Владимир Сидорович

Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

Редактор В. Ионов

Руководитель проекта А. Деркач

Корректор М. Смирнова

Компьютерная верстка К. Свищёв

Дизайн обложки Ю. Буга

В оформлении обложки использовано изображение из фотобанка shutterstock.com

© Владимир Сидорович, 2015

© ООО «Альпина Паблишер», 2015

Все права защищены. Произведение предназначено исключительно для частного использования. Никакая часть электронного экземпляра данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, для публичного или коллективного использования без письменного разрешения владельца авторских прав. За нарушение авторских прав законодательством предусмотрена выплата компенсации правообладателя в размере до 5 млн. рублей (ст. 49 ЗОАП), а также уголовная ответственность в виде лишения свободы на срок до 6 лет (ст. 146 УК РФ).

* * *

Предисловие

Будущее наступает внезапно, особенно если вы не следите за новостями. И энергетическая революция, призрак которой уже давненько бродит по миру, в этом смысле не исключение. Пока одни изо всех сил готовятся к приходу новой эпохи (и приближают ее), другие с сизифовым упорством зарываются все глубже в землю для добычи сгораемых энергоресурсов. Шутка ли: последние два века, прошедшие с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания и начала промышленной революции, прошли под знаком равенства между прогрессом и ростом благосостояния, с одной стороны, и сжиганием нефти, угля и газа – с другой. Символом экономического роста стал смог над Пекином, символом личного успеха – мощные автомобили.

Но в один прекрасный день много лет назад хитроумные датчане ни с того ни с сего начали пересаживаться на велосипеды и застраивать прибрежные регионы «садами» из ветряных электростанций. В результате сегодня маленькая, но гордая Дания получает почти 40 % своей энергии от ветряков. А две трети депутатов датского парламента приезжают на заседания на велосипедах. А Норвегия, один из главных поставщиков природного газа на европейский рынок, практически целиком обеспечивает себя энергией, вырабатываемой на ГЭС. Что это? Скандинавский идеализм? Забота о природе и будущих поколениях? Экологическое мышление? Думаю, дело не только в этом.

В 1992 г. один из лозунгов команды Билла Клинтона, претендовавшего тогда на пост президента США, звучал как: «It’s the economy, stupid», что в вольном переводе с английского значит: «Все дело в экономике, дураки». Харизматик из Арканзаса зрел в корень проблем: в основе человеческих поступков лежат не только абстрактные идеалы, какими бы замечательными они нам ни казались, но и вполне конкретные интересы, которые можно выразить в долларах, рублях и юанях. Так вот, судя по всему, ведущие инвесторы и промышленные державы мира всерьез рассматривают возобновляемую энергетику в качестве индустрии будущего. Во всяком случае объемы вложений в строительство солнечных и ветряных электростанций растут год от года.

В своей книге Владимир Сидорович наглядно показывает, как самые разные страны мира под угрозой надвигающейся на человечество климатической катастрофы в сочетании с прагматическим подходом к будущему энергетики дружно инвестируют в технологии, не связанные со сжиганием ископаемых видов топлива. Он предлагает увлекательное кругосветное путешествие по странам, правительства и граждане которых не просто заглянули в будущее, но и активно начали к нему готовиться. Причем двигает ими не только идеализм, но и простое человеческое желание сэкономить.

Впрочем, в некоторых местах будущее уже настало. В Баварии, например, уже есть деревни, которые не только перешли на полное самообеспечение электричеством, но и зарабатывают миллионы евро в год (!) на продаже излишков энергии в национальную электросеть. Правительство все той же Дании поставило амбициозную цель – к 2050 г. полностью освободить страну от сгораемых источников энергии, а на четверть века раньше, уже к 2025 г., Копенгаген собирается первым из мировых столиц перейти на «нулевой углеродный след», т. е. свести к нулю городские выбросы углекислого газа. Фантастика? Нет, суровая европейская реальность.

Посмотрим на Китай, главную мировую кузницу и по совместительству ведущего планетного «загрязнителя». Прагматичные китайцы ежегодно строят десятки гигаватт солнечных и ветряных электростанций, спасая свою окружающую среду и при этом создавая тысячи новых производств и миллионы рабочих мест.

Наивно было бы полагать, что на фоне этого всемирного «возобновляемого помешательства» нефтедобывающие страны забросят свои скважины и месторождения и ринутся инвестировать в ветряки и солнечные батареи. Да и глупо было бы на их месте не использовать имеющиеся ресурсы, на которые по-прежнему есть вполне устойчивый спрос на мировом рынке. В конце концов, люди хотят улучшения своей жизни уже сейчас, а не к какому-то абстрактному 2050 г.

Но и заглянуть в будущее мировой энергетики никому не помешает. Тем более что оно наступает быстрее, чем мы думаем.

Владимир Есипов,

главный редактор журнала GEO

Вступление

Минувшее столетие человеческой истории прошло под знаком углеводородов – ископаемого сырья. Электрический свет, автомобильный транспорт, теплый дом, авиация и многие другие воспринимаемые нами как естественные и обычные жизненные блага появились благодаря тому, что человек научился извлекать энергию из природных ресурсов с высоким энергетическим содержанием (угля, нефти, природного газа). С ее помощью люди преобразовали Землю до неузнаваемости и создали для определенной части человечества современное «общество всеобщего благоденствия».

Почти вся энергия, используемая сегодня на Земле, берет свое начало в недрах планеты. Неудивительно, что обладание ископаемыми ресурсами, умение их извлекать и обрабатывать дает практически неограниченную земную власть. Кто владеет энергией – тот владеет миром. Эта власть назначает и смещает президентов, покупает политиков, ведет войны.

И вот на наших глазах разворачивается мировая драма: энергия, производимая на основе возобновляемых источников, с каждым днем все больше теснит сырьевую власть, сокращая сферу приложения углеводородов.

Еще вчера возобновляемые источники энергии (ВИЭ) практически не использовались, солнце светило, ветер дул, а человек лишь изредка «препарировал» их в научных лабораториях и применял на космических орбитальных станциях. Но сегодня все изменилось. Распробовав по-настоящему бесконечный потенциал возобновляемых источников энергии, научившись использовать его легко и непринужденно, человечество уже не выпустит чистую энергию из своих рук.

За десятилетие с 2004 по 2013 г. установленная мощность солнечных электростанций в мире выросла в 53 раза. К 2040 г. солнечная энергетика станет крупнейшим источником электроэнергии в мире согласно сегодняшнему прогнозу Международного энергетического агентства, которое не отличалось ранее оптимизмом в отношении ВИЭ. В 2014 г. в Европейском союзе 79 % вновь введенных генерирующих мощностей приходилось на возобновляемую энергетику. Энергия ветра уже сегодня позволяет вырабатывать самое дешевое электричество на Земле. В Китае ветроэнергетика уже с 2012 г. дает больше электричества, чем атомные электростанции. Только за один 2014 г. Китай построил 20,7 ГВт новых ветроэнергетических мощностей (это больше, чем три Саяно-Шушенские ГЭС). К 2025 г. в Европе перестанут продавать легковые автомобили с бензиновым двигателем. Германия, которая сегодня останавливает свои ядерные реакторы, к 2050 г. будет получать 80 % электроэнергии из возобновляемых источников, и многие считают эти планы чересчур консервативными.

Это лишь мизерная доля фактов и прогнозов, о которых я расскажу в данной книге. И большинство из них свидетельствует об одном: о закате и скором конце сырьевой власти.

Ветер перемен

Когда дуют ветры перемен, одни возводят стены, другие – ветряные мельницы.

Китайская пословица

Ископаемое топливо сегодня, как и прежде, играет первостепенную роль в обеспечении человечества энергией. В 1973 г. на нефть, природный газ и уголь в совокупности приходилось 86,7 % мирового предложения первичной энергии, в 2012 г. их доля сократилась до 81,7 %, но при этом сам пирог вырос более чем в два раза. В глобальном производстве электричества углеводороды также доминируют, давая сегодня около 70 % электроэнергии, еще около 11 % вырабатывают атомные электростанции[1]. Свет, тепло, транспорт – основные сферы жизнеобеспечения – по-прежнему находятся в руках сырьевых магнатов.

В то же время энергетические и сырьевые рынки быстро меняются. Возобновляемая энергетика стремительно распространяется по свету. В 2013 г. энергия ветра покрыла 33,2 % потребления электричества в Дании и 20,9 % в Испании, став крупнейшим источником электроэнергии в этих странах. Солнечная энергетика обеспечила электричеством Италию на 7,8 %[2], в Германии доля возобновляемой энергетики в 2014 г. в производстве электричества составила примерно 27 %[3]. С 2004 по 2013 г. установленная мощность ветряных электростанций выросла в мире в восемь раз[4], а число занятых в отраслях возобновляемой энергетики сегодня приблизилось к 7 млн. В таких ядерных державах, как Германия, Великобритания и Китай, возобновляемая энергетика уже дает больше электричества, чем атомная. Несмотря на падение цен на нефть, инвестиции в возобновляемую энергетику в 2014 г. выросли на 16 %, их годовой объем составил $310 млрд, а с 2004 г. совокупный объем мировых инвестиций в ВИЭ превысил $2 трлн[5].

Большие электростанции станут в Европе лишними через 10–20 лет, поскольку электромобили, дешевые аккумуляторы и новые солнечные технологии коренным образом изменят способ производства, хранения и распределения электроэнергии, считают аналитики банка UBS[6].

Многие страны, регионы, города, корпорации, некоммерческие организации перешли или взяли на себя обязательства перейти на безуглеродное энергоснабжение в течение ближайших десятилетий[7].

Все это сигналы мировой энергетической революции. Начавшись в экономически развитых странах, она охватила весь мир. Теперь уже государства, не входящие в ОЭСР, ведомые Китаем, Индией и Бразилией, задают тон, обеспечив 54 % мировой возобновляемой электрической генерации в 2013 г.[8]

Доступная альтернатива

Возобновляемые источники окончательно перешли из разряда дорогих игрушек любителей экологии в число высокотехнологичных, надежных и дешевых поставщиков энергии. Да, здесь нет опечатки, именно дешевых и доступных.

В январе 2015 г. Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) опубликовало объемное исследование под названием «Стоимость генерации в возобновляемой энергетике в 2014 г.»[9]. Основной вывод данной работы: стоимость производства электричества на основе возобновляемых источников сравнялась со стоимостью традиционной генерации с использованием ископаемого топлива или даже упала ниже.

Стоимость производства электричества береговыми ветряными электростанциями, в геотермальной и гидроэнергетике, а также на основе биомассы равна или ниже, чем стоимость генерации на угольных, газовых и дизельных электростанциях даже без финансовой поддержки и при падающих ценах на нефть. «Во многих странах, включая Европу, энергия ветра является одним из самых конкурентоспособных источников новых энергетических мощностей… Отдельные проекты в ветроэнергетике регулярно поставляют электроэнергию по $0,05 за кВт · ч без финансовой поддержки, при этом для электростанций, работающих на ископаемом топливе, стоимостный интервал составляет $0,045–0,14 за кВт · ч»[10], – сообщает Агентство.

В солнечной энергетике «наиболее конкурентоспособные проекты промышленного масштаба поставляют электроэнергию по $0,08/кВт · ч без финансовой поддержки, и более низкие цены возможны при снижении издержек финансирования. Их стоимостный интервал в Китае, Северной и Южной Америке сейчас лежит в пределах, характерных для генерации на основе ископаемого топлива»[11].

Примечательно, что еще в сентябре 2014 г. инвестиционный банк Lazard выпустил исследование «Анализ приведенной стоимости энергии»[12] (данные США), результаты которого в общем-то совпали с представленными данными Агентства. Оказалось, что самое дешевое производство электроэнергии на сегодняшний день предлагает ветроэнергетика (подчеркнем, без учета субсидий). Приведенная стоимость производства электричества (LCOE) составляет, по расчетам банка, в ветроэнергетике $37–81/ МВт · ч, в то время как для газовой генерации – $61–87, угольной – $66–151.

Еще раньше, в ноябре 2013 г., немецкий институт Fraunhofer ISE выпустил исследование «Стоимость производства электричества»[13]. Оказалось, что уже в 2013 г. интервал LCOE в солнечной и материковой ветроэнергетике примерно соответствовал показателям для генерации на газе и каменном угле, уступая лишь бурому углю, самому дешевому источнику энергии на то время.

Энергетический поворот

Сегодня не существует ни одного исследователя, который бы сомневался в том, что капитальные затраты и стоимость производства электричества в возобновляемой энергетике (в первую очередь в ее солнечном сегменте) будут падать дальше, а сложность и стоимость добычи ископаемого топлива, напротив, возрастать. Таким образом, в ближайшие годы электричество, производимое с помощью ВИЭ, станет стабильно дешевле продукции углеводородной генерации.

Это означает одно: ископаемое топливо – уголь, газ, нефть – потеряет рынок в качестве источников электроэнергии. Новые электростанции, работающие на углеводородах, строиться не будут, а выбывающие мощности станут замещаться ВИЭ-электростанциями. Между прочим, в 2013 г. в Европейском союзе 72 % вновь введенных генерирующих мощностей уже относились к возобновляемой энергетике, в то время как всего десятилетие назад на их долю приходилось лишь 20 % прироста мощностей[14]. В 2014 г. доля ВИЭ в новых энергетических мощностях ЕС составила уже 79,1 %, а если учитывать объем выведенных из эксплуатации электростанций на углеводородном топливе, то возобновляемая энергетика обеспечивает все 100 % чистого прироста[15]. В США в 2014 г. на возобновляемый сегмент пришлось более половины новых мощностей в электроэнергетике[16].

Столь решительный энергетический поворот (немецкий термин Energiewende – «энергетический поворот» – фактически стал международным обозначением нынешних перемен на энергетическом рынке) происходит по следующим причинам:

1. Технологии «новых ВИЭ», в частности солнечной и ветроэнергетики, достигли такого уровня развития, что они стали конкурентами традиционных способов производства энергии на основе ископаемого топлива.

2. Ценовая нестабильность сырьевых рынков заставляет искать альтернативные возможности энергообеспечения.

3. Зависимость от стран – поставщиков энергоносителей толкает государства, не имеющие значительных ископаемых ресурсов, к политике импортозамещения и попыткам сократить эту зависимость.

4. Глобальное потепление климата, вызванное деятельностью человека, требует новых подходов к энергообеспечению, позволяющих сократить выбросы парниковых газов и тем самым снять или хотя бы уменьшить антропогенный фактор климатических изменений.

Глобальное потепление

В России вопросы климатических перемен не стоят в основной повестке дня, мы редко слышим о них в новостях или читаем в газетах. Между тем именно данная тема является одним из главных столпов идеологии нынешнего энергетического поворота. В ее контексте развитие ВИЭ рассматривается в качестве средства, позволяющего уменьшить зависимость человечества от ископаемого топлива и, соответственно, сократить выбросы парниковых газов и, в идеале, переломить тенденцию глобального потепления.

То, что человечество сильно меняет окружающую среду, видно невооруженным взглядом, достаточно выглянуть из городского окна или полюбоваться дымом из труб ТЭЦ. Мы давно проверяем природу (и себя вместе с ней) на прочность. Окружающая среда нещадно эксплуатируется повсюду, от джунглей Амазонки до Восточной Сибири, от горных вершин до океанских глубин. Даже в Арктику настойчиво пытаются залезть нефтяники, все им мало. Факт климатических изменений также трудно оспаривать. Разумеется, перемены происходят постепенно, мы привыкаем к резким перепадам погоды, и явления, показавшиеся бы нам аномалией еще 20 лет назад, сегодня могут восприниматься как «нормальные» капризы климата. Природа, впрочем, все чаще напоминает о себе новыми и новыми сюрпризами. Ночью на 1 февраля 2015 г. я проснулся от раскатов грома, а открыв глаза, увидел сполохи молний. Не могу сказать, что это явление показалось мне обычной московской зимней погодой.

И все-таки, действительно ли деятельность человека является причиной нынешних странностей природы? Для ответа на данный вопрос в 1988 г. была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC), которая является сегодня главным экспертным центром в области климатических изменений. IPCC не проводит собственных исследований, ее специалисты изучают, обобщают, оценивают опубликованную научную информацию, формулируют на этой основе сценарии климатических изменений и публикуют содержащие выводы отчеты.

Нам может казаться, что глобальное потепление – спорный вопрос. Однако научное сообщество здесь практически единодушно. Большинство ученых согласно с тем, что климат меняется и эти угрожающие перемены – следствие деятельности человека. Анализ научных исследований, посвященных проблематике климатических изменений и опубликованных в период с 1991 по 2011 г., показывает, что 97 % ученых признают антропогенную природу нынешнего глобального потепления[17]. Принятое в 2009 г. совместное заявление национальных академий наук «Большой восьмерки» (в том числе РАН)[18] указывало, что «климатические изменения происходят быстрее, чем предполагалось», и призывало международных лидеров принимать политические решения, способствующие снижению выбросов парниковых газов.

Пятый со времени основания организации отчет IPCC, выпущенный в 2014 г.[19], содержит следующие основные выводы. Потепление атмосферы и океанической системы очевидно. Многие последствия этого, такие как изменение уровня моря, с 1950 г. проявляются беспрецедентно высокими темпами. Влияние человека на климатическую систему очевидно, а современные антропогенные выбросы парниковых газов являются самыми значительными за всю историю. С начала индустриальной эпохи выбросы парниковых газов увеличивались преимущественно под влиянием роста мирового хозяйства и населения; сейчас они как никогда велики. Это привело к тому, что концентрации двуокиси углерода, метана и закиси азота в атмосфере достигли уровней, являющихся беспрецедентными по меньшей мере в последние 800 000 лет. Их воздействия, совместно с воздействиями других антропогенных факторов, обнаружены во всей климатической системе, и крайне вероятно, что они являются главной причиной потепления, наблюдаемого с середины XX века. Непрекращающиеся выбросы парниковых газов вызовут дальнейшее потепление и долгосрочные изменения во всех компонентах климатической системы, повышая вероятность опасных, всеобъемлющих и необратимых воздействий на людей и экосистемы. Для ограничения изменения климата требуется существенное и устойчивое сокращение выбросов парниковых газов, что, вместе с мерами по адаптации, способно ограничить риски, связанные с изменением климата. Имеются многочисленные пути смягчения воздействий на климатическую систему, которые могли бы ограничить потепление величиной 2 °C или менее по сравнению с доиндустриальными значениями. Эти способы требуют существенного сокращения выбросов в последующие несколько десятилетий и достижения близких к нулю выбросов двуокиси углерода и других долгоживущих парниковых газов к концу века. Чем дольше мы оттягиваем сокращение выбросов, тем дороже обойдется ликвидация последствий.

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере регистрируется лабораториями чуть ли не ежедневно. Если в 1960 г. она не превышала 320 частей на миллион (320 молекул CO_2 на миллион молекул воздуха), то в текущем, 2015 г. с большой долей вероятности устойчиво превысит 400 частей на миллион. Данный уровень впервые за историю человечества был достигнут в 2013 г., но держался несколько дней. В 2014 г. концентрация CO_2 была в среднем выше 400 в марте, апреле и июне. В 2015 г. ученые регулярно наблюдают повышенные уровни уже с января[20]. Столь высокая концентрация углекислого газа отмечалась на Земле миллионы лет назад.

Объем выбросов CO_2 в атмосферу увеличился по сравнению с 1973 г. более чем в два раза, а современный энергетический сектор ответственен примерно за две трети мировых выбросов парниковых газов, поскольку порядка 80 % глобального потребления энергии обеспечивается ископаемым топливом[21]. Сохранение нынешней структуры производства и использования энергии с большой долей вероятности приведет к катастрофическим для человечества последствиям.

Основываясь на накопленных и современных научных исследованиях, моделях климатических изменений, IPCC[22], а также другие межгосударственные организации, в частности Международное энергетическое агентство (International Energy Agency – IEA)[23], публикуют возможные сценарии динамики выбросов парниковых газов и развития глобального потепления.

На международном уровне сформировался консенсус по поводу того, что с антропогенным влиянием на климат надо что-то делать. Данное согласие вылилось в Рамочную конвенцию ООН по изменению климата (Framework Convention on Climate Change – UN FCCC), подписанную в 1992 г. представителями более чем 180 стран, включая Россию. С тех пор проводятся регулярные встречи-конференции, на которых обсуждаются и принимаются соответствующие протоколы и оформляются соглашения по совместному преодолению антропогенных факторов климатических изменений. В 2010 г. в Канкуне, Мексика, было подписано соглашение, в соответствии с которым глобальное потепление должно быть ограничено двумя градусами Цельсия сверх доиндустриального уровня. Такое повышение температуры примерно соответствует концентрации CO_2 в атмосфере на уровне 450 частей на миллион («сценарий 450 ppm» в терминологии Международного энергетического агентства), в то время как для доиндустриального периода был характерен уровень примерно 280 частей.

С одной стороны, с экологической точки зрения данная граница представляется чересчур «завышенной», что вызывает протесты экологов и представителей стран, которые в наибольшей степени пострадают (и страдают уже) от климатических изменений, ведь некоторые заселенные территории буквально «уходят под воду». При этом следует учитывать, что даже такой «незначительный» рост концентрации CO_2 крайне негативно скажется на экосистеме планеты в целом, а не только наиболее уязвимых регионов. Человеческая цивилизация формировалась и развивалась на Земле в условиях, когда уровень CO_2 не превышал 300 частей. Многие ученые, эксперты в области исследований климата считают, что «крайним», безопасным для планеты уровнем является показатель 350 частей, а значит, страновые и межгосударственные цели развития должны ориентироваться на эту величину[24].

С другой стороны, текущие динамика выбросов и тенденции развития общества, в том числе его энергетического сегмента, таковы, что цель 2 °C представляется слишком агрессивной и труднодостижимой – для этого придется кардинально перестроить энергетическую систему и фактически отказаться от использования угля, нефти и, в значительной степени, природного газа к 2050 г.

Если же все останется так, как сейчас (в терминологии Международного энергетического агентства: Current Policies Scenario – сценарий действующих норм), то потребление энергии увеличится к 2050 г. в два раза, а выбросы парниковых газов еще больше, в результате во второй половине столетия следует ожидать повышения температуры на 6 °C, что приведет к катастрофическим последствиям и, вероятно, уничтожит нашу цивилизацию. Таким образом, «совершенно очевидно, что мы достигли внешних пределов, до которых может расти глобальная экономика, построенная на базе нефти и других видов ископаемого топлива»[25].

В данном контексте развитие ВИЭ представляется критически важным для сохранения жизни на Земле, и возобновляемая энергетика уже готова предложить человечеству эффективные и конкурентоспособные по цене способы энергетического обеспечения. Накопленный опыт некоторых развитых индустриальных государств показывает, что возобновляемые источники энергии являются средством, позволяющим разорвать зависимость между экономическим развитием и ростом выбросов парниковых газов. Для роста экономики уже не нужно сжигать углеводороды (по крайней мере, в прежней пропорции). Стремительный рост возобновляемой энергетики в прошедшее десятилетие подает надежду, что мы сможем справиться с нависшей климатической угрозой.

ВИЭ – «разрушители»

Разумеется, не все рады новому сильному участнику в игре, на кону которой триллионы долларов. Как подсчитала инвестиционно-консалтинговая фирма Kepler Cheuvreux, в случае реализации сценария 450 ppm, т. е. солидарного проведения на международном уровне политики ограничения глобального потепления 2 °C, мировая сырьевая индустрия за два следующих десятилетия недосчитается ни много ни мало $28 трлн выручки, при этом большую часть, $19,4 трлн, потеряет нефтяная отрасль[26].

Уже сегодня многие традиционные энергетические компании чувствуют себя неуютно в компании с ВИЭ. Прочно вошедший в употребление термин «ВИЭ – разрушители» (disruptive renewables) возник не на пустом месте. «Как потерять полтриллиона евро» – под таким заголовком вышла статья в журнале The Economist, рассказывающая об обвале рыночной капитализации крупнейших европейских игроков энергетического рынка, потерявших более половины стоимости с 2008 г.[27] Некоторые из них, такие как немецкая E. On (сопоставимая по годовой выручке с российским Газпромом), уже сдались, пытаясь реализовать свои «углеводородные» энергетические активы, и переориентироваться на возобновляемую энергетику.

Консалтинговая компания Accenture, просчитав различные сценарии развития энергетических рынков, пришла к заключению, что наиболее вероятным является такой вариант: потеря минимум $18 млрд доходов в год энергетическими компаниями в США и $48 млрд в Европе в ближайшие десять лет. А в ситуации «идеального шторма», в которой поддержка (субсидирование) ВИЭ сохранится в 2020-х гг., стоимость технологий продолжит падение, а конечные пользователи станут массово отдавать предпочтение распределенным альтернативным технологиям, потери энергетических компаний могут вырасти к 2025 г. до $130 млрд в год[28].

Соответственно, новые капиталоемкие проекты по освоению месторождений углеводородного сырья являются крайне рискованными, поскольку они уже ближайшие годы столкнутся с конкуренцией новых источников энергии. Традиционные энергетические компании в нынешней форме могут потерять половину своего рынка, которая перейдет к энергоэффективности, солнечной энергетике, системам хранения и другим видам распределенной генерации, предупреждает Citibank в исследовании под названием «Энергетический дарвинизм»[29].

Не только крупные производители электричества, но и сырьевые концерны начинают осознавать риски, связанные с распространением ВИЭ. Некоторые пытаются «возводить стены», вкладываясь в критику «климатических мифов» и возобновляемой энергетики, выбивая дополнительные льготы из правительств на разработку новых месторождений, а некоторые, напротив, «строят ветряные мельницы», понимая необходимость адаптации к новому энергетическому порядку и диверсификации бизнеса.

Дети капризничают, если у них отбирают любимую игрушку, а реакция взрослых на попытку отнять кусочек их пирога может быть более жесткой, особенно когда пирог стоит триллионы долларов. Чего не сделаешь при таких ставках, ведь «нефть – это уже почти деньги», большие деньги, которые сменяют президентов и начинают войны с одной целью: обеспечить бесконечность спирали «больше нефти – больше денег – больше власти – больше нефти».

Выстроить оборонительное укрепление или начать войну – обычные варианты агрессивных стратегий, призванных защитить доходы крупного бизнеса. Задушить потенциальных соперников в колыбели – известный с библейских времен способ обеспечить себе «стабильное» будущее. И наиболее проницательные представители сырьевой власти пытались сделать это уже давно. Вспомните классическую американскую комедию, которая известна у нас под названием «Голый пистолет» (Naked Gun 2½). Вышедшая на экраны почти 25 лет назад, она повествует о том, как «плохие парни» – предприниматели и лоббисты сырьевого сектора – самыми грязными способами пытались помешать повороту политики в сторону чистой энергии.

Пока не получилось, возобновляемая энергетика выросла и окрепла, превратилась в мощную отрасль мировой экономики с миллионами занятых и сотнями миллиардов ежегодных инвестиций. Меры по ее поддержке декларированы более чем в 130 государствах. Поэтому вариант адаптации к неизбежным переменам все чаще появляется в повестке дня заседаний директоров сырьевых гигантов.

Строим «ветряные мельницы»

Например, Американский нефтяной институт (American Petroleum Institute), крупнейшая в США ассоциация предприятий нефтегазового сектора, в 2015 г. посвятил возобновляемой энергетике почти половину своего отчета, в котором, в частности в главе с говорящим названием «Солнечная энергетика в Америке светит ярко», сказано: «Если посмотреть на энергетическое будущее Америки, солнечная энергетика может по-настоящему изменить правила игры, предоставляя все большему и большему числу домов, предприятий, школ и правительственных учреждений на всей территории Соединенных Штатов чистое, надежное и доступное электричество»[30].

