуток времени. Почему так? Потому что технологическое развитие и производство аккумуляторов и хранилищ энергии со временем из Европы переместились в Китай, и сегодня европейская стратегия — не допустить этого с биоводородом. На сегодня большинство крупных мировых компаний ставят перед собой цели относительно декарбонизации максимум до 2035 г. Крупнейшие игроки нефтяной промышленности инвестируют в водород. Показателем также является развитие стартапов в этой сфере. Кроме того, был создан фонд HydrogenOne Capital в объеме $315 млн, который будет запущен в конце 2020 г. с главным приоритетом инвестирования только в "зеленый" водород", — отметила она.

Одна из наиболее интересных сфер в этом направлении — пассажирские перевозки на малонагруженных направлениях. В различных странах есть железнодорожные ветки, электрифицировать которые нет смысла, поскольку содержание энергетической инфраструктуры стоит достаточно дорого и не оправдывает себя, если поезда по данной ветке ходят редко. По оценке британской Ассоциации железнодорожной индустрии, "водородный пассажирский поезд с автономным приводом — хорошее решение для относительно длинных и интенсивно мало используемых региональных маршрутов со скоростью 100 миль в час или меньше, где нет экономических оснований для электрификации. Поскольку для хранения водорода требуется примерно в восемь раз больше объема, чем для дизельного топлива при той же дальности и производительности, маловероятно, что он будет подходящим решением для высокоскоростных или магистральных грузовых поездов, которые требуют гораздо большей установленной мощности и большей дальности".

Первой моделью пассажирского поезда на водороде стал Coradia iLint, выпущенный французской компанией Alstom. Два таких поезда уже два года курсируют в Германии. Тестовый период эксплуатации закончился в феврале нынешнего года, по его итогам немецкие железнодорожники сделали вывод, что поезда с водородными топливными элементами могут успешно использоваться для регулярных пассажирских перевозок. На сегодня немецкие перевозчики заказали 41 поезд Coradia iLint. В Великобритании разработали и тестируют собственный "дизель" на водороде HydroFLEX. Очевидно, другие страны также будут создавать свои аналоги.

В связке с биоэнергетикой

Внедрение водородных технологий рассматривается в более широком контексте других "зеленых" технологий и развития возобновляемой энергетики. Об этом, в частности, говорили на упомянутом выше семинаре.

Водородные технологии могут помочь развитию других направлений возобновляемой энергетики, считает президент Украинского водородного совета Александр Репкин.

"Водород является партнером, а не конкурентом для других возобновляемых газов. Водородные технологии позволят осуществить крупномасштабную эффективную интеграцию источников возобновляемой энергии. Что мы имеем сейчас? Наша энергетическая система, к сожалению, не может в определенных регионах принять объекты ВИЭ, так как технические возможности ограничены и не всегда могут быть сбалансированы возобновляемые источники. И сейчас на этапе технологической революции мы переходим к совершенно новому энергоносителю, который может сыграть решающую роль в распределении энергии между отраслями экономики любой страны и различными регионами, и, соответственно, сбалансировать систему. Также мы можем использовать водородные технологии как буферный элемент для накопления энергии, поскольку энергия солнца и ветра требует балансировки", — сказал он.

Председатель правления UABIO Георгий Гелетуха отметил, что технологии биометана и водорода будут вносить разный вклад в различных секторах экономики. Биометан будет преобладать в отоплении зданий и на транспорте, а водород — в производстве электроэнергии и в промышленности.

Заместитель председателя Госэнергоэффективности Юрий Шафаренко отметил, что украинское государство уже делает шаги в разработке политики поддержки биотоплив.

"В этом году мы активно работали над устранением барьеров в развитии биоэнергетики. Были предложены законопроекты, касающиеся развития биометана, жидких биотоплив на транспорте, выращивания энергетических культур, а также законопроект об освобождении биотоплива от налога на СО2. Конечно, в дальнейшем также должна быть разработана государственная стратегия как для развития рынка биометана, так и водорода", — сказал Ю. Шафаренко.

"Украина должна оперативно пересматривать свою политику и адаптировать ее к новым климатическим и энергетическим вызовам, чтобы в ближайшие годы не потерять тенденцию устойчивого развития и конкурентоспособность экономики. Мы стремимся сделать энергетическую систему безопасной, конкурентоспособной и стабильной в соответствии с европейским "зеленым" курсом", — отметил заместитель министра энергетики Украины Ярослав Демченков.

Copyright © ЦОИ «Энергобизнес», 1997-2020. Все права защищены
расширенный поиск
Close

← Выберите раздел издания

Искать варианты слов
 dt    dt