Понимание того, что нужно что-то делать с ВИЭ и что от них просто так не отмахнуться, уже пришло. Даже несмотря на то, что случавшиеся ранее попытки крупных сырьевиков входить в сектор возобновляемой энергетики нередко быстро заканчивались. Так, BP свернула свой солнечный бизнес в 2011 г., Chevron продала прибыльный проект в области ВИЭ в 2014 г.[31] А вот хорошо известная нам французская Total осознала конечность нефти и поверила в бесконечный потенциал солнца. Компания достаточно успешно покупает активы в возобновляемой энергетике. Ей принадлежит 66 %-ная доля в американской SunPower, которая выпускает самые эффективные в мире солнечные (фотоэлектрические) элементы и панели. Нефтяная компания также вкладывается в электростанции, которые строит SunPower в разных странах. Кроме того, показательна инвестиция Total в Amyris, ведущего разработчика и производителя биотоплива.

Участники китайского сырьевого рынка, на который во многом уповают российские экспортеры углеводородов, также ощущают ветер перемен. Глава нефтяного гиганта Sinopec недавно выступил с сенсационным заявлением: «В будущем углеводородное топливо перестанет быть ключевым бизнесом Sinopec. Нефть и газ останутся главными источниками энергии в будущем, но они не будут единственными источниками, больше внимания будет уделено нашей новой энергетике и возобновляемым источникам энергии»[32].

Несырьевой бизнес поддерживает энергетический поворот, активно возводя «ветряные мельницы». IKEA планирует к 2020 г. на 100 % обеспечивать себя исключительно чистой энергией. ВИЭ уже сегодня на 100 % снабжают электричеством все дата-центры Apple, компания является крупнейшим владельцем солнечных электростанций. IBM собирается в 2020 г. покрывать 20 % своих потребностей с помощью возобновляемых источников. Компания Google с 2007 г. оставляет на планете «нулевой углеродный след». Помимо 35 %-ной доли ВИЭ в потребляемой энергии Google осуществляет мероприятия по компенсации выбросов CO_2, главным образом инвестируя в предприятия по производству чистой энергии. Вложения и обязательства Google инвестировать в возобновляемую энергетику превысили $2 млрд.

Солнечная, ветровая, геотермальная, гидро– и биоэнергетика в сочетании с развитием систем хранения энергии и электрического транспорта сегодня превратились в силу, которая подтачивает и разрушает сырьевую власть, но в то же время созидает новое, чистое энергетическое будущее.

Разумеется, все новое содержит в себе элемент неопределенности. Радикальные перемены в энергетике – это вызов не только традиционным сырьевым и энергетическим компаниям, но и устойчивости, надежности страновых энергосистем. Нестабильный, погодозависимый характер ветровой и солнечной генерации ставит перед специалистами сложные задачи по интеграции «капризных» ВИЭ в электрические сети и по созданию принципиально новых сетевых решений. Посудите сами, в воскресенье, 11 мая 2014 г., 80 % потребления электроэнергии в Германии было обеспечено солнцем и ветром, а 12 ноября того же года они покрыли лишь 10 % потребности. Как быть и как жить с такой переменчивостью?

Но давайте вспомним, что человек летает в космос и умеет использовать ядерную энергию. По сравнению с этими достижениями «приручение» энергии ветра и солнца представляется не такой уж трудной задачей, и у меня нет сомнений, что она будет успешно решена. О возможных путях и предпринимаемых шагах я расскажу на страницах этой книги.

Солнечная энергетика

В октябре 1975 г. академик П. Л. Капица выступил с докладом «Энергия и физика» на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР.

«Ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией. Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить»[33], – отметил академик.

Спустя несколько десятилетий произошло ровно то, о чем размышлял Петр Леонидович, – капитальные затраты на солнечную генерацию снизились на несколько порядков. Это создало мощный стимул для развития возобновляемой энергетики, в результате чего образовался новый крупный сегмент энергетического рынка, претендующий на существенную часть мирового энергетического пирога.

Солнечная энергетика – самый быстрорастущий сегмент рынка возобновляемой энергетики, энергетического рынка вообще и фаворит автора этой книги. Я, разумеется, за сбалансированное разнообразие и за то, чтобы «расцветали сто цветов», тем не менее ничего не могу поделать с уверенностью, что солнце в скором времени станет основным используемым человеком энергетическим ресурсом.

В одиночку солнечная энергетика вряд ли сможет заменить уголь, нефть и газ. В то же время, в сочетании с другими ВИЭ, она вполне способна в относительно недалеком будущем убрать с мировой арены углеводороды, играя в этой композиции первую скрипку.

За десятилетие с 2004 по 2013 г. установленная мощность солнечных (фотоэлектрических) электростанций выросла в мире в 53 раза[34]. В 2013 г. она составила 139 ГВт[35], а в 2014 г., по предварительным данным, превысила 179 ГВт[36]. Пятерка стран-лидеров по масштабам солнечной энергетики сегодня выглядит так: Германия, Китай, Италия, Япония, США. В ряде государств солнечная энергетика уже занимает приличную долю в выработке энергии. В Италии она покрывает 7,8 % годового потребления, Греции – 6 %[37], а в пасмурной Германии – 5,3 %[38]. В мировом масштабе ее доля пока незначительна и не превышает 1 % совокупной электрической генерации. Тем не менее налицо все предпосылки скорого изменения.

По одному из сценариев Международного энергетического агентства, ранее весьма консервативного в вопросах ВИЭ, солнечная энергетика к 2040 г. станет номером один – крупнейшим мировым производителем электроэнергии, а к 2050 г. ее доля достигнет 27 % мирового производства электричества[39]. Примечательно, что прежний прогноз Агентства, составленный в 2010 г., предусматривал существенно более скромные показатели роста, но случилось так, что «технологии усовершенствовались и затраты упали больше, чем ожидалось»[40]. В выдающихся перспективах солнечной энергетики не сомневается и лауреат Нобелевской премии, академик Жорес Иванович Алферов, который «абсолютно уверен, что солнечная энергия станет основным источником электроэнергии к концу нынешнего столетия»[41]. Даже нефтяной гигант Shell признает, что солнце станет главным источником первичной, не только электрической, энергии в мире и его доля в мировом энергетическом балансе будет превосходить доли углеводородов вместе взятые (по сценарию нефтяной компании это случится к 2100 г.)[42].

Мы редко задумываемся, каким энергетическим потенциалом обладает солнце. Между тем годовая солнечная радиация по энергетическому содержанию многократно превосходит все мировые запасы ископаемого топлива (нефти, газа, угля, урана) вместе взятые. Только за один час на Землю поступает столько солнечной энергии, сколько человечество использует за год во всех сферах.

Сегодня мы уже научились использовать этот потенциал с достаточно высокой эффективностью и умеренными затратами. Для этого применяются два основных типа генерирующих устройств, преобразующие солнечную энергию в электричество.

Первый, наиболее распространенный и доминирующий в мировой генерации, тип устройств использует фотоэлектрический эффект, он представлен широко известными солнечными модулями (панелями или батареями) – фотоэлектрическими преобразователями. Сфера деятельности, в которой применяется данный способ электрической генерации, обобщенно называется фотоэлектрикой или фотовольтаикой (англ. photovoltaic – PV).

В устройствах второго типа применяются зеркала или линзы, для того чтобы уловить солнечное излучение с больших площадей и сконцентрировать его на небольшой площади. При этом электрическая энергия производится, когда сконцентрированное солнечное излучение преобразуется в тепло, запускающее тепловой двигатель (паровую турбину), связанный с электрогенератором. Данная система носит название «концентрированная солнечная энергия» (англ. concentrated solar power – CSP), а производимая ею электроэнергия – «солнечным тепловым электричеством» (англ. solar thermal electricity – STE). Данные аббревиатуры зачастую используются как синонимы. В русском языке также используется термин «гелиотермальная электроэнергетика».

Существует также и «гибридная» система производства солнечного электричества, называемая «концентрированной фотоэлектрикой» (англ. concentrated photovoltaics – CPV). В ней также используются зеркала и линзы, но для фокусирования, концентрации солнечного излучения в высокомощных фотоэлектрических элементах (англ. multi-junction solar cells).

Фотоэффект

Фотоэлектрический эффект, или фотоэффект, благодаря которому световая энергия преобразуется в электрическую, был открыт еще в 1839 г. французским физиком Александром Беккерелем, а в 1905 г. объяснен Альбертом Эйнштейном, который в 1921 г. получил Нобелевскую премию именно за теорию фотоэлектрического эффекта. В 1954 г. американские исследователи разработали солнечный элемент на основе кремния, позволяющий преобразовывать солнечный свет в электричество с 6 %-ной эффективностью[43]. На основе данной разработки в 1955 г. была создана первая солнечная батарея. С конца 50-х гг. прошлого столетия солнечные батареи использовались в космической отрасли, пока наконец не стали доступными для применения и в других сферах.

В развитии технологий солнечной энергетики самое деятельное участие принимали и российские ученые, в частности упомянутый выше академик Алферов получил премию «Чистая энергия» за «фундаментальные исследования и значительный практический вклад в создание полупроводниковых преобразователей энергии, применяемых в солнечной и электроэнергетике».

Львиную долю мирового рынка фотоэлектрики, примерно 90 %, занимают сегодня солнечные модули на основе кристаллического кремния. Около 10 % приходится на тонкопленочные технологии разных видов, а на быстрорастущий сегмент концентрированной фотоэлектрики (CPV) пока менее 1 %.

Интригой дальнейшего развития солнечной энергетики является эффективность солнечных (фотоэлектрических) модулей и динамика их стоимости, а также прогресс в производстве иных составляющих солнечных электростанций. В принципе, солнечная энергетика бурно растет уже и при нынешнем уровне производительности модулей, а дальнейший рост эффективности приведет к еще большему повышению ее конкурентоспособности на энергетическом рынке. При этом очевидно, что эффективности есть куда расти. Чуть ли не ежемесячно приходят новости об очередном технологическом прорыве в том или ином исследовательском центре, позволяющем добиться повышения эффективности разных типов модулей.

В настоящее время в лабораторных условиях установлены следующие рекорды эффективности солнечных ячеек: 25 % – для монокристаллических (sc-Si), 20,4 % – для поликристаллических (mc-Si). В сфере тонкопленочной технологии лучшие результаты составляют 19,8 % для пленок на основе диселенида меди индия галлия (CIGS) и 21 % для пленок на основе теллурида кадмия (CdTe)[44]. Последний из указанных типов модулей имеет, по-видимому, все шансы потеснить кремниевые технологии в связи с ростом эффективности, сочетающимся с меньшей энергоемкостью и низкими удельными затратами на производство 1 Вт.

За последнее десятилетие средняя эффективность находящихся в продаже модулей на основе кристаллического кремния увеличилась с 12 до 16 %, а лучшие коммерческие модели имеют эффективность 21 %. У тонкопленочных модулей (CdTe) за то же десятилетие средняя эффективность выросла с 9 до 13 %, а рекордный показатель составляет 17 %[45].

Между тем современные модели монокристаллических модулей уже сейчас показывают лабораторную эффективность, превышающую 23 %, что обещает скорый рост эффективности модулей, предлагаемых на рынке[46]. Более того, продолжающие эксперименты с химической структурой модулей и использованием для их производства все новых материалов дают обнадеживающие результаты. Например, использование минерала перовскита при производстве кремниевых модулей, возможно, позволит еще больше увеличить их эффективность и снизить стоимость[47].

В сфере концентрированной фотоэлектрики (CPV) эффективности существенно выше, но она работает только с прямой солнечной радиацией, что ограничивает географию ее использования богатыми солнцем регионами. Серийные показатели достигают здесь 35 %[48], а лабораторный мировой рекорд для многопереходных солнечных элементов (multi-junction solar cells) составляет 44,7 %[49].

Производство компонентов солнечных электростанций (помимо модулей) также совершенствуется с высокой скоростью. Снижение стоимости инверторов, основных элементов солнечных электростанций, практически повторяет кривую стоимости фотоэлектрических модулей. Расход материалов для производства инвертора за последние десять лет сократился с 12 до 2 кг на ватт[50]. И производители прогнозируют продолжение данного тренда.

Вообще вопрос используемых материалов в солнечной энергетике достаточно важен. Кремний, являющийся основой фотоэлектрики, – второй по распространенности на Земле элемент после кислорода. Но даже его солнечная энергетика старается экономить. Расход кремния для производства панелей сократился за десять лет с 16 до 6 г на ватт, что, однако, сопровождалось вышеназванным ростом их эффективности[51].

Помимо кремния, при производстве солнечных ячеек и модулей используется целый ряд материалов, в том числе редких и ценных. Одним из них является серебро. Примерно 20 г серебра используется в каждой панели из кристаллического кремния, а для одного гигаватта требуется уже 80 метрических тонн драгоценного металла[52]. Солнечная энергетика потребляет сегодня примерно 5,6 % добываемого в мире серебра, и при заявляемых перспективах роста рынок может столкнуться с существенным повышением спроса на этот металл[53].

В то же время достаточно высока вероятность технологических прорывов и в данном направлении, которые могут привести к сокращению удельного потребления серебра либо к полному отказу от него в пользу, например, меди.

Экология солнечного электричества

Давайте посмотрим на экологическую сторону солнечной энергетики. Электричество, производимое с помощью солнца, не является «климатически нейтральным» или абсолютно экологически чистым. Более того, фотоэлектрика оставляет на Земле определенный «углеродный след». «Как же так? – спросите вы. – Опять обман с этой чистой энергией?»

Все познается в сравнении. Сама выработка электроэнергии с помощью фотоэлектрических модулей чистый процесс, но вот их производство – не вполне. Основные компоненты солнечных фотоэлектрических панелей изготавливаются из кристаллического кремния. Производство этих компонентов – энергоемкий процесс, в котором затрачивается до 60 % общего количества энергии, используемой для изготовления солнечных батарей. Точный углеродный след какой-либо конкретной солнечной панели зависит от многих факторов, в том числе источника материалов, расстояния, на которое они должны транспортироваться, и источников энергии, которая используется заводами. Например, в Китае – ведущем производителе солнечных фотоэлектрических панелей – производственный процесс в значительной степени зависит от угольных электростанций, что способствует повышению углеродного следа солнечных панелей, сделанных в Китае.

Тем не менее выбросы, связанные с фотоэлектрикой, в десятки раз меньше, чем у газовой и, тем более, угольной генерации, – всего от 15,8 до 38,1 г CO_2 на киловатт-час производимой энергии[54]. Для китайских модулей, правда, исследователи предлагают умножать данный показатель на коэффициент 1,3–2,1.

Кроме того, поскольку солнечная энергетика замещает традиционную генерацию на основе ископаемого топлива, можно подсчитать, к какому сокращению вредных выбросов это приводит. Установленные к концу 2013 г. солнечные электростанции производят примерно 160 ТВт·ч электроэнергии в год, что обеспечивает сокращение выбросов CO_2 на 140 млн т в год[55].

Энергоемкость производства солнечных модулей позволяет скептикам высказывать сомнения в окупаемости оборудования с энергетической точки зрения. Мол, в производстве солнечной панели сжигается столько энергии, сколько данная панель никогда не выработает. Это ошибочная точка зрения, и срок энергетической окупаемости (energy payback time) солнечных модулей в сравнении с жизненным циклом модуля на сегодняшний день чрезвычайно мал. Он составляет 0,68–1,96 года в зависимости от условий производства и эксплуатации[56], притом что современные производители обычно гарантируют 25-летнюю работу солнечных модулей с сохранением минимум 80 % исходной мощности.

Производство фотоэлектрических панелей связано со сложными химическими процессами, в результате которых может происходить загрязнение окружающей среды не только посредством энергетических затрат и соответствующих выбросов в атмосферу, но и, так сказать, напрямую.

В принципе процесс производства фотоэлектрических модулей во многом схож с производством полупроводников, используемых в компьютерах и электронике. Да, здесь применяются разнообразные вредные вещества: хлористоводородная и серная кислота, азотная кислота, фторид водорода, ацетон и т. п. При производстве должны соблюдаться соответствующие требования по охране труда и окружающей среды.

Экологический вред производства солнечных модулей часто преувеличивается. Например, некоторые критики указывают на содержание в некоторых панелях кадмия, который является чрезвычайно токсичным металлом. При этом забывается, что один стандартный, используемый в шуруповертах и фонарях для дайвинга никель-кадмиевый аккумулятор содержит в 2500 раз больше кадмия, чем тонкопленочный модуль CdTe, а производство киловатт-часа электроэнергии угольной электростанцией приводит к выбросам кадмия, в 360 раз превышающих потребность модуля CdTe для производства того же киловатт-часа[57].

Вред окружающей среде от того или иного вида генерации может быть оценен в денежном выражении с помощью специальных моделей. По данным исследования ученых Колумбийского университета (2006 г.), экстерналии (external costs) фотоэлектрики составляют €0,015 на выработанный киловатт-час, что сопоставимо с другими возобновляемыми источниками энергии и в 10–40 раз ниже, чем у электростанций, работающих на углеводородном топливе[58]. Более позднее исследование министерства окружающей среды Германии (Umweltbundesamt) показало, что экстерналии солнечной энергетики оцениваются в €0,012 на киловатт-час[59]. Для распределенной солнечной генерации, в особенности при интеграции ее в здания (на крыши и фасады), внешние эффекты должны быть еще меньше, поскольку в таком случае не выводятся из оборота земельные участки и не происходит климатических изменений в районе размещения, как это может происходить при покрытии больших поверхностей суши фотоэлектрическими панелями.

Развитие технологий, уменьшение затрат материалов на единицу мощности, о котором говорилось выше, приведут к дальнейшему сокращению нежелательных «внешних эффектов» солнечной энергетики для окружающей среды, не говоря о повышении ее рентабельности. Солнечная энергетика уже сейчас становится конкурентоспособной по стоимости производства электричества с традиционными видами генерации, также и удельные капитальные затраты опускаются ниже показателей газовых и угольных электростанций, тем более атомных и дизельных. Об экономической стороне развития ВИЭ подробно рассказывается в главе «Экономика возобновляемой энергетики».

Демократичная энергетика

Солнечная энергетика на основе фотоэлектрических модулей является самым «демократичным» видом энергетики. На энергетическом рынке присутствуют солнечные электростанции любых размеров, начиная от нескольких киловатт до сотен мегаватт. В Германии в настоящее время действуют 1,4 млн солнечных электростанций[60], большая часть которых принадлежит частным лицам (установлена на крышах индивидуальных жилых домов), и примерно половина электроэнергии ВИЭ производится гражданами и фермерскими хозяйствами. В Австралии также установлено более миллиона кровельных солнечных электростанций, примечательно, что в 2008 г. этот показатель составлял всего 20 000[61]. Порядка 14 % зданий в Австралии уже оснащено фотоэлектрическими модулями[62]. Китай, стремительно вырывающийся в мировые лидеры солнечной энергетики, усиленно продвигает распределенную генерацию. В 2015 г. там планируется ввести в эксплуатацию втрое больше мощностей распределенной солнечной генерации, чем в 2014 г., при этом минимум 3,15 ГВт мощностей должно быть расположено на крышах зданий[63].

Таким образом, особенностью солнечной энергетики является ее распределенный характер – возможность безопасной, бесшумной и экологически чистой генерации солнечного электричества непосредственно в месте потребления без присущей традиционной энергетике необходимости создания инфраструктуры по доставке сырья и капиталоемкого строительства протяженных линий электропередач.

При этом, разумеется, наряду с миллионами малых «индивидуальных» станций существуют и крупные формы – в мире действуют также и гигантские фотоэлектрические парки. Две крупнейшие в мире солнечные электростанции находятся в штате Калифорния, США. Topaz Solar Farm (введена в 2014 г.) и Desert Sunlight Solar Farm (2015 г.), каждая из которых обладает установленной мощностью 550 МВт, обеспечиваемой миллионами фотоэлектрических модулей. Крупнейшая европейская солнечная электростанция, Senftenberg Solarpark (мощность 166 МВт), расположена в Германии. Планы мирового первенства в данной сфере в последние годы вынашивает Китай, заявляющий о планах строительства фотоэлектрического гиганта в 2000 МВт.

Нынешние размеры промышленной солнечной генерации еще раз подчеркивают динамику развития мировой возобновляемой энергетики – какие-то десять лет назад мощность крупнейшей фотоэлектрической электростанции (Bavaria Solarpark в Германии) составляла всего 6,3 МВт.

В России солнечная энергетика находится в зачаточном состоянии. В течение последних лет были созданы рамочные условия для развития солнечной (фотоэлектрической) генерации и уже реализованы проекты электростанций промышленного масштаба. В 2014 г. введена в строй Кош-Агачская солнечная электростанция на Алтае мощностью 5 МВт, крупнейшая в России на сегодняшний день (не считая полученных «в наследство» солнечных электростанций в Крыму). До 2020 г. планируется построить еще несколько сотен мегаватт фотоэлектрических генерирующих мощностей. Правовые условия для распределенной (частной) солнечной генерации в России не созданы.

Зеркала Архимеда

Для производства солнечного электричества исключительно в крупных промышленных масштабах, сопоставимых по размерам с традиционной тепловой генерацией, используется солнечная тепловая (гелиотермальная) электроэнергетика (концентрированная солнечная энергетика – CSP), которая преобразует солнечное излучение иначе, чем фотоэлектрика.

Мы знакомы с принципом действия CSP с детства. Помните, как ловили солнечный луч лупой? Предметы, поднесенные под линзу, начинали плавиться, дымиться или даже возгораться. Любители истории, возможно, помнят легенду, по которой знаменитый Архимед оборонял родные Сиракузы с помощью концентрированных солнечных лучей. «Когда римские корабли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они находились на расстоянии полета стрелы», – пишет историк[64]. В 1973 г. греческий ученый д-р Иоаннис Саккас, пытаясь понять, мог ли Архимед действительно разрушить римский флот в 212 г. до н. э., выстроил 60 греческих моряков, каждый из которых держал продолговатое зеркало и направлял отраженный солнечный свет в одну точку – на изготовленный из фанеры и просмоленный силуэт корабля, расположенный в 160 м. Корабль загорелся через несколько минут, однако историки продолжают сомневаться в истории Архимеда.

Тем не менее описанный принцип используют сегодня в гелиотермальной энергетике. Установленные на большой территории зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, сводят солнечные лучи в один пучок, направляя его на емкость с теплоносителем, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше процесс происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар приводит в движение тепловой двигатель (обычно паровую турбину), турбина вращает ротор генератора, который вырабатывает электричество.

В настоящее время в данной области лидируют Испания и США, а ведь когда-то, сейчас сложно в это поверить, одним из технологических лидеров направления была Россия (точнее, СССР). В 1986 г., когда вся установленная в мире мощность солнечной генерации составляла всего 21 МВт, вступила в строй Крымская солнечная электростанция мощностью 5 МВт, работающая именно по принципу CSP. Увы, она была закрыта и разрушена в 90-х гг. ХХ века. Насколько передовой была технология – свидетельствует тот факт, что в то время существовала только одна подобная электростанция – первая и вторая очередь расположенного в Калифорнии комплекса Solar Energy Generating Systems (SEGS), и до 2005 г., помимо SEGS, в мире подобные электростанции не строились. С тех пор установленная в мире мощность CSP выросла до 4,8 ГВт[65] (причем основной рост начался в 2009 г. и существенная часть, 0,9 ГВт, была добавлена в 2014 г.), что составляет примерно всего лишь 1/40 часть мощности фотоэлектрической генерации.

Очевидно, гелиотермальная электроэнергетика конкурирует не только с углеводородной генерацией, но и с основным на сегодняшний день видом солнечной энергетики – фотоэлектрикой. Стремительное падение цены на солнечные модули давит на инвесторов в солнечное тепловое электричество. Именно по причине «неконкурентоспособности по сравнению с фотоэлектрикой» компания Google, ранее вкладывавшаяся в CSP, в ноябре 2011 г. отказалась от дальнейших инвестиций[66]. Действительно, удельные капитальные затраты ($3550–8760 на киловатт установленной мощности), а также приведенная стоимость производства электричества (LCOE), лежащая в границах $0,20–0,35 на киловатт-час[67], пока превышают соответствующие показатели как углеводородной, так и фотоэлектрической генерации, где отдельные проекты промышленного масштаба показывают LCOE менее $0,08 на киловатт-час[68].

В то же время развитие технологий и удешевление оборудования не обходит стороной и сферу солнечного теплового электричества. Кроме того, существенным преимуществом CSP является наличие накопителя тепловой энергии, который используется в большинстве проектов и с помощью которого значительно повышается коэффициент использования установленной мощности электростанции. Такой аккумулятор энергии, в котором на сегодняшний день в большинстве случаев используется расплавленная соль, позволяет выдавать электричество в утренние и вечерние часы или даже ночью, когда фотоэлектрика «спит».

Чтобы оправдать себя экономически, солнечные тепловые (гелиотермальные) электростанции должны строиться в регионах с большим количеством солнечных дней и высоким уровнем прямого солнечного излучения (более 5 кВт · ч/м² в день), к которым относятся юго-восток США, Испания, Австралия, Северная и Южная Африка, Южная Америка, Индия, Китай, Средний Восток. Соответственно, географическая сфера их применения, в отличие от фотоэлектрики, весьма ограниченна, и в России, даже в самых солнечных районах, их использование вряд ли целесообразно.

Международное энергетическое агентство видит в CSP большой потенциал, предполагая в рамках одного из сценариев развития энергетического рынка, что данный способ генерации к 2050 г. может обеспечить 11 % мирового производства электричества[69] (еще 16 % обеспечит фотоэлектрика, что приведет нас к вышеуказанной «солнечной доле» в 27 %). Более того, некоторые исследования рассматривают варианты повышения доли солнечного теплового электричества до 25 % к указанному сроку[70]. Я считаю такие планы чересчур агрессивными уже по той причине, что в мире помимо гелиотермальной электроэнергетики существует широкий набор как чистых, так и углеводородных способов генерации, которые конкурируют между собой за увеличивающийся в размерах энергетический пирог. В то же время на региональном уровне к 2050 г. STE может обеспечивать 40 % производства электричества на Среднем Востоке, 26 % – в Африке и 21 % – в Индии[71].

Солнечное будущее

Очевидно, что стремительный рост солнечной энергетики является угрозой сырьевой власти, которая может сопротивляться дальнейшему распространению чистой энергии. Однако мы практически уверены в тщетности попыток отката назад, и «сырьевым монстрам» вряд ли удастся задушить солнечную энергетику в колыбели. Она уже подросла и широко проникла в экономику десятков стран и жизнь десятков миллионов людей, превратилась в мощную наукоемкую отрасль глобальной экономики. Количество занятых в ней превысило 2,2 млн человек, в том числе 1,58 млн в Китае, более 100 000 в Индии и США, около 60 000 в Германии[72].

Энергообеспечение (не только электричеством) земного шара исключительно с помощью солнца – не утопия. И не исключено, что еще в нынешнем столетии человек придет к созданию энергетической системы, где солнце будет выступать абсолютно доминирующим источником энергии, если только не появятся иные, более рациональные способы генерации. Для такого глобального солнечного энергообеспечения потребуется площадь фотоэлектрических модулей, сопоставимая с размерами Испании[73]. Вроде бы много, но это только в том случае, если размещать их в одном месте. Солнце ведь светит круглосуточно, в разное время освещая территории на разной долготе. Возобновляемые источники энергии являются распределенными и доступны в разной степени во всех уголках земного шара. Зачем эксплуатировать их централизованно? Поэтому опоясывающие земной шар и связанные между собой «умными сетями» солнечные электростанции вполне могли бы обеспечить все человечество чистой энергией.

Вернувшись из области футурологии к нашим прогнозам, отметим, что дальнейшее развитие солнечной энергетики будет во многом зависеть от энергетической эффективности солнечных модулей, темпов удешевления оборудования, а также, в меньшей степени, развития аккумуляторных технологий, о которых будет рассказано в главе «Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии». В то же время на основе текущих трендов и имеющихся прогнозов можно с высокой долей уверенности заявить, что солнечная энергетика в течение двух – четырех десятилетий превратится в главный генератор – основного производителя электричества для планеты, существенно сократив сферу применения углеводородов.

Ветроэнергетика

Ветер является главным возобновляемым источником электрической энергии на сегодняшний день (без учета гидроэнергетики). Установленная мощность ветряных электростанций в мире составила в конце 2013 г. 318 ГВт. К июню 2014 г. она выросла до 336[74], а к концу года – до 370 ГВт[75]. 2014 г. стал рекордным по объему введенных новых ветроэнергетических мощностей в мире, а начиная с 2009 г. их годовой прирост ни разу не опускался ниже 35 ГВт. Для получения представления о масштабах изменений отметим, что построенные за один лишь 2014 г. мощности мировой ветроэнергетики превышают совокупную установленную мощность российских ГЭС и в два раза больше всех действующих атомных электростанций Российской Федерации.

Тысячелетняя история

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. В исторических источниках можно найти сведения об орошении полей в Месопотамии с помощью ветряных колес задолго до начала нашей эры и использовании ветряных мельниц в Египте, Персии и Китае в первом тысячелетии. В Европе ветряные мельницы, отдаленные прообразы современных ветрогенераторов, известны начиная с XII века. В Средние века ветродвигатели широко использовались для подъема воды, орошения полей, помола зерна и приведения в движение станков. До начала XIX века вода и ветер по сути являлись единственными источниками механической энергии, используемыми человечеством для обеспечения жизнедеятельности и развития, да и в конце того столетия с помощью этих источников вырабатывалось до 50 % глобальной энергии.

Согласно данным статистики, в 1882 г. в Германии насчитывалась 18 901 ветряная мельница. В России, по некоторым данным, к началу XX века число ветряных мельниц превышало 200 000. К этому времени технология их строительства была доведена до совершенства, а конструкция стала практически идеальной – с вращающимися крышами и саморегулирующимися в зависимости от направления и силы ветра крыльями.

Началом использования ветра для электрической генерации принято считать создание Чарльзом Брашем электростанции на основе ветряной мельницы для электроснабжения своего дома в 1888 г. В 1891 г. была построена первая ветряная электростанция в Дании. В 1920 г. немецкий физик Альберт Бец сформулировал закон, который был впоследствии назван его именем. По этому закону ветрогенератор может преобразовать не более 59,3 % кинетической энергии ветра. Теория Беца и сейчас является основой, на которой строятся расчеты современных ветряных электростанций, и нынешние ветряные турбины все ближе подбираются к заветной цифре.

Живя в «энергетической сверхдержаве», строящей свое материальное благополучие на эксплуатации месторождений ископаемого топлива, мы не забыли о том, что СССР являлся одним из мировых лидеров ветроэнергетики и имел для ее развития собственную мощную научно-теоретическую базу. В 1918 г. русский ученый В. Залевский создал «Полную теорию ветряных мельниц», в 1925 г. профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в ЦАГИ. В 1931 г. курский изобретатель А. Г. Уфимцев на десятилетия опередил свое время, построив первую в мире ветроэлектрическую станцию с инерционным аккумулятором, благодаря которому ветроустановка выдавала электричество даже при отсутствии ветра.

В 30-х гг. прошлого века в СССР производился широкий ассортимент ветроустановок мощностью 3–4 кВт, которые выпускались целыми сериями. В 1931 г. в Крыму, в районе Балаклавы, вступила в строй крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая установка. Опорная мачта ветродвигателя была построена по проекту В. Т. Шухова. Ветрогенератор с диаметром колеса 30 м и мощностью 100 кВт был на то время самым мощным в мире (мощность ветроагрегатов в Дании и Германии была в пределах 50–70 кВт при диаметре колеса до 24 м). Следом на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938 г. в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. В конце 1940-х гг. в ЦАГИ и других организациях активно велась разработка ветряных электростанций. С начала 1950-х гг. страна производила до 9000 ветроустановок в год с единичной мощностью до 30 кВт. В годы освоения целины в Казахстане была сооружена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт – прообраз современных европейских ветропарков и систем ветродизель.

После перерыва в 1960–1980-х гг., когда развитие электроэнергетики было ориентировано на создание «сконцентрированных» генерирующих мощностей – крупных ТЭС, ГЭС и АЭС, было принято Постановление Совета министров СССР № 1052 «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988–1995 гг.». В соответствии с ним к 1995 г. предполагалось ввести 57 000 ветроустановок. (Это совершенно невероятная цифра, достаточно заметить, что число ветроэнергетических установок в Германии, входящей в тройку крупнейших мировых производителей электричества из ветра, сегодня не превышает 25 000.) Существовали планы по постройке экспериментальных системных ветростанций, в том числе: Ленинградской ВЭС на берегу Финского залива (25 МВт), Джунгарской ВЭС в Казахстане (15 МВт), Крымской ВЭС на восточном побережье Крыма (125 МВт). По ряду известных причин этим планам, увы, не суждено было сбыться. Между тем именно в наши «лихие 90-е» начался расцвет современной мировой ветроэнергетики.

Чистая энергетика больших мощностей

В наше время развитие ветроэнергетической отрасли в мире происходит главным образом путем создания крупных, состоящих из множества турбин ветряных электростанций (их называют ветропарками или ветряными фермами) как на материке (оnshore), так и на море в прибрежных зонах, на шельфе (offshore). Морские ветряные электростанции существенно дороже береговых по капитальным затратам на единицу мощности, но они способны вырабатывать больше энергии.

Установка единичных ветряных генерирующих установок практикуется реже. В этом состоит существенное отличие ветроэнергетики от солнечной генерации, для которой характерен распределенный характер и в которой значительная доля общей выработки энергии принадлежит малым мощностям. Ветроэнергетика – это в первую очередь энергетика относительно крупных генерирующих предприятий, хотя распределенная генерация здесь также применяется.

История развития ветроэнергетики – это история роста размеров и мощности ветряков, наглядно демонстрирующая темп и глубину изменений в альтернативной энергетике. В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м и выдавала всего лишь 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина – существенно более крупный генерирующий объект. Находящееся приблизительно на 100-метровой мачте трехлопастное «колесо» диаметром те же 100 м обладает, по данным Европейской ассоциации ветроэнергетики, средней мощностью 2,2 МВт (на европейских береговых электростанциях) или 3,6 МВт (на морских)[76]. Разница объясняется сложностью строительных работ в морских условиях – на фундамент рационально ставить наиболее мощные установки. В 2014 г. введен в экспериментальную эксплуатацию крупнейший на сегодняшний день ветрогенератор датского производства мощностью 8 МВт, установленный на 140-метровой мачте. Такой агрегат способен в одиночку обеспечить электричеством небольшой город – 7500 средних европейских домохозяйств. Уже ведутся работы над 10-мегаваттной установкой.

Ветроэнергетика превратилась в мощную отрасль энергетики и экономики в целом, играющую все более важную роль в энергоснабжении многих государств. Уже в 85 странах электричество вырабатывается с помощью энергии ветра на коммерческой основе. Среди них лидируют (по установленной мощности): Китай (91 ГВт), США, Германия, Испания и Индия[77].

Выработка энергии ветряными электростанциями в Китае еще в 2012 г. превысила генерацию атомными электростанциями, а в 2013 г. ветряные электростанции произвели уже на 22 % больше электроэнергии, чем АЭС. В 2014 г. в Поднебесной было установлено 20,7 ГВт новых мощностей ветроэнергетики[78] (для сравнения: это больше, чем три Саяно-Шушенские ГЭС). Четырнадцатый год стал рекордным по вводу ветроэнергетических мощностей и в Германии, установившей примерно 1700 турбин общей мощностью 4,8 ГВт[79] – больше, чем когда бы то ни было.

Ветроэнергетика сегодня обеспечивает работой более 800 000 человек во всем мире (в том числе 356 000 в Китае и 138 000 в Германии)[80] и покрывает примерно 4 % мирового потребления электроэнергии. В некоторых странах и регионах эта доля существенно выше. По итогам 2014 г. Дания получила 39,1 % своей электроэнергии от ветряных электростанций, вплотную приблизившись к цели – производить к 2020 г. половину электроэнергии на основе ВИЭ[81]. В Испании ветряки дают более 20 % электроэнергии, в Германии – примерно 8 %. Четыре северных федеральных земли в Германии обеспечивают себя ветряным электричеством более чем на 50 %[82]. В Дании в 2013 г. в общей сложности в течение 90 часов ветроэнергетика обеспечивала энергопотребности страны на 100 %, а 28 октября произвела на 22 % больше энергии, чем было потреблено в стране[83]. Совокупная мощность всех сегодняшних мировых ветряных электростанций позволила бы обеспечить светом все домашние хозяйства Европейского союза (506 млн человек)[84].

Крупнейшей ветряной электростанцией в мире считается «Ганьсу» (Gansu Wind Farm), расположенная в одноименной провинции на северо-востоке Китая. На сегодняшний день установленная мощность фермы превышает 6 ГВт, а к 2020 г., в котором планируется завершить строительство, мощность должна достичь 20 ГВт. Такие технические данные существенно превышают «типичные» характеристики углеводородных, да и атомных электростанций.

Самая большая морская ветряная ферма, состоящая из 175 ветряных турбин, находится в Великобритании. Мощность London Array составляет 0,63 ГВт. Также в британских водах запланировано строительство нового морского рекордсмена. Проект шельфовой электростанции Dogger Bank Creyke Beck в 80 милях от побережья Йоркшира предусматривает установку на площади 430 квадратных миль примерно 400 турбин общей мощностью 2,4 ГВт, которые будут производить электричество в количестве достаточном для обеспечения 2 млн индивидуальных жилых домов[85].

Россия, к сожалению, выпала из мирового тренда развития ветроэнергетики. Крупнейшая российская ветряная электростанция мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области (введена в 2002 г.), была подарена правительством Дании. Она состоит из ветроэнергетических установок датской компании Vestas мощностью 225 кВт. В начале нынешнего тысячелетия делались попытки осуществлять более масштабные проекты в ветроэнергетике в РФ, была разработана Программа развития ветроэнергетики РАО «ЕЭС России». Тем не менее до сегодняшнего дня сколько-нибудь значимых проектов в российской ветроэнергетике реализовано не было, и даже принятые меры поддержки ВИЭ в этой отрасли буксуют. Кроме того, отечественные производители сегодня способны выпускать лишь ветряные установки малой мощности, оборудование для современной промышленной ветрогенерации в России не производится.

Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) в ветроэнергетике сильно зависит от качества технологий и природных условий и колеблется в пределах 15–50 %. В материковой ветроэнергетике среднее значение КИУМ составляет 24 %, в морской – 41 %. Последняя цифра сопоставима со средними показателями существующих сегодня энергосистем[86]. Время энергетической окупаемости (energy pay-back) ветряной турбины – отрезок времени, в течение которого энергетические затраты на производство, доставку и установку ветроэнергетической установки покрываются выработанной энергией, – составляет сегодня три – восемь месяцев в зависимости от модели, условий установки и эксплуатации[87]. Вопреки обывательскому скептицизму, говорящему, что «эта штука никогда не окупится», срок энергетической окупаемости ветряной установки весьма невелик. Большую часть времени своего жизненного цикла она вырабатывает энергию для других.

Ветроэнергетика не оказывает существенных негативных побочных воздействий на окружающую среду (особенно забавно слышать упреки в экологическом вреде ветряков из уст представителей атомной энергетики). При этом регулярно проводятся и публикуются исследования, касающиеся влияния ветроэнергетики на окружающую среду и находящиеся в открытом доступе. Например, «Взаимодействие ветряной турбины с окружающей средой и ее обитателями»[88]. Пожалуй, главной справедливой претензией является «нарушение традиционного природного ландшафта». Шум самой мощной ветряной турбины абсолютно не слышен человеком на расстоянии полтора километра, поэтому существуют (а там, где их нет, должны существовать) нормы по удаленности ветряных электростанций от жилых зданий. А вот проблем с червяками и птицами ни одно серьезное исследование не обнаружило. Разумеется, фиксируются случаи гибели птиц и летучих мышей от столкновения с ветряными турбинами. В то же время количество таких несчастных случаев ниже, чем в результате других видов человеческой деятельности. Коты, линии электропередач, высотные здания, окна и вышки связи убивают на несколько порядков больше птиц, чем ветряные турбины. И земля между турбинами пригодна для сельскохозяйственного использования.

Будущее ветроэнергетики

Как будет развиваться ветроэнергетика дальше? Выше головы прыгнуть трудно, и закон Беца пока никто не опроверг. Поэтому дальнейшее повышение эффективности ветроэнергетических установок имеет естественные границы, хотя простор для роста все еще есть. Очевидно, что ветрогенераторы будут и дальше увеличиваться в размерах. О гигантских «ветряных двигателях» прозорливо писал еще в 1899 г. фантаст Герберт Уэллс в романе «Когда спящий проснется». Сегодня специалисты уже прогнозируют 180-метровые мачты и роторы диаметром 250 м – размер имеет значение с точки зрения удельных эксплуатационных и капитальных затрат.

При этом важно иметь в виду, что вырабатываемая с помощью ветра (onshore) электроэнергия уже является конкурентоспособной по цене. Актуальные рыночные исследования, на которые мы ссылались ранее и которым уделим особое внимание в главе об экономике ВИЭ, подтверждают исключительную ценовую «демократичность» ветроэнергетики.

Ожидается ускорение роста морской (шельфовой) ветроэнергетики, которая важна для Европы, поскольку не занимает драгоценную площадь на суше. Ее ценовая конкурентоспособность будет достигнута в 2023 г., полагают исследователи из EY[89]. К 2050 г. на ее долю будет приходиться 25 % глобальных мощностей ветроэнергетики.

Принимая во внимание растущую экономическую привлекательность энергии из ветра в сочетании с практически неограниченными ветроэнергетическими ресурсами планеты, теоретически возможно снабжение всего человечества электроэнергией, полностью произведенной только на основе ветра. Исследование Гарвардского университета, основанное на весьма консервативных допущениях, показывает, что потенциал ветроэнергетики примерно в 40 раз превышает глобальное потребление электричества[90].

Нестабильность генерации, обусловленная природными факторами, требует, в случае существенного повышения доли ветроэнергетики в энергетическом балансе, создания соответствующих выравнивающих и аккумулирующих инструментов, обеспечивающих стабильность электроснабжения. В любом случае система с большой долей нестабильной генерации, такой как ветроэнергетика, требует в настоящее время наличия резервных электростанций (например, гидроаккумулирующих и газовых пиковых) для сглаживания неравномерности генерации.

В то же время многочисленные научные и отраслевые исследования не обнаруживают значимых препятствий для «поглощения» имеющимися сегодня электрическими сетями 30 % или даже более высокой доли переменчивой генерации на основе ВИЭ[91].

Среднегодовой темп роста мощностей мировой ветроэнергетики начиная с 2009 г. составляет 21,4 % в год, а за последнее десятилетие ее установленная мощность выросла в восемь раз[92]. Предположительно к 2020 г. она возрастет до 1000 ГВт[93] (это, для сравнения, более чем в четыре раза превосходит установленную мощность всех электростанций России).

Обобщение различных прогнозов и сценариев развития энергетических рынков и ветряного сегмента возобновляемой энергетики показывает интервал от 7 до 30,6 % – такую долю в мировом производстве электричества может занять ветроэнергетика к 2050 г.[94] При этом во многих технологически развитых странах доля ветроэнергетики может приближаться к верхней границе указанного интервала или даже превосходить ее. Дания, как мы видели, уже производит порядка 40 % электричества посредством энергии ветра, а по мнению министерства энергетики США в 2050 г. ветроэнергетика может вырабатывать 35 % американской электроэнергии[95]. Здесь, как и в других сегментах возобновляемой энергетики, дальнейшее развитие во многом будет зависеть от совершенствования технологий и развития сравнительных экономических преимуществ.

Биоэнергетика

Я не понимаю, чем вы будете топить. Газа вы не хотите, атомную энергетику не развиваете. …Дровами, что ли?

В. В. Путин

Биоэнергетика – выработка тепловой и электрической энергии на основе быстро возобновляемого органического сырья (биомассы). Биомассу называют накопленной солнечной энергией, подразумевая решающую роль солнца в образовании органических веществ.

Старейшим примером биоэнергетики (да и энергетики вообще) является сжигание дров для обогрева и приготовления пищи. Когда вы готовите шашлыки на дачном мангале, вы в общем-то тоже участвуете в биоэнергетическом процессе. Для обозначения такого способа выработки энергии, являющегося по нынешним критериям не самым эффективным и экологически чистым, используется термин «традиционная биомасса». Специалисты разделяют «традиционную биомассу» (traditional biomass) и «современную биомассу» (modern biomass) для того, чтобы отличать, в том числе и для целей статистики, возникшие недавно эффективные формы биоэнергетики от известного с начала времен использования растительного сырья для разведения огня. Традиционная биомасса покрывает сегодня 9 % мирового потребления энергии. Столь внушительная доля обусловлена тем, что порядка 2,6 млрд жителей Земли не имеют доступа к современным благам цивилизации и используют «подручное» сырье растительного происхождения для обогрева и приготовления пищи.

Хотя вездесущая статистика учитывает любые формы и подвиды использования биомассы, нас больше интересуют современные виды биоэнергетики, нежели разведение костров. Поэтому основное внимание мы уделим здесь именно современным способам освоения биологических источников, создающим конкуренцию углеводородам.

Совершенствование техники извлечения энергии из биомассы, повышение КПД энергоустановок, а также учет экологических факторов для снижения негативных последствий для экосистемы являются отличительными признаками современной, «новой» биоэнергетики, основными источниками которой являются:

1. Твердое топливо – древесина, древесные гранулы (пеллеты), производимые из отходов деревообработки и используемые для выработки тепла и электроэнергии.

2. Биогаз, получаемый из биологических отходов, специально выращиваемых «энергетических растений» (рапс, кукуруза), силоса, навоза, птичьего помета и т. п.

3. Жидкое биотопливо (спирт, биодизель), производимое из сахарного тростника, кукурузы, сои, сахарной свеклы, пальмового масла и т. п.

Разнообразие источников биологической энергии и современных методов их переработки позволяет применять биологическое возобновляемое сырье практически во всех сферах жизнеобеспечения: в производстве тепла, электроэнергии, транспортного топлива.

В отличие от солнечной и ветряной генерации выработка энергии из биологических источников является процессом, полностью контролируемым человеком. В этом плане биоэнергетика сходна с энергетикой традиционной. Технологический процесс производства энергии из возобновляемого органического сырья также почти не отличается от процессов газовой или угольной генерации. По сути биоэнергетика отличается от традиционной углеводородной энергетики только видом используемого сырья.

Возобновляемое растительное сырье обеспечило в 2013 г. 10 % мирового предложения первичной энергии – примерно 56,6 ЭДж (эксаджоулей)[96]. На «традиционную биомассу» в этой величине приходится 60 %. Доля «современной биомассы» складывается из 13 ЭДж, направляемых на цели отопления, и по 5 ЭДж используется для производства электроэнергии и биотоплива.

Таким образом, «современная биомасса» используется в первую очередь для производства тепловой энергии: 296 ГВт – совокупная мощность тепловой (био) генерации в мире[97]. Установленная мощность электрической генерации в мировой биоэнергетике в 2013 г. составила 88 ГВт с годовой выработкой 396 ТВт · ч. Прогноз роста к 2020 г. – 133 ГВт (615 ТВт · ч в год)[98]. Жидкое биотопливо покрывает 2,7 % потребностей мирового транспорта (2013 г.).

Твердое топливо

Вернемся к словам нашего президента, вынесенным в эпиграф данной главы. Да, современные европейцы и североамериканцы все больше топят «дровами», и древесное топливо занимает все большую долю в топливно-энергетическом балансе экономически развитых стран. Можно сказать, мы являемся свидетелями ренессанса печного отопления на более высоком технологическом уровне. Достаточно бросить взгляд на впечатляющие статистические данные производства и потребления древесных гранул (пеллет).

Если в 2000 г. их производство в Европе и Северной Америке составило 1,5 млн т, то в 2011 г. уже 16 млн т[99]. Другой источник сообщает нам, что в Европейском союзе в 2013 г. было потреблено 15 млн т пеллет (с годовым ростом 1 млн т, начиная с 2010 г.)[100].

Сегодня в Европе древесное отопление конкурирует с остальными способами теплоснабжения (явно превосходя, например, дизельное отопление). При этом, однако, картина его распространения по странам неоднородна. Так, в Австрии на человека приходится 50–60 кг пеллет в год, в Германии – 11 кг[101]. При организации отопления в новостройках пеллетное отопление выбирается в Австрии в 35 % случаев, в Германии – в 6 %. В Швеции биоэнергетика, преимущественно древесное сырье, обеспечивает функционирование более половины отопительных мощностей. Сюда относятся и индивидуальные пеллетные котлы, и крупные тепловые станции систем центрального отопления[102]. В Германии, Австрии и Италии пеллеты используются главным образом для отопления и горячего водоснабжения жилых домов (в год в Европе продается примерно 300 000 индивидуальных пеллетных котлов), в Великобритании, Нидерландах и Бельгии – для промышленной выработки электроэнергии. В Швеции и Дании развиты оба этих сегмента. Древесное топливо является главным источником энергии в Финляндии (обеспечивая примерно 25 % общего потребления), и доля его растет[103].

По данным исследования, проведенного французским Агентством окружающей среды и управления энергией (ADEME), все больше французов выбирает дерево в качестве топлива для своих жилищ. На сегодняшний день примерно 7,4 млн домохозяйств отапливается с помощью древесного сырья. Еще недавно, в 2009 г., их было всего 5,9 млн[104]. Любопытно, но объем сжигаемой древесины при этом не увеличился, поскольку рост энергоэффективности зданий и эффективности теплового оборудования обеспечивают меньшие удельные затраты топлива на обогрев жилищ. И Франция не страдает от истощения своих лесных богатств. Напротив, площадь лесов возрастает: в XX веке она выросла на 6 млн га и в настоящее время составляет 29 % всей территории страны.

Похожая ситуация и в лесном хозяйстве Германии. Несмотря на бум дровяного отопления и доминирующую долю собственного сырья, леса занимают примерно треть территории, а их площадь увеличилась на 0,4 % за последнее десятилетие[105].

В крупной биоэнергетике в качестве топлива используются не только древесные гранулы, но и отходы деревообработки разных видов. Например, в Бельгии в настоящее время реализуется проект крупнейшей в мире теплоэлектростанции (ТЭС) Bee Power Gent, которая будет работать на древесной щепе. Ее электрическая мощность составит 215 МВт, а тепловая – 100 МВт[106]. ТЭС будет вырабатывать примерно 2 % бельгийской электроэнергии и позволит обеспечить электричеством 450 000 домохозяйств.

Кстати, бурное развитие биоэнергетики, основанной на сжигании сырья древесного происхождения, создает хорошие предпосылки для расширения российского экспорта отходов и продуктов из отходов деревообработки. К тому же прогнозируется, что к 2025 г. рынок вырастет примерно в два раза, его размер превысит 50 млн т. В 2013 г. Европа импортировала 6,4 млн т пеллет. При этом доля России составила всего 0,64 млн т, в то время как Канада и США поставили в Европу 2 и 2,8 млн т соответственно[107]. Видимо, отходов российского лесного хозяйства недостаточно для экспорта, поскольку они сжигаются в качестве «порубочных остатков», усугубляя и без того тяжелую экологическую ситуацию, как это происходило в ноябре 2014 г. в Подмосковье…

Любые современные способы выработки энергии на основе древесного топлива предполагают процесс горения с сопутствующим выбросом вредных веществ в атмосферу – оксида азота, оксида углерода, метана, сернистого газа, мелкодисперсной пыли и т. п. Причем удельные объемы этих выбросов зачастую превышают соответствующие показатели газового и дизельного оборудования. Разумеется, здесь многое зависит от уровня и состояния используемой техники, но если сравнить самые современные и эффективные газовые и пеллетные котлы (к слову, КПД их сегодня примерно одинаков), то по «качеству выхлопа» преимущество будет не на стороне последних. Хотя показатели выбросов пеллетных котлов, разумеется, лежат в пределах экологических норм и весьма далеко от их предельных границ, может возникнуть вопрос: действительно ли древесное топливо является альтернативой ископаемому сырью с экологической точки зрения?

Правильный ответ: да, является, и вот почему. Экологичность того или иного вида сырья и топлива определяется не только вредными выбросами, но и более сложными критериями, которые учитывают еще два параметра: происхождение сырья и «климатический баланс» (carbon footprint – углеродный след). Древесное топливо – возобновляемый материал растительного происхождения. Выделяемое при его сжигании количество углекислого газа (CO_2) соответствует объему CO_2, поглощенному деревом в процессе роста. Соответственно, в данном случае принято говорить о нулевом климатическом (или углеродном) балансе или «климатической нейтральности» – вредный выброс скомпенсирован поглощением.

Разумеется, расчет углеродных балансов происходит не столь схематично, а по довольно сложным специальным методикам, которые должны в том числе учитывать временной лаг процессов сжигания топлива и его восстановления, период возмещения выбросов углерода («carbon payback period»). Особо любознательному читателю стоит обратить внимание, например, на GEMIS (Global Emissions Model for Integrated Systems) – компьютерную модель с интегрированной базой данных, позволяющую рассчитывать и сравнивать климатический баланс для разных видов сырья[108].

В соответствии с принятыми в европейских странах правилами расчетов углеродный баланс (удельный выброс углекислого газа) составляет для древесных пеллет 42 г/кВт · ч, в то время как для природного газа – 249, нефтепродуктов – 303, бурого угля – 452 г/кВт · ч[109]. То есть «углеродный след», нагрузка на окружающую среду при сжигании древесных гранул существенно ниже, чем при использовании ископаемого топлива.

Поскольку идеологической основой европейского и мирового «энергетического разворота» является установка на снижение выбросов парниковых газов и стремление к «климатической нейтральности», использование более чистого древесного топлива стимулируется с помощью разнообразных государственных программ. В сочетании с массовой обработкой населения социальной и торговой рекламой это приводит к устойчивому росту спроса на древесное тепло и развитию данного сегмента биоэнергетики в целом.

Биогаз

Биогаз – газ, получаемый брожением биомассы. В природных условиях биогаз образуется постоянно. В современной биоэнергетике естественно-природные процессы его образования поставлены человеком под контроль. Производство биогаза осуществляется на биогазовых станциях с помощью специальных установок. Произведенный биогаз состоит из метана (более 50 %) и углекислого газа, а также незначительного объема примесей (водорода и сероводорода). После очистки биогаза от CO_2 (biogas upgrading) получается биометан – полный аналог природного газа.

В отличие от солнца и ветра биогаз может, как и природный газ, запасаться и обеспечивать непрерывное производство электроэнергии, т. е. выполнять важную задачу энергоснабжения в периоды пиковых нагрузок электросети.

Биогаз может быть использован для электрической и тепловой генерации, заправки автомобилей (в крупных городах Швеции муниципальный автобусный парк заправляется местным биогазом), может закачиваться (после превращения в биометан) в существующие газовые сети и хранилища.

Зачем нужен биогаз, если есть газ природный и инфраструктура для его доставки?

Во-первых, биогаз производится из биомассы, возобновляемого растительного сырья – его производство и использование оставляет меньший углеродный след.

Во-вторых, при производстве биогаза могут (и должны) использоваться отходы сельскохозяйственного производства, что предотвращает загрязнение окружающей среды и повышает его эффективность.

В последние годы европейская биогазовая индустрия демонстрирует двузначные темпы роста. Производство электроэнергии из биогаза составило в ЕС в 2012 г. 46 419 ГВт · ч, в 2013 г. – 52 327 ГВт · ч (для сравнения: такое количество энергии примерно соответствует годовому электропотреблению Португалии). Больше половины европейского производства приходилось на Германию[110], в которой расположено 8700 биогазовых станций[111].

Мировым лидером по производству биогаза считается Китай[112], но здесь отмечается интересный феномен. Подавляющая часть китайского биогаза производится сельскими домашними хозяйствами для собственного потребления – отопления, приготовления пищи и даже, в некоторых случаях, производства электричества. Таких домашних биогазовых станций насчитывается 41 млн[113], и ожидается, что к 2020 г. их число достигнет 80 млн при активной государственной поддержке.

В производстве биогаза наиболее желательным с точки зрения экологии является использование отходов животноводства и птицеводства. Эти отрасли генерируют большие объемы жидких и твердых отходов, утилизация которых должна предваряться особо тщательной обработкой. В странах со слабым экологическим контролем, к которым относится и Россия, отходы животноводства могут отравлять почву и водоемы. Использование этих отходов для производства биогаза с последующей генерацией тепла и электроэнергии фактически является беспроигрышной стратегией. С одной стороны, в значительной мере снимается проблема загрязнения окружающей среды, с другой стороны, хозяйства и их окружение обеспечиваются «дармовой» энергией.

Однако данный разумный подход к биогазовой энергетике сталкивается, так сказать, с экономической реальностью. Дело в том, что производить биогаз из отходов животноводства дороже, чем из специально выращиваемых «энергетических растений», – необходима более сложная обработка исходного сырья с соответствующими дополнительными капитальными затратами.

С этой экономической реальностью жестко столкнулась Германия. Непродуманная политика стимулирования биогазового бизнеса способствовала не переработке отходов сельского хозяйства, а ориентации биоэнергетики на усиленную культивацию энергетических растений (в первую очередь кукурузы) на сельскохозяйственных землях для последующего производства электроэнергии, привела к массовому строительству биогазовых электростанций даже в природоохранных зонах. Площадь посевов кукурузы, используемой в биоэнергетике, за последнее десятилетие удвоилась, главным образом за счет других культур[114].

В 2014 г. германская политика в области биогаза подверглась серьезной корректировке. 1 августа вступила в силу новая редакция Закона о возобновляемых источниках энергии (EEG), в соответствии с которой дальнейшее развитие биогазовой энергетики должно основываться на переработке отходов, а не использовании специально выращиваемых энергетических культур. Ужесточение выразилось также в снижении зеленых тарифов и финансовых мерах, ограничивающих строительство крупных биогазовых электростанций. Аналогичные меры рассматриваются в настоящее время и в масштабах Европейского союза.

Таким образом, дальнейшая судьба биогазовой отрасли в Европе во многом выглядит неопределенной. Можно с достаточной долей уверенности предполагать, что сокращения существующих мощностей не будет, но вот темпы дальнейшего расширения предугадать сложно. Впрочем, существующие официальные европейские планы расширения (National Renewable Energy Actions Plans) пока никто не отменял. Они предусматривают объем биогазовой электрической генерации к 2020 г. на уровне 65 000 ГВт · ч (среднегодовой прирост 1,85 ГВт · ч)[115]. Для производства такого количества энергии необходимо 28 млн кубометров биогаза (эквивалента природного газа), что составляет 5 % европейского потребления природного газа.

При этом следует также учитывать, что такие крупные экономики с развитым сельским хозяйством, как Франция и Испания, имеют сегодня крайне низкую степень распространения биогазового бизнеса. Так, Франция по итогам 2013 г. уступает в производстве биогаза Италии в четыре раза, Германии – в 14 с лишним раз. Это является фактором, повышающим вероятность достижения заявленных целей роста.

Жидкое биотопливо

В отличие от других возобновляемых источников энергии биомасса может преобразовываться непосредственно в жидкое топливо, пригодное для использования на транспорте.

Как отмечалось выше, жидкое биотопливо (спирт-биоэтанол и биодизель) обеспечивают сегодня 2,7 % мировых потребностей транспорта. По данным Международного энергетического агентства, «к 2050 г. биотопливо может обеспечивать 27 % потребления транспортного топлива, способствуя замещению дизеля, керосина и авиационного топлива. Прогнозируемый объем использования биотоплива позволит сократить выбросы CO_2 на 2,1 Гт в год в том случае, если топливо будет производится экологически устойчивым способом»[116].

На мой взгляд, ценность столь долгосрочного прогноза не слишком велика. В настоящее время мир переживает бурный рост электротранспорта и появление в массовой продаже автомобилей на топливных элементах. Поэтому судьба двигателя внутреннего сгорания и топлива для него будет во многом зависеть от развития данных сегментов транспортного рынка.

Мировыми лидерами в производстве и использовании биоэтанола являются США и Бразилия, в производстве биодизеля лидирует Европейский союз (примерно 53 % мирового производства).

Этанол в основном используется как добавка к бензину для увеличения октанового числа и сокращения выбросов угарного газа и прочих вредных веществ. Некоторые современные транспортные средства, называемые «мультитопливными автомобилями», способны ездить на топливе с довольно большой долей эталона. Например, топливо марки Е 85 содержит 85 % этанола и только 15 % бензина. В Бразилии, одном из главных потребителей биоэтанола, производятся десятки моделей транспортных средств, использующих в качестве топлива смесь с большой долей спирта.

Биодизель производится путем смешивания спирта (как правило, метанола) с растительным маслом или животным жиром. Он может использоваться в качестве добавки (обычно 20 %) к обычному дизельному топливу или в чистом виде в качестве возобновляемого альтернативного топлива для дизельных двигателей. Помимо автотранспорта ведутся активные эксперименты по применению биодизеля в авиации.

Ценность биотоплива как ресурса, замещающего традиционное углеводородное сырье, сомнительна. Во-первых, биотопливо не отличается высокой энергетической окупаемостью. «Для производства одного галлона этанола требуется использовать больше одного галлона ископаемого топлива, на 29 % больше. Это происходит потому, что нужно затратить огромное количество энергии для выращивания зерна (в том числе на удобрения и орошение), его транспортировку, а затем для превращения его в этанол»[117].

Во-вторых, производство биотоплива часто связано с негативными экологическими последствиями. Например, в Юго-Восточной Азии (Индонезия, Малайзия) вырубаются массивы джунглей для культивации масличной пальмы, что нарушает природный баланс и не только не сокращает, но даже может увеличивать глобальные выбросы парниковых газов, поскольку земли зачастую расчищаются с помощью огня.

Подведем итоги. Современная биоэнергетика – самый «спорный» вид возобновляемой энергетики – в прошедшее десятилетие демонстрировала бурный рост в глобальном масштабе. Ее технологии апробированы и эффективны.

Нет сомнений, что биоэнергетика постепенно расширяет свою долю в энергетическом пироге и теснит традиционные энергоносители. Всемирная ассоциация биоэнергетики заявляет, что «мировой потенциал биоэнергетики достаточен для удовлетворения глобальной потребности в энергии в 2050 г.»[118]. По моему мнению, доля биоэнергетики вряд ли станет столь значительной, но на 10–20 % мирового энергетического рынка претендовать она может. Международное энергетическое агентство предполагает, что к 2050 г. биоэнергетика будет обеспечивать 7,5 % мирового производства электричества и 15 % тепловой энергии, а в сегменте зданий будет покрывать до 20 % потребности в тепле[119].

В отдельных странах Европы, обладающих значительными биоресурсами и усиленно развивающих биогазовые технологии, выработка тепла и электроэнергии на основе биомассы может занять лидирующее место в теплоэнергетике уже в ближайшие годы, что окажет непосредственное влияние на перспективы экспорта российского газа в западном направлении.

Биоэнергетика будет играть важную роль в системах децентрализованного, локального электро– и теплоснабжения, вплоть до полного обеспечения энергией сельскохозяйственных производств и прилегающих к ним населенных пунктов.

Современная биоэнергетика будет (и должна) являться важным дополнением сельскохозяйственного производства. Переработка отходов, в первую очередь животноводства, но также и растениеводства способствует 1) решению природоохранных задач и 2) обеспечению сельского хозяйства энергоресурсами.

В то же время чрезмерное «увлечение» производством топлива из биологического возобновляемого сырья может приводить к отрицательным последствиям для окружающей среды и конкуренции с сельскохозяйственным производством продуктов питания.

Таким образом, стимулирование развития биоэнергетики требует «точной настройки», умного государственного регулирования и должно осуществляться только в такой мере, в какой она не начинает угрожать экологии и конкурировать за площади с сельским хозяйством.

Геотермальная энергетика и тепловые насосы

Наша Земля содержит в своих глубинах тепловую энергию, которую в пересчете на физические единицы можно оценить в 1031 джоулей, что в 100 млрд раз превышает годовое потребление энергии человечеством. Собственно, на освоение крошечной части этого гигантского потенциала и работает геотермальная энергетика.

Геотермальные энергетические ресурсы практически бесконечны и неисчерпаемы. Тем не менее возможности их использования зависят как от географического положения наиболее удобных для освоения мест, так и уровня развития технологий, позволяющих извлекать энергию Земли с оправдывающими себя финансовыми затратами.

Геотермальную энергетику разделяют на гидротермальную, использующую тепло теплых поземных вод, источников, пара, и петротермальную, добывающую энергию из не жидкой подземной среды. Очевидно, что потенциал петротермального направления на порядки выше, поскольку горячие источники и подземные воды обнаруживаются на Земле точечно, а высокая температура глубин Земли существует везде – это естественная характеристика нашей планеты. В то же время с технико-экономической точки зрения извлечение энергии из сухих пород сложнее и дороже.

Тепло Земли используется как напрямую для отопления и горячего водоснабжения с помощью геотермальных источников, так и для производства электроэнергии и тепла путем преобразования тепловых ресурсов Земли с помощью специального оборудования. Для выработки электроэнергии требуется высокая, превышающая 100 °С, температура теплоисточника.

Геотермальные электростанции

Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) практически ничем не отличается от принципа функционирования обычной тепловой электростанции (ТЭС). Различие состоит в первичном источнике энергии, которым в случае ТЭС является углеводородное топливо (мазут, уголь, газ), преобразующее воду в пар, который необходим для вращения турбины и производства электроэнергии. ГеоЭС получает пар из недр Земли в готовом виде, первичным (и возобновляемым) источником энергии здесь является тепло нашей планеты.

На прямое использование тепла недр сегодня приходится большая доля геотермальной энергетики (91 ТВт · ч). В этом направлении доминирует Китай (45 ТВт · ч в 2011 г.). Производство электричества составило в 2013 г. 76 ТВт · ч. Общий мировой объем генерирующих мощностей оценивается в 12 ГВт, в 2013 г. прирост составил 530 МВт, из которых 241 МВт пришелся на Новую Зеландию[120].

Мировым лидером в геотермальной электроэнергетике являются США с размером установленной мощности 3,4 ГВт, за ними следуют Филиппины (1,9), Индонезия (1,3), Мексика (1,0), Новая Зеландия (0,9), Италия (0,9), Исландия (0,7)[121]. России, увы, в списке лидеров нет, несмотря на богатые легкодоступные геотермальные ресурсы Камчатского края, Курильских островов и Кавказа. Наша страна располагает установленной мощностью 0,08 ГВт[122], немного уступая по этому показателю Никарагуа.

Лидером по доле геотермальной энергетики в национальной экономике, безусловно, является Исландия, славящаяся своими геотермальными источниками. «В Исландии в настоящее время более 60 % всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счет геотермальных источников обеспечивается 90 % отопления и 30 % выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, т. е. также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия служит своего рода мировым экологическим эталоном»[123].

Является ли геотермальная энергетика экологически чистой? Как и в любом ином виде человеческой деятельности, здесь многое зависит от используемых подходов и технологий.

Геотермальные водные ресурсы могут содержать целый набор газов, в частности двуокись углерода (CO_2), сероводород (H2S), метан (CH4) и аммиак (NH3). В случае извлечения подземных жидкостей могут происходить выбросы данных веществ, способствующих загрязнению окружающей среды, кислотным дождям и т. п. Тем не менее существующие геотермальные электростанции характеризуются умеренным уровнем выбросов, составляющим в среднем в среднем 122 кг CO_2 на мегаватт-час электроэнергии, что существенно ниже выбросов генерации на ископаемом топливе[124].

В дополнение к газам горячая вода из геотермальных источников может содержать такие токсичные элементы, как ртуть, мышьяк и бор. Эти химические вещества загрязняют окружающую среду, если после отработки использованные жидкости сливаются в грунт или водоемы. Современная практика геотермальной энергетики предусматривает закачку охлажденной геотермальной жидкости обратно в исходный водоносный горизонт, исключая ее контакт с окружающей средой. Данная технология реализуется и в России, в частности на Верхне-Мутновской ГеоЭС на Камчатке[125].

Добыча термальной воды (впрочем, как и обычной) может вызывать просадку или подвижки грунта, а чрезмерно активное использование геотермальных ресурсов с использованием технологий гидроразрыва пласта может даже провоцировать землетрясения. Например, в швейцарском Базеле геотермальный проект с участием городских властей был остановлен после того, как в результате закачки (инъекций) воды специалисты зафиксировали в течение первых шести дней более 10 000 (!) подземных толчков, сила которых достигала 3,4 балла по шкале Рихтера[126].

Таким образом, геотермальная энергетика не лишена экологических рисков, однако их уровень в целом ниже, чем у традиционной углеводородной энергетики.

Как следует из приведенных выше данных о распространении геотермальной энергетики, она занимает в мировой электрической генерации крошечную долю, которая оценивается примерно в 0,3 % выработки электроэнергии на Земле[127]. Хотя по прогнозу Международного энергетического агентства доля геотермальной энергетики будет увеличиваться и составит к 2050 г. 3,5 % мирового производства электричества, ее значение останется невысоким[128]. Поэтому создается впечатление, что с этой стороны угроза сырьевой власти отсутствует.

Тепловые насосы

Однако это не совсем так. В экономически развитых странах технологии использования тепла окружающей среды и грунта создают серьезную конкуренцию традиционным источникам тепловой энергии, а тепло – это почти половина мирового потребления энергии[129]. Речь идет об использовании воздушных и геотермальных (грунтовых) тепловых насосов, которые прочно завоевали видное место на европейском и североамериканском рынке отопительного оборудования.

Тепловой насос по своей сути и принципу работы не отличается от обычного бытового холодильника и состоит из тех же самых компонентов (компрессора, испарителя, конденсатора, расширительного клапана). Отличается лишь направленность работы. Холодильник производит холод (понижает температуру) и отдает тепло в помещение, тепловой насос отбирает тепло у окружающей среды (воды, грунта, воздуха) и использует его для повышения температуры. Например, грунтовой тепловой насос преобразует тепло грунта, который на глубине нескольких метров круглогодично имеет постоянную плюсовую температуру, в более высокую температуру теплоносителя.

Тепловой насос, как и холодильник, работает «от розетки», т. е. потребляет электроэнергию для извлечения тепла окружающей среды. При этом на единицу потребленной электроэнергии он способен выдавать до пяти единиц тепловой энергии (отношение полученной и затраченной энергии называется коэффициентом эффективности, по-английски coefficient of performance – COP). Поэтому данное оборудование считается экологичной и эффективной альтернативой традиционному отоплению на основе углеводородного топлива, годной к применению практически повсеместно (за исключением, пожалуй, регионов вечной мерзлоты). Иными словами, генерируемая тепловая энергия до 80 % является возобновляемой. Если же работа теплового насоса обеспечивается электроэнергией из возобновляемых источников, а такие схемы активно практикуются на европейском рынке, мы получаем полностью «климатически нейтральное» оборудование с нулевым расходом первичной энергии.

Другим преимуществом теплового насоса (и принципиальным его отличием, скажем, от газового котла) является возможность двусторонней работы – не только на тепло, но и на охлаждение помещений в теплое время года, т. е. способность большинства моделей работать в качестве «холодильника» для помещений.

Развитие техники, повышение эффективности оборудования, рост производства, сопровождающийся снижением цен, привели к росту популярности тепловых насосов у потребителей. Например, в последние годы на их долю стабильно приходится порядка 20 % в отопительном оборудовании в новых домах в Германии (в 2013 г. – 22,5 %), при этом еще совсем недавно, в 2000 г., доля тепловых насосов составляла всего 0,8 %[130]. В Дании, Швеции и Швейцарии тепловые насосы исторически занимают весомую долю на рынке отопительного оборудования.

По мнению Международного энергетического агентства, тепловые насосы будут покрывать 10 % потребностей в энергии на отопление в странах ОЭСР к 2020 г. и 30 % – к 2050 г.[131] При этом к 2050 г. в 50–70 % новых зданий в указанном регионе будут устанавливаться тепловые насосы[132]. В Швейцарской стратегии развития чистых технологий прямо говорится, что «большинство зданий в будущем станут отапливаться с помощью тепловых насосов… Это приведет к сокращению затрат драгоценной энергии на производство тепла на 80 %»[133].

Прогнозы развития рынка тепловых насосов в Европе зачастую в числе целей прямо указывают отказ от российских энергоносителей. Например, установка 54 млн тепловых насосов в Европе в дополнение к 6 млн уже работающих полностью снимет потребность в импорте российского газа, сообщает Европейская ассоциация теплонасосной техники (EHPA). Достижение данного объема к 2030 г. расценивается как вполне реалистичный сценарий[134].

Итак, геотермальная энергетика в целом имеет сегодня ограниченное, локальное применение, ее доля в обеспечении мирового потребления энергии крайне мала и вряд ли существенно вырастет в обозримом будущем (если только не появятся принципиально новые, прорывные технологии).

В то же время в экономически развитых странах происходит бурное распространение тепловых насосов, которые заменяют традиционные способы отопления и горячего водоснабжения на основе углеводородного топлива. Использование дизельного отопления практически сошло на нет, а доля природного газа сокращается. Таким образом, широкое распространение теплонасосной техники в странах, относящихся к числу основных потребителей традиционных сырьевых ресурсов, способствует постепенному сокращению спроса на углеводородное топливо.

Гидроэнергетика

Россия является одним из мировых лидеров возобновляемой энергетики.

Вы не ослышались. Богатые водные ресурсы и их использование для производства электроэнергии ставят Российскую Федерацию в первую десятку стран c наиболее развитой возобновляемой энергетикой, к которой относят и гидроэнергетику, занимающуюся преобразованием энергии текущей воды в электрическую энергию.

Несмотря на гигантские электростанции и огромные плотины, приведшие к созданию настоящих внутренних морей и известные большинству наших соотечественников по теленовостям, курсу истории и географии, Россия довольно скромно использует свой гидроэнергетический потенциал. По установленной мощности гидроэлектростанций (46,7 ГВт) РФ занимает пятое место в мире после Китая (260 ГВт), Бразилии (85,7 ГВт), США (78,4 ГВт) и Канады (76,2 ГВт). Также пятое место мы занимаем по годовой выработке электроэнергии гидроэлектростанциями[135].

Абсолютным мировым лидером по доле гидроэнергетики в энергетическом балансе является «нефтегазовая сверхдержава» Норвегия. Несмотря на сырьевые богатства, 96,7 % электричества производится здесь гидроэлектростанциями[136]. Норвегия стремится торговать на мировом рынке не только углеводородами, но и чистой электроэнергией, реализуя, например, проект по морской прокладке 700-километрового кабеля для экспорта энергии в Великобританию[137].

Энергия воды

Человек использует энергию воды с незапамятных времен. В Древней Индии строились водяные мельницы и водяные колеса, в Римской империи водяные мельницы использовались не только для помола зерна, но и для распиловки дерева и камня. В Китае водяные мельницы были известны еще во времена династии Хань (со II в. до н. э.).

В 1753 г. французский генерал-изобретатель Бернар де Белидор опубликовал Architecture Hydraulique, труд, где описывался принцип работы вертикально– и горизонтально-осевых гидравлических машин, которые впоследствии стали сочетать с электрическим генератором после его разработки в XIX веке. В 1767 г. английский инженер Джон Смитон создал первое водяное колесо из чугуна.

Основы современной гидроэнергетики были заложены еще в первой половине XIX века, когда была разработана и описана водяная турбина. В 1837 г. русский изобретатель Игнатий Сафонов создал первый в России двигатель нового типа, водяную турбину. Она имела КПД 0,53, который впоследствии увеличили до 0,70 в промышленных образцах. Одновременно с Сафоновым разработку вел французский инженер Фурнерон, представивший в 1834 г. первый работающий образец своей водяной турбины.

В 1848 г. переехавший в США британский инженер Джеймс Френсис усовершенствовал гидравлическую машину, создав радиально-осевую «турбину Френсиса». Его математические методы расчета и чертежи позволили конструировать высокоэффективные турбины с учетом конкретных условий водяного потока. Турбина Френсиса и сейчас является самым распространенным типом гидротурбин.

Считается, что впервые энергия воды для производства электричества была использована английским промышленником Уильямом Армстронгом в 1878 г. Электростанция служила для питания единственной электродуговой лампы в его художественной галерее.

Первая «полноценная» электростанция была запущена в 1882 г. на Фокс-Ривер в городе Эплтон, штат Висконсин, США. К 1886 г. в США и Канаде работало уже 45 гидроэлектростанций. Стремительное развитие промышленности в сочетании с переходом на электрическое освещение на рубеже веков обусловили бум в гидроэнергетике. В 1889 г. число ГЭС в Северной Америке увеличилось до 200. Первая гидроэлектростанция в России была открыта в 1892 г.

Несмотря на то что гидроэнергетика общепризнанно рассматривается в качестве важного средства, обеспечивающего экономическое развитие без загрязнения атмосферы выбросами углекислого газа, пик ее значимости для мирового энергоснабжения пройден уже давно. Привязка к географическому положению и соответствующее постепенное исчерпание гидроэнергетического потенциала, необходимость в большинстве случаев вывода из оборота земель и переселения жителей, сложность проектирования (географические и геологические условия в каждом случае уникальны), масштабные риски проектных и строительных ошибок, длительные сроки строительства – эти обстоятельства привели к уменьшению доли ГЭС в пользу других форм энергетики (тепловой и атомной).

Если в 1920–1940-х гг. гидроэнергетика обеспечивала до 40 % производства электроэнергии в США, то в настоящее время ее доля составляет 6–8 %[138]. В 1973 г. на гидроэнергетику приходилось 20,9 % мирового производства электричества, в 2012 г. – 16,2 %[139]. В России гидроэлектростанции вырабатывают в настоящее время 16–18 % производимой в стране электроэнергии, что примерно соответствует общемировому уровню.

Гидроэнергетика важна не только для производства электроэнергии. Особый подвид ГЭС – гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) – выполняет важную функцию покрытия пиковых нагрузок электрической сети и ее стабилизации, о чем будет рассказано дальше в главе «Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии».

Издержки гидроэнергетики

Большая гидроэнергетика отличается высокой капиталоемкостью. Достаточно сложно и вряд ли целесообразно высчитывать среднемировой размер удельных капитальных затрат при возведении ГЭС, поскольку каждое строительство характеризуется своими уникальными географическими и технологическими условиями. При этом очевидно, что создание крупных плотин связано с колоссальными финансовыми и временными издержками (интересно, смог бы кто-нибудь подсчитать удельные капитальные затраты на сооружение, например, отечественной Бурейской ГЭС, которая строилась с 1976 по 2003 г.).

Данные Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA) дают большой разброс удельных капитальных затрат на строительство крупных гидроэлектростанций: $1050–7650 на киловатт установленной мощности[140]. Министерство энергетики США приводит показатель $2963 на киловатт[141] (для условной станции мощностью 0,5 ГВт). В России «считается, что удельные капитальные вложения в генерирующие мощности для крупных ГЭС в 1,5–2 раза выше, чем для тепловых угольных станций»[142]. При этом последующая эксплуатация ГЭС и выработка энергии не связана с использованием углеводородного топлива, соответственно, себестоимость электроэнергии и приведенная стоимость производства электричества (LCOE) с учетом длительного срока службы станций находятся на достаточно низком уровне. Упомянутое выше исследование IRENA приводит также достаточно широкий интервал затрат $0,02–0,19 на произведенный киловатт-час.

Несмотря на возобновляемую природу, большая гидроэнергетика является довольно опасным занятием. Как, впрочем, любое крупное вмешательство человека в окружающую среду в попытке подчинить себе силы и энергию природы. Еще свежа в памяти страшная катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС, унесшая жизнь 75 человек. Но крупнейшей техногенной катастрофой является до сих пор прорыв дамбы Баньцяо в 1975 г. в Китае, количество жертв которой составило 171 000 человек[143].

Кроме того, строительство крупных гидроэлектростанций во многих случаях влечет за собой значительные, но трудноизмеримые негативные экологические и социальные последствия. Достаточно легко подсчитать количество CO_2, не попавшего в атмосферу в результате работы ГЭС, но весьма сложно оценить издержки экосистемы в целом.

После наполнения в 40-х гг. прошлого века чаши Рыбинского, крупнейшего на то время в мире, искусственного водохранилища ушла под воду и была изъята из хозяйственного оборота восьмая часть ярославской земли, в том числе 80 000 га лучших в Поволжье пойменных заливных лугов, травы которых по своему качеству не уступали травам с альпийских лугов, более 70 000 га веками возделываемой пашни, более 30 000 га высокопродуктивных пастбищ, более 250 000 га грибных и ягодных лесов[144]. В прибрежной зоне изменился микроклимат – увеличилась сила и повторяемость ветров, весной водохранилище оказывает охлаждающее воздействие, осенью – отепляющее; вегетационный период сократился на 4–5 дней[145].

При строительстве водохранилища пришлось переселить 130 000 человек, были затоплены сотни населенных пунктов, самым известных из которых являлся древний город Молога. Вместе с ним на дно искусственного моря погрузились многочисленные храмы, монастыри, памятники истории и культуры.

Крупнейшее в истории «переселение народов» в связи со строительством ГЭС произошло в Китае при возведении самой большой в мире электростанции «Три ущелья» (установленная мощность: 22,5 ГВт, строительство завершено в 2012 г.). Оно затронуло более 1,2 млн человек.

Таким образом, низкая себестоимость электричества, вырабатываемого ГЭС, имеет, простите за тавтологию, свою, и порой высокую, цену. «Большинство экологических и социальных ущербов от существования ГЭС не учитываются в цене гидроэнергии. В капитальные затраты в лучшем случае входит стоимость лесосведения, компенсационные платежи за отчуждение земель, затраты на охрану окружающей среды, подсчитанные по существующим нормативам. Последние колоссально занижены, да и экологический ущерб не сводится только к потере пастбища или поля. Уменьшение площади лесов, степей и прочих природных ресурсов является невосполнимой утратой, поскольку они теряются навсегда. Как оценить их потерю или изменение климата?»[146]

Во многом по данной причине для целей классификации принято разделять крупную гидроэнергетику, связанную с масштабной «переделкой» окружающего пространства, и ее малый подвид (small hydropower). По российской классификации к малой гидроэнергетике относятся электростанции с установленной мощностью не более 30 МВт (ГОСТ Р 51238-98). Кстати, именно малая гидроэнергетика попадает у нас в категорию возобновляемой (для целей программ государственной поддержки возобновляемой энергетики). Это в общем-то оправданно и с экологической точки зрения, поскольку малые ГЭС, очевидно, разрушают окружающую среду в меньшей степени.

Как будет развиваться гидроэнергетика в дальнейшем? Она станет расти, в особенности при ужесточении международной политики, направленной на сокращение выбросов парниковых газов. Тем не менее мы не ждем здесь бурного роста, в том числе и по естественным причинам. Многие страны близки к исчерпанию своего гидроэнергетического потенциала. В Швейцарии он использован почти на 90 %, в Норвегии и Канаде – на 70 %. Лишь богатая водными ресурсами Россия задействует свой потенциал всего на 20 % возможностей. Таким образом, несмотря на то что доля гидроэнергетики в мировом производстве электричества сокращаться не будет, ее дальнейшее развитие само по себе не окажет существенного влияния на сырьевые рынки.

Транспорт без нефти

Транспорт является основным потребителем нефти. В 1973 г. в данном секторе было сожжено 45,4 % добытого мирового черного золота, а в 2012 г. его доля составила уже 63,7 %[147]. Электроэнергетика – второстепенный рынок для нефти. Поэтому распространение возобновляемой энергетики вроде бы не является для нефтяных рынков существенной угрозой. Проблемы приходят к нефтяникам с другой стороны.

Оптимистичные прогнозы будущего потребления нефти, выдаваемые объединениями экспортеров нефти, Международным энергетическим агентством, аналитиками нефтяных компаний, основываются фактически на единственной ключевой гипотезе: благосостояние граждан Китая и Индии будет расти, соответственно, они будут покупать автомобили, а мировая нефтяная индустрия получит сотни миллионов новых клиентов.

Прогноз ОПЕК обещает умеренный мировой рост потребления нефти как в среднесрочной (до 2019 г.), так и в долгосрочной (до 2040 г.) перспективе главным образом за счет развивающихся рынков[148], поскольку спрос на нефть в странах «золотого миллиарда» стагнирует уже десятилетие. С 2010 по 2040 г. потребление нефтепродуктов в транспортном секторе в странах ОЭСР (32 страны) сократится на 10 %, считают аналитики нефтяного гиганта Exxon. В то же время в остальном мире потребление должно удвоиться. Более половины роста мирового рынка в этот период будет обеспечено совместно Китаем и Индией[149].

В то же время существуют другие точки зрения и иные тенденции. «Мы [т. е. человечество], без сомнения, заменим нефть в сфере наземного транспорта на электричество и топливные элементы. Вопрос только в том, займет это 20 или 40 лет», – говорит Джереми Грэнтам, один из крупнейших управляющих инвестициями в мире[150]. Уже сегодня, на наших глазах электромобили и автомобили на топливных элементах (fuel cells) начинают серьезно теснить двигатель внутреннего сгорания.

Прошлое и настоящее электромобиля

Что представляет собой электромобиль? Это автомобиль, приводимый в движение электрическим мотором, аккумуляторы которого заряжаются «от розетки». Различают «чистые» электромобили, источником движения которых являются только электромоторы (plug-in), и «гибридные», сочетающие в себе двигатели внутреннего сгорания и электрические (plug-in hybrids).

Электромобиль известен давно, с 80-х гг. XIX века, на рубеже XIX и XX веков он был популярен, но уступил преимущество более эффективному средству передвижения, оснащенному двигателем внутреннего сгорания. Чем объясняется происходящий на наших глазах ренессанс транспортных средств на электрической тяге? Он обусловлен сочетанием растущего понимания необходимости борьбы с глобальным потеплением климата и сокращения выбросов парниковых газов, обеспокоенности мирового сообщества непредсказуемостью цен на нефть и развития автомобилестроения, электродвигателя и аккумуляторных технологий.

Является ли электромобиль чистым транспортным средством? С точки зрения использования первичной энергии электричество считается самым «грязным» видом, поскольку для производства электроэнергии могут сжигаться невозобновляемые ресурсы, а ее доставка сопровождается сетевыми потерями. Разумеется, источник и место производства электроэнергии имеют значение. Заряжать автомобиль энергией, произведенной чадящей в черте города угольной ТЭЦ, не очень-то экологично. Поэтому в последнее время производители и регуляторы стремятся реализовывать в данной сфере комплексные или «замкнутые» экологические решения, предполагающие поставку чистой (произведенной из ВИЭ) электрической энергии для зарядки электромобилей. В Европе, Северной Америке и технологически развитых странах Азии активно строятся жилые (и нежилые) дома с интегрированными автомобильными зарядными станциями, источником энергии для которых являются также интегрированные в здание солнечные модули и системы аккумулирования энергии.

Насколько нынешнее увлечение человечества электромобилем серьезно? Ведь в истории уже отмечались случаи повышения интереса к электромобилю, потом сходившие на нет, например в 70-х гг. прошлого столетия. Сегодняшние обстоятельства, тренды и статистика показывают, что в этот раз все гораздо серьезнее.

Во-первых, современная политика крайне положительно относится к вопросам стимулирования электрического транспорта, а широкие слои граждан в разных странах мира являются горячими сторонниками экологичного образа жизни.

Во-вторых, в 2013–2014 гг. электромобиль стал товаром массового спроса, его серийное производство наладили все ведущие, в том числе китайские, игроки автомобильного рынка. Техника стала доступнее, количество проданных электромобилей доказывает еще сомневающимся потенциальным покупателям, что это обыкновенное, практичное и надежное транспортное средство. Владение автомобилями с двигателем внутреннего сгорания, особенно большого литража, постепенно становится моветоном.

По состоянию на сентябрь 2014 г. в мире было продано более 600 000 электромобилей, включая plug-in гибриды, а к концу года их парк насчитывал уже 740 000[151]. В ряде стран легковые электромобили уже начинают занимать весомую долю в продажах автотранспортных средств. Например, в Норвегии в 2013 г. она составила 6,1 %[152].

Больше, быстрее, дальше, дешевле

По прогнозам Международного энергетического агентства к 2020 г. электромобили займут 2 %-ную долю мирового легкового автомобильного парка, что в числовом выражении составит 20 млн единиц[153]. Центр исследований автотранспорта в Институте Гельзенкирхена (Германия) считает, что к 2025 г. в Европе в легковом сегменте будут продаваться исключительно электромобили и автомобили с гибридными двигателями[154]. Швеция намерена к 2030 г. обеспечить 100 %-ный переход автомобильного транспорта на неуглеродные виды топлива – речь идет об электромобилях и автомобилях на биодизеле[155]. К 2040 г. 75 % километров, пройденных легковым транспортом, будет приходиться на электромобили[156]. Стремительность распространения электротранспорта подтверждает тот факт, что количество станций зарядки электромобилей в Японии уже превысило число обычных бензиновых заправочных станций[157].

В ответ на недовольство потребителей долгими сроками зарядки электромобилей были созданы и развиваются станции быстрой зарядки, позволяющие заряжать аккумуляторы в десять раз быстрее, чем от бытовой розетки. В декабре 2014 г. в Европе начал осуществляться проект ELECTRIC (European Long-Distance Electric Clean Transport Road Infrastructure Corridor), предусматривающий строительство 155 современнейших станций быстрой зарядки на основных трассах, связывающих Швецию, Данию, Голландию и Германию[158]. Автоконцерны BMW и Volkswagen объединяются для строительства сети станций быстрой зарядки, связывающей Западное и Восточное побережье США[159].

Дальнейший рост рынка электромобилей во многом зависит от развития аккумуляторных технологий. Сегодня основным видом батарей, применяемых в электромобилях, являются литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы и их подвиды. Они давно известны, совершенствуются, становятся легче, мощнее, дешевле, повышая доступность электромобиля для покупателей. Цена «топливного устройства», т. е. аккумулятора, с помощью которого приводится в движение электромотор, является важным фактором стоимости и, соответственно, конкурентоспособности электромобиля. И здесь наблюдается многообещающая тенденция.

В частности, прогнозируется, что колоссальные инвестиции в производство литийионных аккумуляторов, осуществляемые Илоном Маском (бренд Tesla) и другими производителями, приведут к снижению цены батарей в два раза к 2020 г.[160] Консалтинговая компания McKinsey в 2012 г. прогнозировала падение цены с $500–600 до $200 за киловатт-час к 2020 г.[161] (на американском рынке электромобиль становится абсолютным конкурентом традиционного бензинового транспортного средства при цене примерно $250 за киловатт-час). Между тем к этому уровню цен производители приближаются уже сейчас, а Илон Маск считает, что возможно достичь ценового уровня $100 раньше 2020 г.[162]

Не исключено, что прорывом в развитии аккумуляторной техники станет использование графена в производстве батарей. Испанская компания Graphenano разработала аккумуляторы, которые на 77 % (!) дешевле и легче используемых сегодня, обеспечивают запас хода 1000 км и при этом заряжаются всего за десять минут[163].

Бурное развитие аккумуляторных технологий для автомобильной индустрии также подстегивает рост рынка систем бытового и промышленного хранения энергии и, кроме того, превращает автомобиль в составную часть будущей энергетической системы. «К 2030 г. пункты зарядки электромобилей и автомобилей на топливных элементах появятся практически везде и образуют распределенную инфраструктуру для получения энергии из электросети и возврата ее в сеть»[164].

Вернувшись к прогнозам развития нефтяного рынка и гипотезе бурного развития его азиатского сегмента, отметим, что руководство Китая и китайский народ весьма обеспокоены экологическими проблемами страны. Китайское правительство прикладывает значительные усилия для стимулирования чистого транспорта. Это и налоговые льготы, и дополнительный налог на бензин, и весомые субсидии гражданам на приобретение электромобиля (вплоть до $10 000 на автомобиль)[165]. Китай планирует довести количество электромобилей до 500 000 в 2015 г. и до 5 млн к 2020 г. К слову, по дорогам Поднебесной сегодня ездят примерно 150 млн двухколесных транспортных средств с электродвигателями. Начиная с 2016 г. 30 % государственных закупок автотранспорта должно приходиться на электромобили. В сеть, которая к концу 2015 г. должна состоять из 400 000 станций зарядки электромобилей, вкладываются десятки миллиардов долларов государственных инвестиций[166]. Собственную сеть электрозаправок строит в Китае и Tesla. Если мы добавим сюда административные возможности китайского руководства по реализации своей «политической воли», мировые перспективы двигателя внутреннего сгорания тускнеют еще больше. Последние статистические данные и прогнозы показывают, что радужные планы сырьевых гигантов в части китайского рынка могут и не сбыться и спрос на нефтяное топливо в Китае активно и долгосрочно расти не будет[167].

Другой азиатский гигант, Индия, также строит амбициозные планы по развитию возобновляемой энергетики и альтернативного транспорта. В настоящее время действует государственный план, предусматривающий реализацию 6–7 млн электромобилей до 2020 г.[168]

Кроме того, развиваются, переходя в серийную стадию, и альтернативные технологии аккумулирования энергии, приводящей в движение электромоторы. По дорогам Европы уже ездит «Квант», спортивный седан, разгоняющийся до сотни за 2,8 секунды благодаря электродвигателю мощностью 920 л. с. Откуда такие показатели, не снившиеся и Ferrari? Такую силу и динамику обеспечивает не нефть, а соленая вода – электродвигатель работает на проточных аккумуляторах (flow batteries).

Водородные технологии?

В 2014 г. в массовую продажу стали поступать автомобили на топливных элементах (fuel cells). Топливный элемент – устройство, в котором в результате химической реакции веществ вырабатывается электрический ток. Обычно этими веществами являются водород и кислород.

Технология топливных элементов известна давно, их принцип действия был открыт еще в первой половине XIX века. Серийно топливные элементы довольно длительное время используются в космической отрасли, в том числе они применялись на российском корабле многоразового использования «Буран». Автомобильная промышленность начиная с 1990-х гг. создавала экспериментальные образцы соответствующих машин, а в ряде городов мира уже курсируют автобусы на топливных элементах. Наконец, Toyota первой начала коммерческую реализацию легковых автомобилей FCV (fuel cell vehicle), выпустив свой Mirai.

В принципе, автомобиль на топливных элементах также является электромобилем, поскольку приводится в движение электромотором. Принципиальное отличие здесь в источнике энергии. Если обычный электромобиль приводится в действие электроэнергией, которая была произведена ранее и накоплена в аккумуляторах («заливаемое в бак» топливо здесь – электричество), то в автомобиле на топливных элементах электроэнергия производится «на месте» – в топливном элементе (топливо – водород).

Использование водородных технологий давно занимает умы исследователей, промышленников и политиков. Однако на пути их широкого применения существуют преграды технологического плана.

Водород не содержится в природе в чистом виде, его нужно производить, выделять, т. е. затрачивать труд, ресурсы, энергию. Подавляющая часть используемого сейчас человечеством водорода производится из природного газа. То есть сама идея экологически чистого топлива, так сказать, извращается. Водород может производиться из воды, но данный процесс связан с существенными затратами электрической энергии. Даже если мы используем для его получения чистую «зеленую» электроэнергию, это все равно воспринимается как растрата драгоценного энергоресурса. Поэтому довольно широко распространено мнение, что «автомобили на водородных топливных элементах являются тупиком с технологической, практической и климатической точки зрения»[169].

В то же время водород может производиться не путем расходования специально произведенной для этой цели электроэнергии, а посредством использования «излишков» солнечного или ветряного электричества, одновременно выступая в качестве накопителя энергии. Такой избыток, как мы знаем, возникает в энергосистемах как на микроуровне, в домохозяйствах, которые в летний сезон сталкиваются с перепроизводством электричества, так и на уровне экономики в целом, если доля ВИЭ в энергетике становится сколько-нибудь значительной. Ярким примером такого переизбытка является ситуация на германском оптовом рынке электроэнергии, на котором в солнечные летние воскресные дни зачастую устанавливаются отрицательные цены. Концепция сохранения излишков электроэнергии путем их преобразования в газ носит название power-to-gas («энергия-газ») и уже достаточно широко опробована на практике.

Таким образом, дальнейшее развитие автомобиля на топливных элементах во многом зависит от развития систем экономически и экологически оправданного получения водорода. Сегодня пока еще трудно однозначно утверждать, что его ждет счастливая судьба.

Альтернатива для большого транспорта

Возможность перехода на альтернативные виды топлива активно прорабатывается также и в сфере грузового автомобильного транспорта. Здесь помимо использования электрических аккумуляторов, топливных элементов, биотоплива и их комбинаций планируются проекты по устройству линий электропередач на автомагистралях для передвижения грузовиков-троллейбусов. Стопроцентный перевод грузоперевозок на неуглеродные виды топлива к 2050 г. предусматривается, например, в немецкой «Бизнес-модели энергетического поворота»[170].

Кроме того, давление на нефть в транспортном секторе будет происходить и со стороны конкурирующего ископаемого топлива – природного газа. Citibank в исследовании под названием «Энергетический дарвинизм» прогнозирует, что в среднесрочной перспективе газ может отобрать десятки процентов рынка грузового, морского и железнодорожного транспорта у нефти. Например, до конца десятилетия 30 % грузового транспорта в США может быть переведено на природный газ[171].

Возможности использования альтернативных видов топлива, водородных технологий и топливных элементов активно изучаются также и в авиастроении. Перевод авиатранспорта на альтернативные виды топлива пока вроде бы представляется фантастикой. Но многие ли знают, что еще в 1980-х гг. на топливных элементах летал (первым в мире!) опытный образец переоборудованного отечественного Ту-154 под маркой Ту-155?

Сегодня авиационная отрасль взяла на себя обязательства вдвое сократить выбросы CO_2 к 2050 г., и авиапроизводители активно тестируют возможности использования альтернативного топлива и топливных элементов для выполнения этой задачи. Также ведутся эксперименты и с применением в авиации возобновляемого топлива (биодизеля и биоэтанола).

В 2011 г. был совершен первый трансатлантический полет с применением биотоплива. Самолет марки Gulfstream, заправленный в соотношении 50/50 обычным авиационным и «зеленым» дизелем (Honeywell Green Jet Fuel), одной из разновидностей биодизеля, вылетел из Нью-Джерси, США, и благополучно приземлился в Париже[172]. В конце 2014 г. состоялся экспериментальный полет самолета Boeing 787 (Dreamliner) на смеси традиционного авиационного топлива (85 %) и «зеленого» дизеля[173]. В 2015 г. китайская авиакомпания Hainan Airlines осуществила первый коммерческий перелет, в котором двигатели самолета Boeing 737 работали на 50 %-ной смеси биотоплива и традиционного топлива. Примечательно, что использованное биологическое сырье было разработано китайским нефтехимическим гигантом Sinopec[174].

Итак, в сфере транспорта отмечаются следующие тенденции. Альтернативные виды транспортного топлива бурно развиваются, используемые технологии становятся эффективными и доступными для потребителей. Пожалуй, мы являемся свидетелями переломного момента, в который привычные, обкатанные и казавшиеся непоколебимыми технологии в короткий промежуток времени заменяются другими. Вспомните вакуумные кинескопы телевизоров или аналоговую фотографию с проявкой снимков в ванной. Автомобиль, работающий на нефтепродуктах, скоро отправится туда же – в нашу память.

Здания – энергоэффективность и использование ВИЭ

Главным «энергоресурсом», «первичным топливом» современности является не нефть или газ и даже не солнце, а энергоэффективность. Все очень просто: самая дешевая (и чистая) энергия – та, которую мы не потребили. Экономисты утверждают, что энергоэффективность – «самый надежный источник энергии из существующих на Земле»[175]. Более того, она является основным средством уменьшения выбросов парниковых газов к 2050 г. Меры по повышению энергоэффективности могут обеспечить более 38 % сокращения выбросов CO_2 на планете в том случае, если будет реализовываться мировой сценарий ограничения роста температуры 2 °C[176].

Что такое энергоэффективность? Это всего лишь рациональное использование энергетических ресурсов. Например, два одинаковых по площади, стоящих рядом здания с одинаковым числом жителей могут в десятки раз отличаться по энергетическим затратам на отопление, если одно из них энергоэффективное, спроектированное и построенное рационально и качественно, с учетом прогнозируемых параметров расхода энергии, а другое построено «как всегда».

Дома, которым не нужно отопление

История человечества – история покорения природы. Иногда она принимает формы борьбы на уничтожение (превращаясь таким образом в самоуничтожение – человек ведь тоже часть природы). Примером такой смертельной борьбы является, например, наша московская и подмосковная многоэтажная городская застройка. В «мирном варианте» речь идет об освоении или подчинении (обуздании) природных сил человеком. Климатические условия – природный фактор, и снижение зависимости от него является задачей, решаемой человечеством на протяжении всей истории. При этом в течение последнего столетия все возрастающей платой за комфорт (домашнее электричество, центральное отопление…) становилась инфраструктурная кабала – на место зависимости от природы пришла зависимость от систем тепло-, электроснабжения и т. п. Сложность, энергоемкость, уязвимость систем, их капиталоемкость, возрастающая с удаленностью объектов от места генерации, – очевидные недостатки инфраструктуры ЖКХ.

Процесс развития энергоэффективных технологий последних десятилетий, из которого Россия по ряду причин практически выпала, создает предпосылки как для качественного усовершенствования и снижения энергоемкости централизованной инфраструктуры, с одной стороны, так и для повышения степени независимости потребителей от нее путем кардинального повышения энергоэффективности зданий – с другой.

В европейских странах, Северной Америке и России на здания приходится порядка 40–50 % потребления всей вырабатываемой энергии. В глобальных энергетических затратах доля недвижимости также внушительна – почти треть, 31 % всей используемой на Земле энергии уходит на обогрев и электроснабжение зданий[177]. Объем накопленных научных, инженерно-строительных знаний и технологий позволяет существенно сократить эту колоссальную долю и уже сегодня в массовом порядке, «серийно» возводить «энергетически нейтральные» («климатически нейтральные») здания, для жизнеобеспечения которых не нужна энергия, производимая из традиционных (углеводородных) источников.

В 2010 г. была принята Директива ЕС № 2010/31/EU об энергетической эффективности зданий (Energy Performance of Buildings Directive – EPBD). В соответствии с данным документом начиная с 2021 г. (для административных построек – с 2019 г.) все новые строящиеся в Европейском союзе дома должны быть зданиями с «почти нулевым потреблением энергии» (nearly zero energy buildings). «Почти равная нулю или очень незначительная потребность в энергии такого здания должна покрываться главным образом за счет возобновляемых источников энергии, включая такие источники, расположенные в месте нахождения здания или его окрестностях»[178].

В 2012 г. была принята европейская Директива об энергетической эффективности № 2012/27/EU (Energy Efficiency Directive), которая также предусматривала ряд мероприятий, направленных на экономию энергии в сегменте недвижимости. В частности, правительства стран ЕС должны ежегодно обеспечивать реконструкцию (энергетическую санацию) 3 % (по площади) существующего фонда зданий, находящихся в государственной собственности. Приобретать в государственную собственность допускается только высокоэнергоэффективные здания, продукты и услуги. Страны Европейского союза должны разработать и принять долгосрочные стратегии по реконструкции существующего фонда зданий.

Каким образом будет решаться задача повышения энергетической эффективности зданий? С помощью хорошо известного практикам комплекса мероприятий, основными из которых являются обязательное устройство механической вентиляции с эффективной рекуперацией тепла (теплообменом), уменьшение теплопроводности ограждающих конструкций (стен, кровли, основания) с помощью дополнительного утепления, повышение качества проектирования и строительных работ для достижения нормативных показателей воздухопроницаемости здания и исключения мостиков холода (мест соприкосновения неизолированных строительных конструкций с окружающей средой, через которые происходят высокие потери тепла). Следует оговориться, что указанная задача в значительной степени решена уже сейчас, поскольку, как мы отметили выше, знания и технологии для этого уже имеются. Большинство зданий, строящихся сегодня в Германии, Австрии и Швейцарии, соответствуют требованиям директивы. В ряде регионов приняты опережающие обязательства в части строительства энергоэффективных зданий. В Брюсселе с 01.01.15 все новые здания должны соответствовать критериям пассивного домостроения, в Люксембурге – с 01.01.17, а в Баварии уже с 2010 г. все новые административные здания строятся в соответствии с данными нормами.

Концепция пассивного дома, разработанная в начале 90-х гг. XX века немецким профессором-инженером Вольфгангом Файстом, является, пожалуй, главной теоретической основой современного энергоэффективного строительства, в том числе указанной директивы. «Пассивность» означает здесь «тепловую нейтральность», или «тепловую инерционность», здания, «безразличие» внутреннего микроклимата к температуре «за бортом». Пассивный дом проектируется и строится таким образом, что потребность в тепловой энергии для его отопления ничтожно мала. Непрерывный массивный тепловой контур здания и вентиляционная система с рекуперацией (теплообменом) обеспечивают крайне низкую потерю тепла, сочетающуюся с комфортным микроклиматом (равномерный прогрев внутренних поверхностей, контролируемый обмен воздуха и его фильтрация и т. п.). Соответствующим стандартом регламентируется также и расчетный расход электрической энергии.

Нормативный расход тепла, рассчитываемый по весьма жесткой методике Института пассивного дома, не должен превышать 15 кВт · ч на 1 квадратный метр площади помещения в год, а расчетная мощность отопления – 10 Вт/м². При данных параметрах фактически отпадает необходимость в привычных для нас системах отопления, состоящих из генератора тепла (отопительного котла) и радиаторов, устанавливаемых под окнами.

Строительство таких зданий не сопряжено с использованием каких-либо уникальных, «инновационных» и т. п. материалов и не является чудом. Все дело в грамотном, квалифицированном проектировании, надлежащем теплотехническом расчете (энергетическом моделировании) и аккуратной, качественной работе строителей. Современный дом никогда не строится как «коробка». И тепловая оболочка, и инженерные системы проектируются комплексно. Только таким образом достигаются высокие потребительские качества и энергосберегающие характеристики.

ВИЭ – в каждый дом

Высокая энергетическая эффективность современных зданий рационально дополняется использованием возобновляемых источников энергии. Речь идет в первую очередь о системах солнечной электрической генерации (фотоэлектрике) и использовании солнечного тепла для нагрева воды в системах отопления и водоснабжения (солнечные коллекторы), котлах на древесном топливе (пеллетах), а также тепловых насосах, использующих энергию окружающей среды – низкопотенциальное тепло грунта и воздуха. В экономически развитых странах по мере развития энергоэффективного строительства традиционные способы отопления с использованием углеводородов теряют свое значение.

Следует подчеркнуть, что использование возобновляемых источников энергии для электро– и теплоснабжения зданий целесообразно и экономически оправданно именно в случае высокой энергетической эффективности последних. Применение ВИЭ в «обычных» зданиях, не отличающихся высокими теплотехническими параметрами, т. е. потребляющими много энергии на отопление, в большинстве случаев сродни забиванию гвоздей микроскопом.

Глава немецкого Института строительной физики (Fraunhofer Institut fuer Bauphysik) Герд Хойзер прогнозирует, что к 2020 г. строительство зданий, обеспечивающих себя энергией самостоятельно, станет обычной строительной практикой. К слову, в Европе они уже сейчас не являются экзотикой. Кровли, фасады, стекла, вырабатывающие электроэнергию и тепло, – обычные конструкции на европейском строительном рынке. «Почти все здания в стране к 2050 г. будут “климатически нейтральными”[179], потребляющими существенно меньше энергии, чем сейчас, при обеспечении этих энергопотребностей с помощью ВИЭ» – такова одна из целей немецкого «энергетического поворота».

Здания с нулевым потреблением энергии (zero energy buildings), с положительным энергетическим балансом (plus energy buildings), дома с нулевыми выбросами (zero carbon homes) – все эти концепции уже прочно вошли в языковый оборот жителей Европы и Северной Америки. Дома, оснащенные солнечными системами электрической генерации и солнечного тепла, стали составной частью ландшафта многих стран, а в Германии и Австралии число домовладений, оснащенных фотоэлектрическими модулями, превысило миллион в каждой.

Каковы базовые принципы индивидуального жилого дома с положительным энергетическим балансом (plus energy building), или, как его иногда называют у нас, «энергоактивного здания»? Как следует из названия, такое здание вырабатывает в среднем за год больше энергии, чем потребляют его обитатели. Следует подчеркнуть, что речь идет не о самообеспечении электричеством круглый год, энергетической автономии, которая в климатических условиях Центральной Европы (и Центральной России) едва ли реализуема за счет только ВИЭ с вменяемыми затратами или без принесения в жертву потребительского комфорта, а о среднегодовом значении (балансе) выработки/потребления энергии.

В простейшем варианте речь идет о замещении потребляемой домохозяйством сетевой электроэнергии на электроэнергию, вырабатываемую солнечным генератором. По нашим данным, средняя семья из четырех человек, проживающая в индивидуальном доме в европейских и российских условиях, потребляет в год 4000–5000 кВт · ч электроэнергии (без учета расхода энергии на отопление). Для выработки такого количества энергии в год в Московском регионе достаточно солнечной электростанции установленной мощностью 5–6 кВт, размещенной на южном скате кровли и занимающей приблизительно 45–60 кв. м. В летний период такое здание производит избыточное количество электричества, которое продается местной сетевой компании. Зимой, напротив, обитатели вынуждены приобретать электроэнергию, поскольку в рассматриваемых географических зонах солнечной радиации недостаточно (проблемы российского регулирования энергетического рынка, не позволяющие отдавать/продавать выработанную солнечную энергию в сеть, мы здесь оставляем за скобками и вернемся к ним в главе о нашей «энергетической сверхдержаве»).

В то же время данное решение является половинчатым, поскольку на долю бытового электричества приходится лишь малая часть энергетических затрат среднего домохозяйства. Это справедливо как для Центральной и Северной Европы, так и для России. Порядка 85 % потребляемой за год средним домохозяйством энергии приходится на отопление и горячее водоснабжение.

Таким образом, положительный баланс по всей потребляемой энергии может быть достигнут путем 1) существенного повышения энергоэффективности здания для снижения потребности в тепле, как это делается в пассивных домах, о которых мы говорили выше, и 2) применения дополнительного инженерного оборудования, использующего ВИЭ. Наиболее распространенное решение выглядит так: геотермальный тепловой насос, берущий на себя основные функции по обеспечению здания теплом и горячей водой, плюс солнечные коллекторы для поддержки горячего водоснабжения и отопления. При данной комбинации правильно рассчитанная солнечная электростанция, включающая соответствующие аккумуляторные емкости, действительно может обеспечивать годовой положительный энергетический баланс. И, как сказано выше, в ряде стран Западной Европы строительство подобных домов становится рядовой практикой уже сейчас, многие строительные компании включили подобные дома в свои стандартные продуктовые линейки. Количество построенных домов с положительным энергетическим балансом уже исчисляется тысячами.

В секторе нежилой недвижимости также наблюдается острейший интерес к повышению энергоэффективности и использованию возобновляемых источников энергии. Существуют выдающиеся примеры офисных, торговых и промышленных зданий энергетически (климатически) нейтрального уровня, например штаб-квартира датской энергетической компании Syd Energy, сертифицированная Институтом пассивного дома. Расчетный удельный расход энергии на отопление составляет здесь всего 8 кВт · ч/м² в год, для отопления и горячего водоснабжения используются геотермальные тепловые насосы (общая длина зондов: 10 км), а также тепло компьютерных серверов[180].

Беспроигрышная стратегия

Вложения в энергоэффективность зданий с точки зрения народного хозяйства являются беспроигрышной (win-win) стратегией. Такие инвестиции создают новые технологичные производства и рабочие места и при этом финансово оправдываются экономией природных ресурсов, сокращением импорта, способствуют сохранению окружающей среды. Энергоэффективность даже называют «ключевым ресурсом экономического и социального развития» во всех странах[181]. Разумеется, мультипликативный эффект для национальных экономик от мероприятий, направленных на повышение энергетической эффективности зданий, в наибольшей степени достигается в случае опоры на собственные научные разработки, технологии и производства (стеновых и теплоизоляционных материалов, инженерного оборудования, оконных конструкций и т. п.). Глобальные вложения в энергоэффективность уже превышают $300 млрд ежегодно. По расчетам Международного энергетического агентства, «экономические оправданные инвестиции в энергоэффективность будут способствовать более продуктивному распределению ресурсов в рамках глобальной экономики с потенциалом повышения совокупного объема производства на $18 трлн до 2035 г. – больше, чем текущий размер экономик Северной Америки вместе взятых (а именно США, Канады и Мексики)»[182].

Сознательный отказ от использования углеводородов для отопления зданий становится заметной европейской тенденцией. Если у нас газификация населенных пунктов рассматривается однозначно в качестве блага и «противники режима» винят правительство в недостаточной протяженности газопроводов, не дотягивающихся до каждого россиянина, то в некоторых европейских странах, напротив, использование углеводородов ограничивается. Например, в Дании с 2013 г. действует запрет на установку газовых и жидкотопливных (дизельных) отопительных и водогрейных котлов в новых зданиях (в соответствии с Датским энергетическим соглашением от 22 марта 2012 г.). В стране, располагающей разветвленной и эффективной сетью центрального отопления, владельцам новых зданий оставлен скромный выбор: подключаться к этой сети или устанавливать тепловые насосы.

Итак, европейские страны взяли устойчивый курс на снижение энергопотребления и использование ВИЭ в сфере недвижимости, который подкреплен необходимыми знаниями, технологиями и энтузиазмом масс. Данный тренд уже подхвачен Северной Америкой, Японией и Китаем, который планирует до конца 2015 г. довести количество построенных квадратных метров «зеленых» зданий до одного миллиарда[183]. В долгосрочной перспективе это развитие очевидно окажет существенное влияние на сырьевые и энергетические рынки и приведет к сокращению спроса на углеводородное топливо в сегменте недвижимости.

Можно сказать, что мы наблюдаем появление классического «креста», изображаемого на экономических графиках, – нисходящую кривую энергопотребления как результат мероприятий по повышению энергоэффективности и восходящий тренд энергоснабжения на основе ВИЭ. Все меньше энергии потребляется, а это сокращающееся потребление все больше обеспечивается энергией из возобновляемых источников. Как говорит глава консультативного совета Bloomberg New Energy Finance, «энергоэффективность и распределенное производство энергии с помощью возобновляемых источников убьют поставщиков энергии»[184].

Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии

Одним из основных недостатков солнечной и ветряной энергетики считается нестабильный, погодозависимый характер генерации. Переизбыток электричества в течение длительных периодов летней солнечной погоды сменяется дефицитом вырабатываемой солнечной энергии в пасмурные дни. Кроме того, для солнечной генерации характерны суточные колебания, поскольку выработка электроэнергии происходит в светлое время суток.

Ветер, очевидно, также нестабилен: сегодня он дует, а завтра – нет. В данном случае важным является правильное размещение ветряных электростанций с учетом данных метеорологических наблюдений для обеспечения максимальной нагрузки ветряных электрогенераторов.

Следует отметить, что в ряде регионов мира, в частности в Центральной и Западной Европе, солнце и ветер практически идеально дополняют друг друга. В периоды интенсивной солнечной генерации ветряная генерация «отдыхает», и, напротив, в периоды слабой инсоляции ветряная энергетика «выходит на полную мощность». Это позволяет несколько сглаживать нестабильность генерации ВИЭ в целом. Кроме того, метеорологические наблюдения и накопленные статистические данные позволяют прогнозировать объемы выработки возобновляемой энергетики с высокой степенью вероятности.

Так или иначе, в условиях роста доли электроэнергии из ВИЭ для компенсации «прерывистости» генерации возобновляемой энергетики требуются некие буферные, аккумулирующие мощности, позволяющие компенсировать недостаточность генерации в неблагоприятные периоды и в то же время накапливать избыточное электричество, которое не может быть потреблено сейчас.

В качестве аккумулятора небольших объемов генерации ВИЭ вполне может выступать существующая электрическая сеть. До недавнего времени она, собственно, и выполняла эту функцию. Опыт стран, в которых доля «переменчивой» генерации ВИЭ превысила 5 %, 10 % и более от общего объема производимой электроэнергии (например, Дания, Ирландия, Германия, Испания, Португалия, Великобритания), показывает, что сеть «проглатывает» такое количество чистой энергии без каких-либо проблем. Более того, исследование, проведенное Международным энергетическим агентством, подчеркивает, что большая доля переменчивой энергии ВИЭ (до 45 %) может быть интегрирована в энергетическую систему без существенного увеличения затрат[185]. Расширение сетей передачи и распределения электроэнергии, их модернизация рассматриваются в качестве наиболее экономически эффективного способа подстройки энергетической системы под возрастающую долю ВИЭ – сеть существенно дешевле, чем аккумуляторные системы. «Новые технологии хранения станут необходимыми, когда доля возобновляемых источников энергии превысит 70 %»[186], – считают немецкие авторы из Agora Energiewende.

Тем не менее рост объемов нестабильной генерации из возобновляемых источников повышает риск потерь и перегрузок, требуя новых походов. Например, в 2010 г. в Германии были потеряны 127 ГВт · ч электрической энергии, выработанной ветряными электростанциями, на сумму €30 млн из-за «переполненности» сети в результате продолжительного периода ветреной погоды[187]. Поэтому вопрос «буферных» емкостей для энергосистемы активно разрабатывается в научном и деловом мире.

Можно условно разделить малые (бытовые), используемые в рамках небольших локальных объектов, и крупные (промышленные) системы хранения энергии, служащие энергосистеме в целом. Малые (бытовые) системы хранения энергии в настоящее время переживают бурный рост в связи с резким уменьшением размера зеленого тарифа в европейских странах, в первую очередь в Германии. В 2004 г. сетевые операторы покупали здесь солнечное электричество у граждан за 57,4 евроцента/кВт · ч, что в разы превышало стоимость электроэнергии «в розетке» и обеспечивало счастливым владельцам солнечных электростанций гарантированный дополнительный заработок. В марте 2015 г. зеленый тариф для новых электростанций был снижен до 12,5 евроцента/кВт · ч. Это более чем в два раза ниже сетевого тарифа. В результате домохозяйствам и прочим малым потребителям, имеющим солнечные электростанции, стало интереснее потреблять производимое ими электричество, а не продавать его. Для увеличения доли собственного потребления вырабатываемой солнечной электроэнергии необходимы «буферные емкости», позволяющие накапливать избыток дневной энергии и отдавать его в темное время суток. С их помощью можно увеличить собственное потребление производимой солнечной электроэнергии до 70 % и даже более (в зависимости от размеров и комбинации электростанции и аккумуляторов).

Бытовые системы

Для домашнего хранения энергии исторически главным образом используются свинцово-кислотные аккумуляторы. С развитием техники все большую рыночную долю завоевывают литийионные аккумуляторы (Li-Ion) и их разновидности, например литийжелезофосфатные (LiFePO4), которые обладают лучшими техническими характеристиками. Их цена выше, но постепенно, по мере развития техники и увеличения объемов производства, снижается. В 2014 г. стоимость литийионных батарей упала на 20 %, в 2015 г. прогнозируется падение цен еще на 15 %[188]. Кроме того, во многих европейских странах действуют программы льготного кредитования современных систем накопления энергии, стимулирующие их приобретение. К 2018 г. ожидается десятикратный рост мощностей домашних аккумуляторных систем хранения в мире – до 900 МВт, по сравнению с нынешними 90 МВт[189]. Кстати, автопроизводитель Tesla, строящий «Гигафабрику» по производству аккумуляторов в США, также уже начал продавать системы хранения энергии для домашнего пользования, диверсифицируя таким образом свой бизнес. Широко разрекламированный Powerwall от Tesla представляет собой комплект Li-Ion аккумуляторов в элегантном корпусе, оснащенный системой бесперебойного питания.

Сегодня на европейском рынке популярность завоевывают комплектные системы преобразования и хранения солнечного электричества. Такая система представляет собой единый блок – шкаф размером с небольшой холодильник, в котором размещены Li-Ion аккумуляторы, инвертор, блок бесперебойного питания и система электронного учета электроэнергии. Данные продукты упрощают процессы проектирования и монтажа домашних солнечных электростанций, что также способствует росту их распространения.

Для читателей, желающих запастись энергией впрок, заметим, что используемые в домашних хозяйствах аккумуляторные емкости при сегодняшнем развитии техники не позволяют сохранить энергию «про запас», «запастись на зиму» и т. п. Данная техника предназначена для сглаживания неравномерности инсоляции в течение суток и может быть также использована в качестве стабилизатора сети и источника бесперебойного питания. Емкость стандартных бытовых аккумуляторов, как правило, не превышает суточную потребность домохозяйства в электроэнергии. Создание больших емкостей для хранения энергии («на неделю» и более) в домашних условиях теоретически возможно, но при имеющихся технологиях и их стоимости (более €1000 за киловатт-час емкости) нерационально с экономической точки зрения.

С точки зрения электросетевого хозяйства в целом в условиях широкого распространения малой генерации (в ряде стран, как мы помним, уже действуют миллионы малых солнечных электростанций) бытовые системы накопления энергии весьма полезны – они способствуют стабилизации сети, сглаживают неравномерности нагрузки.

Промышленные системы

В масштабах страновых энергосистем и мира в целом задача создания идеальных (дешевых и эффективных) способов хранения, накопления энергии пока полностью не решена. При этом ведется гигантская научно-исследовательская и экспериментальная работа по поиску соответствующих решений. В разработку систем хранения энергии инвестируют такие известные деятели, как Билл Гейтс и Уоррен Баффетт[190], а также уже упоминавшийся Илон Маск.

Сжатый воздух (Compressed air energy storage), преобразование избыточной электроэнергии в газ (power-to-gas), криогенные системы накопления энергии (Liquid air energy storage/LAES), супермаховики (Flywheel storage) – разнообразие более или менее экзотических методов накопления энергии велико. Многие из них уже воплощены в опытных или даже промышленно-действующих образцах. Мы не сможем уделить внимание каждому из них и остановимся на наиболее важных.

В ситуации, когда на традиционную неравномерность потребления электроэнергии накладывается нестабильность генерации ВИЭ, требования к резервным и накопительным буферным мощностям существенно возрастают. Напомним, что всякая энергетическая система требует наличия так называемых выравнивающих (резервных) мощностей. Это обусловлено неравномерностью потребления электрической энергии в течение суток. Традиционно роль таких выравнивающих мощностей играют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) – одно из древнейших средств накопления энергии. Мощности действующих в мире ГАЭС пока многократно превышают любые альтернативные средства хранения энергии вместе взятые. Гидроаккумулирующая электростанция действует по следующему принципу. Имеется два резервуара, находящихся на разной высоте. Во время минимума энергопотребления ГАЭС с помощью полученной из сети (дешевой) электроэнергии перекачивает воду в верхний резервуар. Во время пиков энергопотребления станция, напротив, сбрасывает воду из верхнего резервуара в нижний, вырабатывая (дорогую) электроэнергию. При всей массивности и кажущейся неповоротливости конструкции ГАЭС отличается достаточно быстрым откликом на изменения спроса/предложения в электрической сети, запускаясь в течение нескольких минут.

Имеющиеся европейские емкости ГАЭС в принципе позволяют решать задачу накопления энергии в современных условиях. По мнению Экспертного совета правительства Германии по вопросам окружающей среды, Европа в целом обладает природными ресурсами для обеспечения с помощью ГАЭС стабильности энергосистемы, функционирующей на основе даже 100 % ВИЭ. Речь идет в первую очередь о Норвегии и Швеции, а также Австрии. Правда, для решения этой задачи потребуется существенное расширение сетей передачи энергии[191], что, собственно, и наблюдается сейчас. «Через пять лет Норвегия станет “аккумуляторной батареей” Германии» благодаря осуществлению проекта NordLink – прокладке подводной высоковольтной линии электропередачи[192].

Тем не менее ГАЭС имеет ряд существенных недостатков. Для строительства электростанции нужны подходящие рельефно-географические условия, ее возведение связано со значительным вмешательством в окружающую среду. Отмечая технологические особенности ГАЭС, связанные с перекачкой воды и соответствующими энергозатратами, противники называют ГАЭС «пожирателями энергии», хотя КПД других систем накопления энергии, как правило, не выше.

Для покрытия пиковых нагрузок в электрической сети наряду с ГАЭС традиционно применяются газотурбинные электростанции, обладающие высокой скоростью реакции – быстрым (в течение нескольких минут) набором мощности. Тем не менее с увеличением доли ВИЭ в энергетических системах регулирование нагрузки с помощью традиционных электростанций становится все более затруднительным. Кроме того, удельная приведенная стоимость производства электроэнергии (LCOE) пиковыми газовыми электростанциями, имеющими, как правило, низкий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), высока и в большинстве случаев превышает удельные затраты генерации ВИЭ[193].

В настоящее время бизнес газовой электрогенерации переживает не лучшие времена. Например, Германия в течение последнего десятилетия живет в условиях переизбытка электрической энергии и соответствующих низких биржевых цен (в первую очередь это связано с ростом производства электричества из возобновляемых источников). Это приводит к нерентабельности газовой генерации при существующих ценах на голубое топливо. Также следует подчеркнуть, что пиковые газовые электростанции – устройства единичного назначения, они по природе своей не способны хранить энергию.

Поэтому одним из перспективных направлений совершенствования промышленных систем хранения энергии является развитие аккумуляторной техники, несмотря на нынешние высокие удельные капитальные затраты. Электрические аккумуляторы не только заменяют газовые турбины в качестве регулятора пиковых нагрузок, но также выполняют и другую важную роль – сохраняют выработанную электроэнергию.

В сентябре 2014 г. вступил в коммерческую эксплуатацию первый в Европе «Батарейный парк», назначением которого является накопление энергии и стабилизация электросети – выравнивание неоднородности нагрузки и частоты в электрической сети с помощью накопителей энергии – аккумуляторов[194]. Мощность предприятия – 5 МВт, емкость аккумуляторов – 5 МВт · ч. Производитель используемых литийионных батарей, Samsung, гарантирует заявленные технические параметры в течение 20 лет. В отличие от традиционных электростанций, выполняющих регулирующие функции, аккумуляторная система работает быстрее и с большей точностью, реагируя на изменения в миллисекунды, что идеально подходит для энергетической системы с большой долей ВИЭ.

Другим многообещающим направлением развития аккумуляторных систем хранения являются так называемые проточные редокс-аккумуляторы (Redox flow batteries), хранение и отдача энергии которыми осуществляется путем химической реакции в жидком, как следует из названия, электролите. Такие батареи имеют на сегодняшний день уже довольно широкое промышленное применение. Они недороги (дешевле литийионных), надежны и долговечны. Их недостатком является относительно низкая плотность энергии, поэтому для создания сколько-нибудь значительных электрических емкостей требуются большие объемы электролита и габариты самих батарей. Тем не менее активные исследования и эксперименты с химическим составом проточных аккумуляторов постепенно повышают их эффективность. Американские производители утверждают, что через два-три года использование данного вида накопителей энергии будет дешевле, чем применение пиковых газовых электростанций[195].

Таким образом, вполне вероятно, что промышленные системы накопления энергии на основе электрических аккумуляторных батарей займут видное место в энергетической системе будущего.

Интересные перспективы развития «оптовых» систем хранения электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ, связаны с водородной энергетикой, которая сегодня рассматривается в качестве одного из главных потенциальных направлений энергетики будущего. Водород является эффективным и экологически чистым видом топлива. Однако для его производства из воды путем электролиза нужна электрическая энергия. В то же время установленные мощности солнечной и ветряной генерации периодически производят «излишки» энергии. Это, в частности, проявляется в отрицательных оптовых ценах на электроэнергию, время от времени фиксируемых на немецком биржевом рынке. При дальнейшем сокращении зеленых тарифов возникает проблема реализации чистой электроэнергии, например в летние солнечные воскресные дни, когда спрос на электричество минимален. Вот здесь и может использоваться технология «power-to-gas» (энергия-газ), позволяющая производить водород электролизом с помощью «лишнего» электричества и обеспечивать длительное хранение его больших объемов с последующим использованием по потребности. Обратное преобразование водорода в электричество происходит путем химической реакции водорода и кислорода в топливном элементе. Несмотря на довольно высокий процент потерь, использование данного метода все равно рационально по сравнению с потерей энергии или ее продажей по отрицательным ценам.

Впрочем, и на бытовом уровне системы power-to-gas могут быть востребованы. Еще в 2006 г. в США был реализован пилотный проект независимого от централизованного электроснабжения индивидуального жилого дома, в котором избытки летней солнечной электроэнергии преобразовывались в водород, закачиваемый в газгольдер и используемый в холодное время года для производства тепла и электроэнергии посредством топливного элемента[196]. В настоящее время активные исследования в области домашнего использования водородных систем хранения ведутся и в других странах.

Поскольку водород является довольно сложным с точки зрения хранения и применения веществом, рассматриваются иные способы преобразования солнечного электричества в жидкое топливо посредством химических реакций. Например, ученые Гарварда разрабатывают технологию, которая дополняет процесс электролиза путем использования бактерий, в результате чего получается более удобное для хранения жидкое топливо[197].

Изыскания в области усовершенствования систем хранения энергии идут рука об руку с развитием так называемых умных электрических сетей (smart grids), о которых подробнее будет рассказано в главе об энергетической системе будущего. Основной характеристикой smart grid является точная («умная») настройка процессов производства и потребления энергии для минимизации как сетевых потерь, так и объемов мощностей для хранения энергии. Другими словами, в идеале сама конфигурация сетей будет обеспечивать соответствие объемов генерации и потребления, что сократит потребность в промежуточных звеньях в виде емкостей для хранения энергии.

По мере развития умных сетей одним из важных элементов систем хранения энергии в течение ближайших 15–20 лет может стать электромобиль, точнее вся совокупность электромобилей. По статистике, средний автомобиль простаивает 95 % времени. Для зарядки электромобиля на современной станции требуется менее получаса. Все остальное, свободное от зарядки и передвижения время он может служить накопителем энергии для нужд локальной, городской и национальной электросети, накапливая и отдавая энергию. Концепция, называющаяся по-английски vehicle-to-grid (V2G), или «транспортное средство – сеть», уже активно тестируется в рамках пилотных проектов, осуществляемых в США, Дании и Германии.

Подведем итоги. Современный уровень развития систем накопления и хранения энергии не создает значимых препятствий для дальнейшего развития возобновляемой энергетики. Да, имеющиеся на рынке системы не идеальны. Тем не менее, даже без учета вероятного будущего технологического прогресса, уже сейчас допустимо функционирование энергетических систем с большей долей ВИЭ. Колоссальные финансовые вложения в разработку и совершенствование систем хранения энергии позволяют предположить повышение эффективности и доступности данных технологий в ближайшем будущем.

Экономика возобновляемой энергетики: «дороговизна» и субсидии

Сужденья черпают из забытых газет…

А. Грибоедов «Горе от ума»

В Российской Федерации широко распространено убеждение в чрезвычайной дороговизне возобновляемой энергетики и ее нежизнеспособности без массированной государственной поддержки. Например, В. Путин на Экономическом форуме в Петербурге в 2013 г. заявил: «Сегодня эффективность альтернативных видов энергии такова, что абсолютно не является конкурентоспособной по сравнению с ядерной энергетикой и с углеводородной. Она, прямо надо сказать, неконкурентоспособна. Она живет только потому, что ее субсидируют…»

Для человека естественно встречать новое с недоверием. Литература полна высказываний известных исторических персонажей, выражавших непонимание перспектив воздухоплавания, телефона, радио или компьютера. Такое непонимание часто маскируется изложением «рациональных» аргументов, призванных объяснить ненужность или несвоевременность тех или иных новшеств. В случае ВИЭ основным аргументом является высокая стоимость, «дороговизна» в сравнении с традиционной энергетикой.

Это заблуждение простительно, поскольку возобновляемая энергетика была дорогой в совсем недавнем прошлом, мы уже видели графики, демонстрирующие, сколь высоки были цены на солнечные модули еще несколько лет назад. При этом темпы изменений в возобновляемой энергетике таковы, что многие эксперты не успевают на них реагировать. Утверждения, справедливые еще пять лет назад, сегодня оказываются ложными.

Посудите сами, падение цены на фотоэлектрические панели более чем в 100 раз за последние 40 лет в сочетании со среднегодовыми темпами роста солнечной энергетики 49 % в последние десять лет – действительно сумасшедшая динамика. Еще вчера возобновляемая энергетика была дорогой игрушкой любителей экологии, а сегодня стала доступной для каждого.

«Лошади будут всегда, а автомобили всего лишь новинка, временная причуда», – говорили в начале прошлого века. Однако повышение производительности труда, усовершенствование индустриальной системы производства в сочетании с развитием и внедрением широкого спектра новых технологий привели к снижению себестоимости и цены, день ото дня повышая доступность «временной причуды» для потребителей. С 1909 по 1916 г. Генри Форд снизил цену на свою Ford Model Т с $950 до $360. Каждый год продажи удваивались. Если в 1908 г. было продано менее 6000 автомобилей, то в 1917 г. – уже 800 000. То же самое произошло и происходит на наших глазах с новыми технологиями в энергетике.

Разбираясь с вопросами стоимости возобновляемой энергетики, часто натыкаешься на весьма курьезные примеры. Так, немецкий Институт экономических исследований пишет, что Европейская комиссия регулярно недооценивала расходы на атомную энергетику и при этом столь же последовательно переоценивала затраты на энергию возобновляемую. «Это особенно касается фотоэлектрики, капитальные затраты в которой сегодня лежат ниже прогнозных значений, установленных Комиссией на 2050 г.»[198]

Итак, постараемся разобраться с «затратной частью». Простите за банальную истину: утверждения о «дороговизне» (или, напротив, дешевизне) чего-либо, в том числе ВИЭ, должны подкрепляться соответствующими расчетами и анализом. Когда мы произносим словосочетание «дорогая вещь», подразумевается сравнение с некими другими, «дешевыми» объектами. Так же и в случае энергетики. Необходимо сопоставление разных видов электрической генерации.

Академик и нобелевский лауреат Ж. Алферов выразился по поводу «затратной части» возобновляемой энергетики однозначно: если бы на развитие альтернативной энергетики было потрачено хотя бы 15 % из тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам сейчас вообще были бы не нужны[199]. Действительно, мы покажем это ниже, в традиционные способы генерации вкладывалось и вкладывается значительно больше ресурсов, чем в возобновляемую энергетику. Но в первую очередь посмотрим на цифры и показатели, которые расскажут нам о стоимостных параметрах возобновляемой энергетики в сравнении. Модели и методики расчетов, позволяющие сравнивать разные виды энергетики, широко представлены во множестве источников.

Капитальные затраты

Первое, что приходит на ум: сопоставить удельные инвестиции, т. е. капитальные вложения в электрическую генерацию на киловатт установленной мощности.

В мировом масштабе наблюдаются существенные различия в стоимости строительства энергетических объектов, обусловленные разницей в оплате труда, используемыми технологиями, разными требованиями к безопасности электростанций и т. п. Поэтому для сравнения целесообразно использовать широкие массивы данных из разных источников.

Обратим внимание на исследование немецкого института Fraunhofer ISE под названием «Стоимость производства электроэнергии»[200], опубликованное в ноябре 2013 г., содержащее следующие данные по инвестиционным затратам на новое строительство разных видов генерации (€/кВт):

Как мы видим, удельные инвестиции в ВИЭ не поражают своим размером и вполне сопоставимы с капитальными затратами на строительство традиционных генерирующих мощностей. Да, установленные в море (offshore) ветряные электростанции дороже по понятным причинам, но они и вырабатывают примерно в два раза больше энергии на единицу установленной мощности, чем береговые. Биогазовая генерация является особым случаем. Удельные капитальные затраты здесь (в немецком варианте) относительно высоки, но необходимо учитывать, что биоэнергетика в большинстве случаев работает в режиме когенерации, т. е. производит не только электроэнергию, но и тепло, а также целесообразность ее использования в качестве дополнения сельскохозяйственной деятельности – для решения не только энергетических, но и экологических задач.

Данные по атомной энергетике в исследовании не приводятся, поскольку Германия полностью отказывается от данного вида генерации к 2022 г. и, соответственно, не строит больше атомные электростанции.

В 2010 г. Международным энергетическим агентством было опубликовано исследование «Прогнозируемые расходы на производство электричества», где среди прочего оценивались капитальные затраты на строительство разных типов генерирующих мощностей[201]. Хотя данные для ВИЭ и потеряли уже свою актуальность по причине быстрого удешевления оборудования, изменения в капитальных затратах традиционных видов генерации происходят не столь быстро, и сравнительная таблица может представлять интерес:

Официальные данные США на 2012 г.[202] позволяют составить следующую картину стоимости строительства разных типов электростанций (без учета стоимости финансирования):

Следует дополнительно подчеркнуть, что здесь приведены данные за 2012 г., с тех пор цены на солнечные модули сократились примерно на 20 %.

Таким образом, газовая генерация в среднем является на текущий момент самым экономичным способом производства электричества с точки зрения объемов необходимых удельных инвестиционных вложений. В то же время стоимость самых эффективных и экологичных современных парогазовых электростанций, применяющих технологии улавливания и захоронения углекислого газа (CCS), зачастую может превышать удельные капитальные затраты на строительство солнечных и ветряных энергетических установок.

Кроме того, продолжающееся снижение стоимости оборудования для строительства солнечных, в первую очередь, электростанций постепенно опускает объем требуемых капитальных затрат до еще более низких уровней. Например, в начале 2015 г. калифорнийская компания Siva Power заявила о начале производства самых дешевых солнечных модулей стоимостью $0,4 за ватт, которая в течение двух лет может опуститься ниже $0,28[203]. При такой стоимости модулей удельные капитальные затраты системы (электростанции) в целом вполне могут быть ниже $1 за ватт установленной мощности.

Показатель удельных капитальных затрат имеет право на существование, хотя очевидна его ограниченность. Стоимость мощности – важный вопрос, но не менее важно понимать, какова будет стоимость производимой электроэнергии (удельные затраты на произведенный киловатт-час).

Стоимость производства электричества

Традиционная энергетика обеспечивает стабильную, круглосуточную, независимую от погоды генерацию и работает с ископаемым сырьем, для которого характерна высокая плотность энергии. То есть на единицу (площади, объема, мощности) электростанция вырабатывает существенно больше электричества, чем, скажем, солнечный модуль, «улавливающий» рассеянное солнечное излучение.

В то же время очевидно, что эксплуатационные расходы, скажем, в ветро– и солнечной энергетике на несколько порядков ниже, чем в традиционной. Солнечным и ветряным электростанциям не нужны сырье и инфраструктура по его доставке. Существенно ниже и затраты на природоохранные мероприятия.

Поэтому для оценки эффективности разных видов электрической генерации применяется показатель, учитывающий, наряду с инвестициями и финансовыми издержками, эксплуатационные расходы в течение жизненного цикла объектов. Таким показателем является приведенная стоимость производства электричества (англ. levelized cost of electricity – LCOE).

Он включает в себя капитальные затраты, расходы на топливо, эксплуатацию, техническое обслуживание, затраты на финансирование… LCOE представляет собой точку безубыточности – цену, при которой производство электроэнергии из того или иного источника оправдывает расходы, связанные с этим производством. Чем ниже LCOE, тем выгоднее инвестировать в генерацию на основе данного источника.

В упомянутом выше исследовании немецкого Fraunhofer ISE (2013 г.) представлены следующие показатели приведенной стоимости производства электричества (€/кВт · ч)[204]:

Разница между максимальными и минимальными величинами обусловлена как используемыми технологиями, так и (в случае солнечной и ветряной энергетики) географическим положением.

Очевидно, что на значение показателя LCOE в возобновляемой энергетике влияют природные условия (например, инсоляция). В представленном выше примере учитывались показатели инсоляции в Германии – 1000–1200 кВт · ч/м² в год, которые примерно соответствуют солнечной радиации в средней полосе России. В регионах, расположенных южнее и имеющих более высокие показатели инсоляции, при равных инвестиционных затратах LCOE будет ниже. Нетрудно заметить, что уже сейчас солнце и ветер конкурируют с газовой генерацией по показателю стоимости производства электричества в условиях весьма посредственной инсоляции в Германии (на уровне Московской области), на юге Германии солнечная генерация уже сейчас дешевле газовой.

В сентябре 2014 г. инвестиционный банк Lazard выпустил очередное исследование LCOE для различных видов электрической генерации (данные для США)[205].

Особое внимание обращает на себя динамика падения затрат на производство одного мегаватт-часа электроэнергии в 2009–2014 гг. Для ветряной генерации падение составило 58 %, для солнечной – 78 %, а результаты исследования в целом чрезвычайно комплементарны возобновляемой энергетике.

Материковая ветроэнергетика здесь, как видите, является по сути самым экономичным способом производства электричества.

Наконец, уже в 2015 г. Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) выпустило отчет под названием «Стоимость генерации в возобновляемой энергетике в 2014 г.». Вывод исследования: стоимость производства электричества береговыми ветряными электростанциями, в геотермальной и гидроэнергетике, а также на основе биомассы равна или ниже, чем стоимость генерации угольными, газовыми и дизельными электростанциями даже без финансовой поддержки и при падающих ценах на нефть[206].

«Во многих странах, включая Европу, энергия ветра является одним из самых конкурентоспособных источников новых энергетических мощностей. Отдельные проекты в ветроэнергетике регулярно поставляют электроэнергию по $0,05 за киловатт-час без финансовой поддержки, при этом для электростанций, работающих на ископаемом топливе, стоимостный интервал составляет $0,045–0,14 за киловатт-час»[207].

При всем многообразии моделей и исследований вывод получается один. Затраты на производство электроэнергии из возобновляемых источников в настоящее время вполне сопоставимы с традиционной энергетикой, а по некоторым позициям ВИЭ даже переигрывают ее.

«За последние несколько лет приведенная стоимость электроэнергии, произведенная береговыми ветряными и, в особенности, солнечными фотоэлектрическими электростанциями, резко упала. В результате все большее число ветряных и солнечных энергетических проектов реализуется без государственной финансовой поддержки»[208], – отмечает международная организация REN21.

Кроме того, все эксперты сходятся на том, что LCOE возобновляемой энергетики будет и дальше снижаться вследствие технологических прорывов и экономии масштаба, в то время как расходы на производство электроэнергии на традиционных электростанциях будут возрастать в силу исчерпания легкодоступных месторождений ископаемого топлива и соответствующего роста дефицитности сырья, увеличения удельных затрат на добычу углеводородов и т. д. «Цена солнечного электричества упадет вдвое к 2025–2030 гг. Это превратит его в самый дешевый способ производства энергии в большинстве мест земного шара»[209], – утверждают исследователи Технического университета Лаппеенранта в Финляндии. Это мнение подтверждают исследователи немецкой консалтинговой группы Agora Energiewende. В соответствии с их расчетами солнечная энергетика уже конкурирует по стоимости с угольной и дизельной генерацией в ряде регионов. Например, на прошедшем в декабре 2014 г. в ОАЭ тендере на строительство солнечной электростанции мощностью 200 МВт победил консорциум с ценовым предложением (LCOE) в размере 0,0584$/кВт · ч. Такая стоимость солнечного электричества конкурирует с углеводородами даже при цене на нефть 10$/баррель и газ – 5$/МБТЕ[210]. А к 2025 г. солнечная энергетика станет самым дешевым способом производства электричества не только в солнечном арабском мире, но и во многих регионах планеты[211].

Сетевой паритет

Обратимся теперь к показателю, специально придуманному для альтернативной энергетики и называющемуся «сетевой паритет» (grid parity).

Конечный потребитель принимает решение об использовании того или иного варианта электроснабжения основываясь на экономических расчетах. Конечно, соображения могут быть иными, например экологическими. Тем не менее экономическая сторона, как правило, важна, и целесообразно подсчитать, что выгоднее – получать электроэнергию «из розетки» или, скажем, производить ее на собственной солнечной электростанции.

Сетевой паритет – это точка, в которой приведенная стоимость производства электричества (LCOE) на основе того или иного источника становится равной цене электроэнергии из сети. Другими словами, в данной точке потребителю становится безразлично с финансовой точки зрения, покупать электроэнергию у сети или производить ее из возобновляемого источника.

Поскольку приведенная стоимость производства электричества зависит от природных условий (например, величины солнечной радиации), а цены на электроэнергию в разных странах и для разных категорий потребителей отличаются, разные страны приходят к сетевому паритету в разное время. В текущий момент существует большой ряд исследований, доказывающих достижение сетевого паритета солнечной энергетикой (с тарифом для частных потребителей) Испанией, Италией, Германией, Португалией, Данией, штатом Гавайи, Австралией уже в 2012 г.[212] В связи с тем, что тарифы на электроэнергию для промышленных потребителей во многих странах ниже, сетевой паритет с индустриальным тарифом достигается возобновляемой энергетикой позже, тем не менее он уже достигнут Кипром[213] и Чили[214].

По данным Deutsche Bank, на нынешний день сетевой паритет достигнут в 10 штатах США, а во всех 50 будет достигнут в 2016 г.[215] Напомним, что цены на электроэнергию в США в среднем существенно ниже европейских, а для промышленных потребителей во многих случаях ниже, чем в России. Тот же Deutsche Bank прогнозирует, что в течение ближайших двух лет сетевой паритет будет достигнут солнечной энергетикой на 80 % рынков по причине роста тарифов на электроэнергию, с одной стороны, и падения стоимости солнечных систем – с другой[216]. Ожидается, что цена на солнечные модули упадет еще на 40 % в течение четырех – пяти лет.

Энергетическая рентабельность

Наконец, рассмотрим показатели энергетической рентабельности (англ. energy return on energy invested – EROI или ERoEI).

EROI – отношение количества энергии, полученной из определенного ресурса, к энергии, затраченной на создание (добычу) этого ресурса. Например, для бензина в числителе будет энергия, содержащаяся в одном его литре, а в знаменателе – энергия, затраченная на его производство, включая нефтеразведку, бурение и ректификацию. Если EROI больше единицы – ресурс является нетто-производителем энергии, если меньше – поглотителем. Чем выше показатель EROI, тем полезнее ресурс, поскольку на одну единицу он дает больше энергии, чем другие.

Уже из приведенного выше определения становится понятной некоторая ограниченность показателя – невозможно (ну, или почти невозможно) составить методику, позволяющую однозначно учесть все виды и количество использованной энергии при производстве того или иного ресурса. Статистические данные о затратах энергии в тех или иных процессах также не всегда в наличии. На значение показателя влияет и фактор времени: новый ресурс вначале имеет низкий EROI, поскольку много энергии вкладывается в его развитие, а отдача происходит позже. Кроме того, очевидно, что для фотоэлектрики, например, на показатель влияет местоположение электростанции (в условиях полярной ночи энергетической окупаемости не достичь никогда).

Да, показатель методологически неидеален. Тем не менее он полезен для сравнения в динамике энергетических альтернатив. Например, если нефть становится добывать тяжелее (удаленное месторождение, глубокое заложение и т. п.), затраты энергии (скажем, той же нефти) на извлечение единицы сырья увеличиваются, а EROI уменьшается, что, собственно, и происходит с нефтью сегодня.

В соответствии с данными одного из опубликованных научных исследований показатель EROI нефти уменьшился со 100 в прошлом столетии до 10–30 в настоящее время. EROI фотоэлектрических (солнечных) технологий составляет 19–38, угля – 40–80[217]. Новейшее исследование из США дает заключение об интервале EROI фотоэлектрики 8,7–34,2[218]. EROI ветряной энергетики, определенный в 2009 г. на основе изучения данных по 119 действующим ветряным турбинам, составил в среднем 25,2[219].

Для пестроты картины, точнее научной объективности нашего труда отметим, что исследование ученых-«атомщиков», опубликованное в 2013 г. в журнале Energy, содержит вывод о гораздо более скромных показателях EROI солнечной и ветроэнергетики: 3,9 и 16 соответственно, а при включении в систему накопителей энергии – 1,6 и 3,9. Разумеется, EROI атомной энергетики авторы оценивают высоко: в 75 единиц[220]. В то же время данная статья очевидно опирается на слишком малое количество не слишком свежих исходных данных по возобновляемой энергетике, и ее критики указывают на «серьезные методологические ошибки» авторов[221].

Считается, что для стабильного функционирования и развития современного индустриального общества показатель энергетической окупаемости должен быть не меньше 5:1, некоторые исследователи говорят о 7:1. Соответственно, энергетическая полезность возобновляемой энергетики уже находится на достаточно высоком уровне и в дальнейшем будет расти за счет повышения энергоэффективности производственных процессов, уменьшения объемов используемых материалов и т. п. EROI ископаемых ресурсов с течением времени, напротив, будет падать.

Экстерналии

Рассматривая сравнительные преимущества разных видов энергетики, мы никак не можем пройти мимо темы экстерналий, внешних эффектов (последствий) использования тех или иных видов энергоносителей, которые напрямую не отражаются в ценах на топливо или энергию. Очевидно, что в энергетической сфере основным видом экстерналий являются негативные последствия процессов генерации энергии на окружающую среду.

Поскольку внешние эффекты носят «расплывчатый» характер, их невозможно подсчитать с бухгалтерской точностью. Поэтому для монетарной оценки экстерналий используются соответствующие модели, учитывающие экспертные заключения. Одна из таких моделей под названием «Методика оценки внешних издержек для окружающей среды» предложена министерством окружающей среды Германии. В соответствии с его подсчетами внешние эффекты производства электроэнергии составляют для каменного угля – 8,9, бурого угля – 10,7, природного газа – 4,9, ветра – 0,3, гидроэнергетики – 0,2, солнечной энергетики – 1,2, биомассы – 3,8 евроцента на выработанный киловатт-час[222]. Таким образом, если прибавить указанные «внешние затраты» к стоимости производства электроэнергии утверждение о «дороговизне» возобновляемой энергетики становится еще менее состоятельным.

Корпорация Siemens, активно вовлеченная в энергетическое машиностроение и являющаяся крупным производителем ветроэнергетических установок, разработала «всеохватывающий» интегральный экономический индикатор, учитывающий наряду с LCOE внешние эффекты, субсидии, занятость и еще ряд факторов, связанных с процессом производства электроэнергии. Данный показатель был назван «Общественная стоимость производства электричества» (Society’s cost of electricity – SCOE)[223]. По расчетам Siemens, проведенным для рынка Великобритании, в 2025 г. самым низким SCOE будут обладать обе «ветви» ветроэнергетики, и даже фотоэлектрика в условиях Туманного Альбиона оказывается дешевле атомной, угольной и газовой генерации.

В 2011 г. в Германии было опубликовано исследование под названием «Расчет премии с учетом рисков для покрытия рисков ответственности, возникающих при работе атомных электростанций». Авторы исследования пришли к выводу, что ежегодная страховая премия для одной атомной электростанции должна составлять минимум €19,5 млрд. Подобная страховка подняла бы стоимость атомного электричества до абсолютно неприемлемых уровней[224].

Разобравшись со стоимостью, затратной частью возобновляемой энергетики и, как мне представляется, доказав несостоятельность мнений о «дороговизне ВИЭ», перейдем к вопросам государственной поддержки альтернативной энергетики и субсидиям на ее развитие.

Государственная поддержка ВИЭ

В странах, которые обычно называют экономически развитым, государство играет чрезвычайно важную роль в регулировании энергетического рынка. Часто встречающееся у нас мнение о западном царстве рыночной свободы, мягко говоря, наивно. В сферу госрегулирования входит в том числе стимулирование развития тех или иных секторов энергетики. Государственная поддержка энергетики осуществляется в разных формах. Это могут быть косвенные механизмы, такие как налоговые льготы и преференции, регулирование цен, торговые ограничения и лимиты. В самую последнюю очередь эта поддержка производится с помощью «строки в бюджете», т. е. путем прямого государственного финансирования, или государственных субсидий.

Как уже отмечалось выше, объемы господдержки ВИЭ зачастую сильно преувеличиваются, что отражается в общественном мнении. Социологический опрос, проведенный недавно в Великобритании, показал, что граждане переоценивают размер поддержки возобновляемой энергетики в 14 (!) раз[225].

В то же время мировые экономико-статистические данные позволяют составить картину, которая кардинально отличается от образов, засевших в головах «экспертов» и обывателей, черпающих информацию неизвестно откуда. Государственная поддержка традиционной углеводородной и ядерной энергетики в денежном выражении в разы больше, чем поддержка возобновляемой энергетики. О возобновляемой энергетике в последнее время много говорят, она на виду, и не все ей рады. Именно поэтому многие аналитики видят исключительно «субсидии» ВИЭ, закрывая глаза на массированные государственные вливания в углеводороды и мирный атом, которые, к слову, лишь тормозят развитие альтернативных технологий и достижение глобальных климатических целей.

Безусловно, возобновляемая энергетика не смогла бы возникнуть и развиваться без государственной поддержки. Но разве редко нам приходится читать в новостях о налоговых льготах и преференциях нефтегазовым компаниям для разработки тех или иных месторождений? Международное энергетическое агентство «оценивает, что субсидии на потребление ископаемого топлива во всем мире составили в 2013 г. $548 млрд… Эти субсидии более чем в четыре раза выше объемов субсидий возобновляемым источникам энергии и более чем в четыре раза превышают суммы инвестиций во всем мире в повышение энергетической эффективности»[226].

Исследование венчурной компании DBL Investors показывает, что среднегодовые субсидии нефтяным и газовым компаниям в США, в том числе налоговые льготы и государственные расходы, в течение первых 15 лет развития соответствующих технологий были примерно в пять выше, чем объемы поддержки ВИЭ. А размеры поддержки атомной энергетики превышали субсидии возобновляемой энергетике более чем в десять раз[227]. «Субсидии со стороны государства и прочие формы протекционизма искусственно поддерживают стареющий энергетический сектор, давая ему несправедливое преимущество перед зеленой энергетикой»[228].

Наконец, в мае 2015 г. Международный валютный фонд (МВФ) опубликовал рабочий доклад под названием «Насколько велики глобальные энергетические субсидии?». В расчетах исследователей МВФ, охватывающих уголь, нефтепродукты, природный газ и электроэнергию, учитывались экстерналии (внешние эффекты), о которых мы говорили выше. Выводы авторов доклада «шокирующие»: «энергетические субсидии значительно выше, чем оценивалось ранее: $4,9 трлн (6,5 % мирового ВВП) в 2013 г., и по прогнозам достигнут $5,3 трлн (6,5 % мирового ВВП) в 2015 г.», что эквивалентно $10 млн в минуту[229]. Методика, используемая специалистами МВФ, может кому-то показаться спорной, но это предмет отдельной дискуссии.

В отличие от мер поддержки углеводородной энергетики, которые зачастую назначаются в результате подковерных договоренностей государства и энергетических компаний и приводят к скрытой и трудно калькулируемой дополнительной нагрузке на налогоплательщиков, поддержка ВИЭ, как правило, имеет абсолютно прозрачный механизм.

Более того, возобновляемая энергетика в большинстве стран не субсидируется из государственных и местных бюджетов вообще. Например, в Германии финансовые ресурсы для поддержки ВИЭ формируются за счет распределительного платежа (EEG-Umlage), уплачиваемого потребителями энергии, и аккумулируются на специальных счетах (EEG-Konten), ведущихся сетевыми компаниями. Информация по данным счетам открыта.

По состоянию на начало 2014 г. политика поддержки ВИЭ декларировалась в 138 странах мира. При этом в политике все большее внимание уделяется вопросам использования ВИЭ в сферах отопления/охлаждения и транспорта, хотя производство электроэнергии, разумеется, преобладает.

Существует довольно широкий ряд инструментов поддержки возобновляемой энергетики, среди которых можно выделить два основных. Первый из них – это так называемый зеленый тариф (feed in tariff), второй – установление обязательных квот на производство энергии на основе ВИЭ (quota policies).

Зеленый тариф представляет собой специальный тариф, по которому закупается электричество, произведенное с помощью возобновляемых источников энергии. Еще раз подчеркнем, что он не платится из государственного (или местного) бюджета, не финансируется за счет субсидий и сам не является таковой. Как в вышеуказанном примере Германии, расходы на оплату данного тарифа несут потребители электроэнергии, предприятия и граждане, которым в счет на электроэнергию включается соответствующая строка. В настоящее время зеленый тариф применяется в 98 странах мира[230].

Для стимулирования ВИЭ изначально данный тариф превосходил, и порой существенно, цену на электроэнергию. Высокая цена оборудования, например солнечных электростанций, компенсировалась высокой ценой, по которой покупалась чистая электроэнергия. В последние годы многие страны сокращают размеры зеленого тарифа, побуждая владельцев малых электростанций к собственному потреблению производимой чистой энергии.

В ряде стран применяется методика «чистого измерения» (net metering), сходная по сути с зеленым тарифом. Она состоит в зачете (вычете) произведенного ВИЭ электричества при расчетах за потребленную электроэнергию.

Политика квот используется в 25 странах на национальном уровне, а на региональном – в 54 штатах/провинциях США, Канады и Индии[231].

Итак, слухи о затратности, дороговизне возобновляемой энергетики, лежащей тяжким бременем на шее у государства, сильно преувеличены. Возобновляемая энергетика превратилась в мощную рентабельную отрасль глобальной экономики. Расходы на ее создание явились и остаются не «бюджетными потерями», а инвестициями в заводы и технологии, научные разработки, рабочие места и экологически чистое будущее. Эти расходы несет все общество, но положительный мультипликативный эффект данных инвестиций, синергия от развития новых технологий и производств существенно превышает осуществляемые вложения.

Исследование, проведенное New Climate Institute, Германия, показало, что мероприятия по ускоренному развитию ВИЭ, которые могли бы осуществить ЕС, Китай и США в целях ограничения роста температуры 2 °C обеспечили бы к 2030 г. годовую экономию за счет сокращения импорта углеводородов в общей сложности $500 млрд предотвратили бы более миллиона человеческих смертей и создали бы 2 млн дополнительных рабочих мест[232].

Как отмечает Международное энергетическое агентство, «развитие доступных, неисчерпаемых и экологически чистых технологий… принесет огромные долгосрочные выгоды. Опора на местный, неисчерпаемый и в основном независимый от импорта ресурс увеличит энергетическую безопасность стран, повысит экологическую устойчивость, снизит загрязнение окружающей среды и затраты на смягчение последствий глобального потепления, будет держать цены на ископаемое топливо ниже, чем в противном случае. Эти преимущества являются глобальными. Поэтому дополнительные расходы для стимулирования развертывания ВИЭ следует рассматривать как “инвестиции в образование”»[233].

Запад и Восток: Германия и Китай

Разобравшись с общемировыми тенденциями развития возобновляемой энергетики, посмотрим внимательно на двух основных торговых партнеров России в Европе и Азии.

Германия и Китай схожи не только тем, что они являются крупнейшими потребителями российских сырьевых ресурсов и… до сих пор в значительной степени зависят от угля в производстве электроэнергии. Эти страны являются также глобальными лидерами энергетики возобновляемой.

Германия – основатель движения, долгое время задававший идеологию и темп мирового развития возобновляемой энергетики, создавший мощнейшую солнечную энергетику в условиях весьма скромных показателей солнечной радиации и до сих пор занимающий первое место в мире по объему установленной мощности (хотя Китай уже наступает на пятки).

Китай в течение последних десяти лет по-настоящему распробовал вкус ВИЭ и стремительно вырывается в абсолютные мировые лидеры по всем направлениям использования возобновляемых источников.

Германия

В конце 1980-х гг. в западногерманском политическом пространстве тема охраны окружающей среды постепенно стала завоевывать умы. Разрушение озонового слоя, парниковый эффект, чернобыльская катастрофа, появление идей устойчивого развития – эти проблемы и события сформировали условия, в которых вызрела инициатива «энергетического поворота» (нем. Energiewende). Его юридическим началом можно считать «революционный» закон о покупке энергии, произведенной из возобновляемых источников, электросетевыми компаниями (Stromeinspeisungsgesetz), принятый в 1990 г.

Сетевым компаниям вменялось в обязанность приобретение электроэнергии из ВИЭ с выплатой производителям вознаграждения по установленному государством тарифу. Средства на оплату должны были поступать из кармана всех потребителей энергии.

Это один из немногих законов, который готовился не в министерских кабинетах. Законопроект возник в бундестаге в результате работы представителей разных фракций и был подписан 80 депутатами из всех парламентских партий. Он не встретил практически никакого сопротивления ни в правительстве, ни в руководстве крупных энергетических компаний. Ему попросту не придали значения, а большинство членов парламента не совсем понимали, за что они голосовали. В те времена политику волновали процессы объединения Германии, а возобновляемой энергетики как таковой (кроме гидроэнергетики) еще не существовало. Как результат, в законе никто не видел угрозы чьим-либо интересам, и он был принят (чего не сделаешь для охраны окружающей среды, тем более если это не заставляет делиться).

25 февраля 2000 г. был принят Закон о возобновляемых источниках энергии (EEG), который установил в качестве приоритета немецкой энергетики развитие на основе ВИЭ. Он обязал сетевые компании осуществлять подключение энергетических установок на основе ВИЭ к сети, обеспечивать условия для такого подключения (проводить сеть) и закупать энергию из возобновляемых источников в приоритетном порядке (в первую очередь). Законом также устанавливался порядок оплаты чистой энергии в форме зеленого тарифа. Соответствующие затраты перекладывались на потребителей электроэнергии в виде фиксированного «распределительного платежа» (EEG-Umlage) и включались в цену электричества.

В том же 2000 г. были предприняты первые шаги по выходу Германии из атомной энергетики. А в 2011 г., после аварии на АЭС Фукусима, бундестаг подавляющим большинством голосов принял новую редакцию закона об атомной энергетике (Atomgesetz), окончательно зафиксировав ее ликвидацию и закрытие всех действующих ядерных реакторов до конца 2022 г.

Подход Германии отличает постановка на государственном уровне конкретных долгосрочных целей развития ВИЭ и сокращения выбросов парниковых газов. Этим целям соответствуют проработанные планы действий, содержащие целевые показатели и ориентиры и подробное описание необходимых шагов, в том числе новых направлений и приоритетов научных исследований и разработок. В качестве основных макроцелей рассматриваются следующие. К 2050 г. ВИЭ должны обеспечивать 80 % производства электроэнергии и 60 % всего энергопотребления в стране. К 2020 г. выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 40 % от уровня 1990 г. К 2050 г. страна должна достичь «климатической нейтральности», что обеспечивается сокращением выбросов парниковых газов на 80–95 % от уровня 1990 г.

Указанные цели «энергетического поворота» широко поддерживаются немецким обществом, о чем свидетельствуют многочисленные социологические опросы. Большинство экспертов также не считает данные цели слишком агрессивными. Более того, существуют исследования, обосновывающие экономическую возможность и даже выгодность перехода на 100 %-ное энергоснабжение на основе возобновляемых источников энергии к 2050 г. Например, Институтом солнечных энергетических систем Фраунхофера (Fraunhofer ISE) была опубликована модель под названием «100 % возобновляемой энергетики для тепло– и электроснабжения Германии», обосновывающая технологическую возможность и экономическую оправданность перехода Германии на 100 % ВИЭ, включая наземный транспорт, к 2050 г.[234]

Каковы последствия и результаты немецких планов и принятых решений? В настоящее время Германия занимает первое место в мире по объему установленной мощности солнечной энергетики (38 ГВт), второе – в биоэнергетике (после США), третье – в ветроэнергетике (после Китая и США). По установленной мощности возобновляемой энергетики на душу населения (без учета гидроэнергетики) ФРГ занимает второе место в мире, уступая лишь маленькой Дании[235]. Более 27 % потребления электроэнергии в Германии в 2014 г. было покрыто возобновляемыми источниками.

С 2003 г. Германия является нетто-экспортером электроэнергии. В 2013 и 2014 гг. экспорт находился на одинаково высоком и до сих пор максимальном уровне – 34 ТВт · ч в год. Оптовые (биржевые) цены на электроэнергию стабильно держатся на крайне низком уровне, периодически опускаясь до отрицательных значений. Форвардные цены на оптовом рынке опустились 6 января 2015 г. до самых низких значений за последние 11 лет[236]. Данная ситуация благоприятно сказывается на конкурентоспособности крупных немецких энергоемких производств, способных приобретать оптовые объемы энергии.

Германия – мировой лидер в сфере энергоэффективности, она задает тренды и мировые стандарты экономии энергии в зданиях и производственных процессах. Таким образом, ключевой тренд энергетического развития Германии может быть описан следующим образом: рост энергоэффективности производств и зданий ведет к снижению потребления энергии, а это уменьшающееся потребление все в большей степени покрывается возобновляемыми источниками. Потребление энергии в 2014 г. сократилось по сравнению с 2013 г. на 4,8 %, или 445,5 млн т топлива в угольном эквиваленте до самого низкого с 1990 г. уровня[237], что повлекло за собой соответствующее снижение выбросов парниковых газов.

В течение нескольких последних лет отмечается снижение выработки электроэнергии угольными и газовыми электростанциями. В 2014 г. объем генерации на основе бурого угля сократился по сравнению с предыдущим годом на 3 %, на основе каменного угля – на 9,5 %, хотя угольная генерация до сих пор является основным производителем электричества. Газовые электростанции сократили выработку на 13,8 % (сегодня газовая генерация производит почти в два раза меньше электроэнергии в год, чем ветроэнергетика)[238]. Казалось бы, в целях сокращения выбросов парниковых газов рационально переводить электрическую генерацию с угля на более чистый природный газ. Однако данное оправданное решение сталкивается с экономической реальностью. Газовая генерация нерентабельна.

Несмотря на высокую степень дирижизма в экономике Германии, она все-таки является рыночной. При текущей конъюнктуре замена угля газом в электрической генерации возможна только при условии или субсидирования, или существенного снижения цен на природный газ. Крайне маловероятно, что правительство станет субсидировать импортное сырье. В то же время рассматриваются некоторые формы выплат газовым пиковым электростанциям не за выработку электроэнергии, а за то, что они находятся в энергосистеме и выполняют функцию резервных мощностей, обеспечивающих пиковые нагрузки в сети (по аналогии с пожарными, которым платят не только в момент тушения пожара).

Немецкая возобновляемая энергетика, в особенности ее солнечный сегмент, создала интересный прецедент, который можно назвать «демократизацией энергетики». Еще правительство Герхарда Шрёдера запустило программу под названием «100 000 крыш», направленную на стимулирование установки солнечных модулей домашними хозяйствами. Равный доступ на энергетический рынок любых производителей чистой электроэнергии в сочетании с мерами стимулирования привел к тому, что сегодня в стране насчитывается примерно 1,4 млн подключенных к электросетям солнечных электростанций[239], большая часть которых принадлежит частным лицам. Почти половину электроэнергии ВИЭ производят граждане и фермерские хозяйства, в то время как на долю крупнейших энергетических концернов приходится всего лишь 5 %. Таким образом, явно выделяется распределенный характер возобновляемой энергетики, который станет одним из основных признаков энергетики в ближайшем будущем.

Возобновляемая энергетика является мощным мотором современной немецкой экономики, стимулирует создание высокотехнологичных производств и рабочих мест. Количество занятых в отраслях возобновляемой энергетики Германии составило по состоянию на 2013 г. 363 100 человек[240].

Вопреки распространенному мнению возобновляемая энергетика в Германии не субсидируется, федеральный и местные бюджеты не несут нагрузки в связи с развитием ВИЭ. Государственная поддержка ВИЭ состоит в создании соответствующих рамочных условий, благоприятствующих развитию возобновляемой энергетики. Основным методом поддержки являлся до недавнего времени вышеупомянутый зеленый тариф, выплачиваемый владельцам генерирующих мощностей за произведенное чистое электричество. Источником средств, выплачиваемых по «зеленому тарифу», является «распределительный платеж», который включается в счет потребителям энергии (за исключением их некоторых категорий, например энергоемких производств) и аккумулируется на специальных счетах сетевых компаний. Информация о состоянии данных счетов открыта и доступна всем желающим. Величина данного распределительного платежа в 2014 г. составляла 6,24 евроцента за киловатт-час, в 2015 г. он впервые снижен до 6,17 евроцента.

Немецкая организация планирования и стимулирования развития возобновляемой энергетики является примером высокоэффективного государственного управления, позволяющего мобилизовать колоссальные ресурсы и создать с нуля высокотехнологичную отрасль с сотнями тысяч занятых, с абсолютной народной поддержкой и без бюджетных вливаний.

Разумеется, крупнейшая перестройка энергетической системы не могла не сопровождаться перекосами и недостатками. Когда вводили зеленый тариф, никто не предполагал, что возобновляемая энергетика станет столь доступной и завоюет широкую народную любовь. В результате участников рынка – получателей зеленого тарифа оказалось слишком много, а суммы, которые нужно им выплачивать, превысили все возможные прогнозы, что привело к необходимости регулярно повышать распределительный платеж. Это одна из причин высоких сетевых тарифов на электроэнергию на розничном рынке. Граждане Германии платят сегодня примерно 29 центов за киловатт-час. Справедливости ради необходимо отметить, что распределительный платеж составляет менее четверти тарифа на электроэнергию, оптовая цена которой стабильно находится на низком уровне (3–4 цента за кВт · ч), и является не единственной причиной высокой розничной цены.

Сегодня зеленый тариф резко снижен и стал ниже сетевого тарифа. Это положило конец стимулированию установки частных солнечных электростанций в целях продажи электроэнергии, однако создало рынок современных систем хранения энергии, позволяющих в большей степени использовать вырабатываемую зеленую энергию для собственного потребления. Разумеется, уменьшение размера зеленого тарифа снизило привлекательность новых инвестиций в возобновляемую энергетику. Если в 2012 г. в стране было установлено 7,6 ГВт новых мощностей в солнечной энергетике, то в 2014 г. – всего 1,89 ГВт[241]. В то же время можно сказать, что развитие ВИЭ приобрело более регулируемый и планомерный характер с ежегодной постановкой целей по вводу определенного количества мощностей – столько, сколько необходимо для выполнения долгосрочных планов на 2020, 2030, 2040 и 2050 гг.

Энергетический разворот сильно ударил по традиционным энергетическим компаниям, до последнего державшимся за традиционные способы производства энергии, недооценивая ВИЭ. Их рыночная капитализация стабильно снижается с 2008 г. «Мы поздно вышли на рынок возобновляемой энергетики. Возможно, слишком поздно», – произнес глава немецкого энергетического концерна RWE, воевавшего с «энергетическим поворотом» все последнее десятилетие и зафиксировавшего в 2013 г. крупнейший убыток (€2,8 млрд) за всю историю[242].

Второе по размерам (объем выручки $162 млрд по итогам 2013 г.) предприятие Германии, энергетический гигант E.ON, прекращает свое существование в прежнем виде. В ноябре 2014 г. E.ON провозгласил выход из углеводородной и ядерной энергетики. Предприятия концерна, специализирующиеся на данных направлениях, в том числе российский бизнес E.ON, выводятся в отдельное новое юридическое лицо (или разные юридические лица), которое в 2016 г. должно быть продано посредством биржевого размещения. Обновленный Е.ON будет специализироваться на возобновляемой энергетике и управлении электрическими сетями.

Трудности традиционных энергетических концернов в условиях бурного развития возобновляемой энергетики заставляют пристальнее посмотреть на перспективы российского сырьевого экспорта. Германия является крупнейшим покупателем российского природного газа, который используется главным образом для производства тепла, в то время как ВИЭ работают в большей степени в сфере электроэнергетики. Казалось бы, данные рынки пересекаются незначительно и развитие ВИЭ слабо влияет на стабильность газовых потоков. Однако все не так просто.

В июне 2014 г. опубликовано исследование, подготовленное Институтом ветроэнергетики и энергетической системной техники Фраунхофера (Fraunhofer IWES), под названием «Замена природного газа посредством форсированного энергетического поворота»[243]. В исследовании оценивается возможность «безболезненного» снижения потребления природного газа в Германии с двумя целями: 1) снижение выбросов парниковых газов; 2) сокращение зависимости от импортных поставок газа. Примерно 85 % потребляемого Германией природного газа приходится на выработку тепла (в том числе в рамках когенерации), и только 5 % идет на производство электроэнергии «в чистом виде». Таким образом, возможность сокращения потребления природного газа зависит, во-первых, от способности сократить потребности страны в тепловой энергии и, во-вторых, заместить природный газ иными (возобновляемыми) источниками тепловой энергии.

В долгосрочной перспективе подобная перестройка не является утопией. Известно, что современные энергопассивные дома потребляют на 90 % меньше тепловой энергии в сравнении с обычными зданиями и им практически не нужно отопление, не нужен источник тепла с высокой плотностью энергии. Тенденция замены теплового оборудования, сжигающего углеводородное топливо (нефтепродукты и природный газ), иными способами отопления очевидна уже сейчас. Если в 2000 г. доля газа в отоплении в новостройках составляла 76,7 %, а нефтепродуктов – 13,4 %, то в 2013 г. на газ (в том числе биометан) приходилось 48,3 %, а на нефтепродукты – 0,7 % новых жилых единиц[244].

Конечно, существующий фонд зданий состоит из объектов, построенных ранее и в разное время. Его реконструкция (энергетическая санация), а также установка альтернативных систем отопления требует времени и колоссальных инвестиций. Тем не менее рассмотренные в указанном исследовании сценарии «энергетического поворота» позволяют авторам сделать следующие выводы.

Отказ от природного газа возможен. В соответствии с нынешними действующими законодательными нормами (в первую очередь действующей редакцией Закона о возобновляемых источниках энергии – EEG) его потребление Германией сократится на 24 % к 2030 г. и на 42 % к 2050 г. В случае же «форсированного сценария», предлагаемого (и обосновываемого) Институтом, потребление природного газа можно сократить к 2030 г. на 46 %, а к 2050 г. – на 98 %.

Напомним, что доля российского природного газа в немецком импорте данного сырья составляет 38–39 %. Таким образом, средне– и долгосрочные перспективы российского экспорта углеводородов на немецком направлении достаточно туманны и нуждаются в тщательном мониторинге и сценарном анализе.

Китай

В 1974 г. Китай потреблял 5 % глобальной энергии, сегодня эта доля выросла в четыре раза – 20 % мирового потребления энергии приходится на нашего восточного соседа. В 2014 г. Китай, обойдя США, стал мировым лидером по загрязнению атмосферы Земли – объем выбросов CO_2 составил 8,2 млрд Гт[245].

Китай является крупнейшим в мире производителем электроэнергии – 4985 ТВт · ч, или 22 % мирового производства в 2012 г. (Россия произвела 1069 ТВт · ч, или 4,7 % мирового электричества, – четвертое место в мире)[246]. Совокупная установленная мощность китайских электростанций составляет 1247 ГВт[247] (в пять раз больше, чем в России).

При этом Китай является крупнейшим в мире производителем и потребителем угля, который исторически являлся и продолжает оставаться основой китайской энергетики. Угольная генерация дает 76 % китайского электричества[248]. Китай является не только первым производителем угля с доминирующей долей 45,5 % мирового производства (доля России 4,4 %), но и крупнейшим его импортером[249].

Можно сказать, что Китай сегодня «проглатывает» все: уголь, нефть, газ – для покрытия потребностей своей растущей экономики. В то же время экстенсивный рост, основанный на использовании все больших объемов ископаемого топлива, имеет очевидные пределы. Эти ограничения связаны не только с конечностью ископаемых ресурсов, но и с колоссальными негативными последствиями массированного использования углеводородов для окружающей среды и здоровья населения. Уголь – самый «грязный» вид ископаемого топлива. Его использование в энергетике связано с бóльшими удельными выбросами вредных веществ, чем у других видов генерации.

Даже радиоактивное загрязнение окружающей среды угольными ТЭС в разы сильнее, чем атомными электростанциями сравнимой мощности. В угле содержатся радиоактивные вещества – торий, изотопы урана, продукты их распада (включая токсичные радий, радон и полоний), а также долгоживущий радиоактивный изотоп калия – калий-40. При сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. Кроме того, значительная доля природных радионуклидов, содержащихся в угле, скапливается в шлаковых отвалах ТЭС и попадает в организм людей по пищевым цепочкам через поверхностные и грунтовые воды. Выбросы CO_2 угольными электростанциями составляют для бурого угля 969–1190 г/кВт · ч, для каменного угля – 898–952 г/кВт · ч, а для природного газа – 398–544 г/кВт · ч[250]. Угольная энергетика лидирует также по выбросам окислов серы и азота, твердых частиц, золы.

Неудивительно, что бурный рост китайской энергетики в сочетании со стремительным увеличением автомобильного транспорта привел к катастрофическим последствиям для экологии страны. Шестнадцать из 20 наиболее загрязненных городов мира находятся в Китае[251]. В январе 2013 г. объем твердых частиц в воздухе Пекина составил 993 мкг на м3 при максимально допустимой по методике Всемирной организации здравоохранения норме 25 мкг[252]. По официальным данным 16 % почвы, 20 % сельскохозяйственных земель и 60 % грунтовых вод в стране загрязнено[253]. Чрезвычайная экологическая ситуация вызывает массовые обращения граждан и конфликтные протесты. Роль сборочного конвейера и полигона производственных отходов больше не устраивает граждан Китая, чье благосостояние за последние 20 лет в среднем существенно возросло. Разумеется, не устраивает она и политическое руководство, страну в целом, которая стремится и в экологическом плане занять место, подобающее самой мощной экономике мира.

В марте 2014 г. на открытии Национального народного конгресса генеральный секретарь ЦК КПК Си Цзиньпин «объявил войну» загрязнению окружающей среды. Гармонизация китайского общества и природы рассматривается теперь в качестве одного из важнейших национальных приоритетов. С 1 января 2015 г. вступило в силу новое законодательство по охране окружающей среды, предусматривающее существенное ужесточение ответственности предприятий и их руководителей, устанавливающее уголовную ответственность, тюремное заключение и отменяющее верхние границы штрафов за наносимый экологический ущерб. Предусматриваются конкретные цели по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Например, в Северном Китае к 2017 г. выбросы должны быть сокращены на 25 % по сравнению с уровнем 2012 г. В целях борьбы за экологию Китай вводит ограничения на использование ископаемого топлива. В настоящее время установлена верхняя граница объема потребления угля – прогнозируемый к 2020 г. уровень 4,2 млрд т не должен быть превышен (к слову, не исключено, что данный лимит не будет выбран, поскольку в 2014 г. потребление угля не выросло)[254].

Возобновляемой энергетике отводится ключевая роль в решении экологических проблем Китая. При этом соответствующие инвестиции и меры стимулирования не рассматриваются в качестве «затрат на экологию» или «дополнительной нагрузки на бюджет». Отлаженные за последние годы технологии ВИЭ и их повысившаяся доступность обеспечивают экономически рациональную интеграцию возобновляемой энергетики в энергосистему страны.

Китай уже долгое время лидирует в мире в области гидроэнергетики (установленная мощность ГЭС 260 ГВт). С учетом данной мощности китайское производство электричества на основе ВИЭ примерно соответствует совокупному объему всей электрической генерации Германии и Франции вместе взятых.

Естественные географические ограничения требуют развития и иных, отличных от гидроэнергетики направлений возобновляемой энергетики, которым в последние годы уделяется повышенное внимание. В настоящее время ключевая роль здесь отводится ветроэнергетике. Китай рассматривает ветроэнергетику в качестве одного из важнейших компонентов роста национальной экономики. Еще в 2012 г. выработка электроэнергии китайскими ветряными электростанциями превысила выработку АЭС, а в 2013 г. разница составила уже 22 %[255]. Таким образом, ветер уже является третьим (после угля и воды) источником электроэнергии в Китае по объемам вырабатываемого электричества.

В 2013 г. ветроэнергетика Китая выработала на 40 % электричества больше, чем в предшествующем году[256], а в одном только 2014 г. в Китае были установлены ветряные электростанции общей мощностью 20,7 ГВт[257] – абсолютный мировой рекорд. В 2017 г. 15 % потребления электроэнергии Пекином должно обеспечиваться ветроэнергетикой[258]. Ученые Гарварда и Пекинского университета Цинхуа на основе метеорологических данных и с помощью финансового моделирования сделали вывод, что к 2030 г. все электричество в Китае может производиться ветроэнергетикой[259].

На пятки производителям электричества с использованием ветра наступает солнечная энергетика, которая в Китае начала активно развиваться только в текущем десятилетии и, возможно, в его второй половине станет главным драйвером роста ВИЭ (да и экономики вообще) в Китае. Стремительность роста демонстрируется следующими данными. В 2010 г. в Китае было построено 0,5 ГВт солнечных электростанций, а совокупная установленная мощность достигла всего 0,8 ГВт[260]. В 2013 г. было установлено уже 12,9 ГВт солнечных генерирующих мощностей, больше, чем когда-либо в какой-либо стране за год, а общая установленная мощность достигла примерно 20 ГВт[261]. Добавление новой солнечной генерации осуществлялось такими ударными темпами, что ее интеграция в электрические сети стала сложным технологическим вызовом.

Интересным фактом является оперативное повышение годовых плановых целей по вводу новых солнечных мощностей. Например, в конце 2013 г. было принято решение пересмотреть план на 2014 г. и ввести вместо запланированных 12 ГВт солнечных мощностей 14 ГВт[262] (хотя эту новую цель достичь не удалось). В январе 2015 г. Китай запланировал установить уже 15 ГВт солнечных электростанций в текущем году. Примечательно, что упор делается на «демократичную» распределенную генерацию, в которой объем новых мощностей планируется утроить, в том числе на крышах зданий собираются установить минимум 3,15 ГВт[263]. Но в марте Китай снова заявляет о повышении плановых заданий: 17,8 ГВт солнечных электростанций должно быть построено в Китае в 2015 г.[264] Весьма вероятно, что в течение 2015 г. Китай превзойдет Германию по установленной мощности солнечных электростанций и займет и в этом сегменте первое место в мире.

Дальнейшие планы Китая по развитию возобновляемой энергетики поражают воображение. К 2017 г. планируется более чем утроить мощности солнечной энергетики, доведя их до 70 ГВт. В этом же году мощность ветроэнергетики должна составить 150 ГВт, биоэнергетики – 11 ГВт, гидроэнергетики – 330 ГВт[265]. В совокупности установленная мощность китайской возобновляемой энергетики достигнет примерно 560 ГВт, что, для сравнения, в 2,4 раза превышает суммарную установленную мощность всех электростанций России. «Данное развитие может привести к сокращению на 45 % (по сравнению с нынешним уровнем) импорта, нефти, угля и природного газа», – замечает журнал Nature[266]. Развитие ВИЭ в Китае уже привело к снижению потребления угля, которое впервые с начала века упало на 1–2 %[267].

В 2020 г. совокупная установленная мощность ветряных электростанций должна составить уже 200 ГВт, солнечных – 100 ГВт[268], такие цели предусматриваются китайским пятилетним планом 2016–2020 гг. При этом последняя цель рассматривается некоторыми участниками отрасли в качестве «минимума». Как отмечает глава Yingli Green Energy, второго в мире производителя солнечных панелей, цель в 100 ГВт «может трактоваться как нижняя граница»[269].

Классическим заменителем «грязного» угля является «более чистый» природный газ. С точки зрения емкости китайского рынка нет никаких сомнений, что объемы поставок российского газа в Китай теоретически могут превзойти европейский уровень, как об этом заявляет Газпром. В то же время необходимо учитывать быстро меняющийся энергетический ландшафт. Посудите сами. Принятый в середине прошлого десятилетия китайский средне– и долгосрочный план развития возобновляемой энергетики, устанавливал следующую цель развития ветроэнергетики: 20 ГВт к 2020 г. Сегодня эта цель пересмотрена – увеличена в десять раз. В солнечной энергетике поставленные ранее цели скорректированы более чем в 50 раз!

Возобновляемая энергетика воспринимается в Китае как важный фактор экономического роста, один из ведущих драйверов социально-экономического развития, обеспечивающий создание новых технологичных производств и квалифицированных рабочих мест. Китай уже не ограничивается ролью сборочной площадки, превратившись в одного из передовых разработчиков и производителей технологических решений и оборудования в сфере ВИЭ. Здесь производится 64 % всех солнечных панелей в мире суммарной мощностью 25,6 ГВт (2013 г.). Планируется, что к 2017 г. объем годового производства вырастет вдвое – до 51 ГВт, а рыночная доля Китая увеличится до 70 %[270]. Среди десяти крупнейших производителей ветряных генераторов в мире три компании китайские, одна из них, Goldwind, занимает второе место в мире по объему производства после датской Vestas[271]. Количество занятых в китайской возобновляемой энергетике (без учета гидроэнергетики) оценивается в 2,64 млн человек, в том числе 1,58 млн в солнечной энергетике и 356 000 в ветроэнергетике[272]. Только фотоэлектрическая индустрия добавила к китайскому ВВП $52 млрд в 2013 г.[273]

Как отмечалось выше, Китай активно стимулирует развитие электрического транспорта. Перспективы развития нефтяного рынка страны выглядят не очень радужно. Рост потребления топлива остановится «гораздо раньше, чем прогнозировали многие западные энергетические компании и аналитики»[274].

Таким образом, возобновляемая энергетика в Китае стала мощной отраслью, имеющей важнейшее социально-экономическое значение. В ближайшие годы она будет стремительно расти. В соответствии с нынешними обещаниями китайского руководства ее доля в энергетическом балансе страны к 2030 г. составит 20 %[275] (в производстве электричества эта доля будет значительно выше). Темп развития во многом станет зависеть как от состояния китайской экономики в целом, так и от развития технологий ВИЭ, в первую очередь солнечной генерации и «умных сетей». И здесь, на мой взгляд, возможны только два сценария. Первый – это короткий период бурного роста с достижением определенной доли в энергетической системе с последующим умеренным ростом и постепенными структурными сдвигами в энергетике. Второй – более продолжительный период двузначных темпов роста с коренной перестройкой китайской энергосистемы в 2020–2040 гг. и выдавливанием из нее углеводородной генерации. Независимо от того, какой из сценариев будет реализован, российских экспортеров энергоносителей на восточном направлении ждут нелегкие времена.

2050: Сбалансированная энергетическая система с доминированием ВИЭ

DNV GL, международная консалтинговая компания, недавно опросила 1600 экспертов в энергетической сфере из 71 страны – представителей производителей оборудования, энергетических компаний, коммунальной сферы, регулирующих органов, инвестиционных фирм – о будущем возобновляемых источников энергии. Один из главных вопросов исследования был сформулирован так: «Когда возобновляемые источники станут генерировать 70 % электроэнергии на рынках, где вы работаете?»

Почти половина респондентов ответила, что это произойдет через 15 лет, т. е. в 2030 г. Подавляющее большинство опрошенных, 80 %, предположили, что энергетическая система будет на 70 % возобновляемой к 2050 г.[276]

Переход энергетики на «возобновляемые рельсы», как мы видели, обусловлен не только ростом конкурентоспособности возобновляемых источников, но и необходимостью борьбы с глобальным потеплением климата, которая является своего рода идеологической основой энергетического поворота. Напомним, что на европейском уровне поставлена «официальная» цель сократить к 2050 г. эмиссию CO_2 на 80–95 % от уровня 1990 г.[277] Без коренных изменений в производстве энергии достичь ее невозможно, поэтому предполагается, что доля «низкоуглеродных» способов производства электричества в Европе через 35 лет может составить почти 100 %. В остальном мире, очевидно, также произойдут мощные структурные сдвиги в сферах производства и потребления энергии, тренды уже налицо, вот только степень будущего распространения возобновляемой энергетики пока остается неясной.

Сценарии

Какую роль в энергетической системе будущего станет играть традиционное ископаемое топливо: нефть, уголь, газ? Очевидно, многое зависит от развития технологий в альтернативной энергетике и ее ценовой конкурентоспособности. Тенденции последнего десятилетия позволяют предполагать, что в ближайшее время ВИЭ прочно займут место в категории самых дешевых и эффективных энергоносителей. В результате у инвесторов будет оставаться все меньше оснований для вложений в новые проекты углеводородной генерации. Актуальная статистика подтверждает этот тренд – большинство новых энергетических мощностей относятся сегодня к сфере возобновляемой энергетики. Это справедливо не только для экономически развитых держав, но и беднейших государств. Например, с учетом падения стоимости солнечной генерации, фотоэлектрика становится самым доступным и при этом экологически устойчивым способом производства энергии в странах Африки, в которой сотни миллионов людей до сих пор живут без электричества.

В то же время темп изменений расклада мирового энергетического рынка остается загадкой. На Земле созданы колоссальные генерирующие мощности, работающие на угле и газе (нефть сегодня практически не используется в сфере производства электроэнергии – доля черного золота составляет здесь всего 5 %). Будут ли они выбывать и замещаться ВИЭ по мере естественного старения, как это наблюдается в сфере угольной генерации в США, или в принудительном порядке, как это происходит сегодня в Германии с атомной энергетикой, или переводиться в резерв, обеспечивающий пиковые нагрузки, что обсуждается в той же Германии?

Кроме того, в сфере энергетики и на сырьевых рынках огромное значение имеет государственная политика, которая, со всей очевидностью, находится под влиянием разных групп игроков. Нефтегазовый сектор имеет широкий круг лоббистов и значительные финансовые возможности для корректировки действий политиков. Поэтому нельзя исключать торможения нынешнего развития ВИЭ путем прямых ограничений, сворачивания мер поддержки и, напротив, предоставления дополнительных льгот и преференций налогового и неналогового характера сырьевому сектору.

Сегодня ясно одно: доля ВИЭ в мировом энергетическом балансе будет расти. Темпы же этого роста описываются разными сценариями и моделями развития сырьевых и энергетических рынков на национальных и международном уровнях. В частности, существуют варианты, предусматривающие полный отказ от углеводородной генерации к 2050 г., которые встречают наибольшую поддержку в экономически развитых странах Европы. С большой долей вероятности они будут реализованы в Австрии, Дании и Швеции, а в таких европейских странах, как Норвегия и Исландия, уже сегодня практически вся энергия вырабатывается с помощью ВИЭ. Шотландия планирует производить/использовать только возобновляемое электричество уже в 2020 г. Германия официально декларирует 80 %-ную долю ВИЭ в производстве электроэнергии и 60 %-ную в энергообеспечении вообще к 2050 г. Выполнение таких амбициозных планов будет обеспечиваться не только планомерным развитием возобновляемой энергетики, но и мерами по повышению энергоэффективности зданий и экономики в целом, ведущими к сокращению энергопотребления. Более того, существуют модели, обосновывающие возможность практически полного энергоснабжения ФРГ на основе возобновляемых источников к 2050 г. Так, «Бизнес-модель энергетического поворота» доказывает, что «новая энергетическая система будет основываться на солнечной и ветроэнергетике, которые помимо электроэнергетического сектора станут покрывать потребности транспорта и теплоснабжения. Многочисленные расчеты показывают экономическую целесообразность энергетического поворота даже при очень консервативных предпосылках, т. е. без учета роста цен на энергоносители и ущерба от выбросов CO_2»[278]. Немецкий Экспертный совет по вопросам окружающей среды утверждает, что «полное снабжение электричеством на основе возобновляемых источников возможно, надежно и экономично»[279].

Наряду с упомянутым ранее исследованием Института Фраунхофера «100 % возобновляемой энергетики для тепло– и электроснабжения Германии» при содействии министерства окружающей среды Германии был осуществлен трехлетний исследовательский проект и создана всеобъемлющая компьютерная модель под названием Kombikraftwerk 2. В ней использованы реальные почасовые показатели потребления энергии по всей Германии и метеорологические данные, на которые «наложена» генерация на основе ВИЭ, в результате чего можно проследить, где и как производится, где и кем потребляется энергия. В данном случае использована следующая структура производства электроэнергии: 60 % обеспечивается ветроэнергетикой, 20 % – фотоэлектрическими установками, 10 % – биоэнергетикой, а остаток – геотермальной и гидроэнергетикой. Результат моделирования: «Надежное и стабильное энергоснабжение, обеспечиваемое на 100 % возобновляемыми источниками, в будущем технически возможно с соответствующими корректировками в системе». Под корректировками подразумевается в первую очередь создание дополнительных накопительных (аккумулирующих) емкостей. Интерактивная модель представлена на сайте проекта в свободном доступе[280].

Международное энергетическое агентство описывает несколько возможных сценариев мирового энергетического развития к 2050 г., опираясь, с одной стороны, на экономико-технологические возможности трансформации энергетических систем и, с другой стороны, на прогнозы роста объемов выбросов парниковых газов и температуры атмосферы в результате человеческой деятельности[281]. Сценарий 6DC, в соответствии с которым среднемировая температура вырастет на 6 °C от доиндустриального уровня, реализуется в случае сохранения нынешних тенденций потребления ископаемого топлива, дальнейшего роста угольной электрической генерации, являющейся одним из главных загрязнителей атмосферы. Здесь мировое потребление углеводородов вырастет более чем на две трети, а выбросы парниковых газов еще больше. Сценарий 4DC – «сценарий новой политики», по которому рост температуры к 2050 г. будет ограничен 4 °C и в котором учитываются нынешние усилия и меры по стимулированию ВИЭ и повышению энергоэффективности. Наконец, сценарий 2DC описывает энергетическую систему, которая как минимум с 50 %-ной вероятностью позволит ограничить рост температуры на Земле 2 °C и которая потребует существенной перестройки энергетического уклада. Предполагается, что при реализации данного сценария рост концентрации углекислого газа в атмосфере может быть остановлен на уровне 450 частей на миллион (как мы помним, в 2015 г. концентрация CO_2, скорее всего, превысит 400 частей на миллион). Поэтому данный вариант развития энергосистемы называют еще сценарием 450, или 450ppm. Для этого необходимо, чтобы выброс CO_2 на единицу произведенного электричества сократился на 90 %[282].

Сценарий 2DC может быть реализован двумя путями, первый из которых – базовый вариант – предусматривает наряду с 65 %-ной долей ВИЭ в мировом энергетическом балансе весомую долю атомной энергетики. Вторая возможность, рассматриваемая Международным энергетическим агентством, состоит в увеличении доли возобновляемых источников до 79 % за счет сокращения доли атомной энергетики и дальнейшего сокращения угольной генерации практически до нулевого уровня. Этот последний вариант носит название «hi-Ren», т. е. «высокая доля ВИЭ». Международная группа по изменению климата (IPCC) считает необходимым увеличить долю ВИЭ в производстве электричества до 80 % к 2050 г. В противном случае человечество ожидает «тяжелый, всеобъемлющий и необратимый» ущерб[283].

Насколько сильно указанные сценарии отличаются с точки зрения эмиссии парниковых газов – иллюстрирует следующий пример. При нынешних трендах развития традиционных типов генерации (сценарий 6DC) выбросы CO_2 в электроэнергетическом секторе вырастут с 13 Гт в 2011 г. до 22 Гт в 2050 г. При реализации сценария hi-Ren их, напротив, удастся снизить всего до гигатонны[284].

Таким образом, если на национальном уровне в ряде стран уже сейчас с большой долей вероятности можно описать детали будущей энергетической системы, в которой ископаемому топливу практически не останется места, то на мировом уровне дать какой-то единый прогноз сложно. Разумеется, организация энергетики станет отличаться от страны к стране и доли того или иного источника энергии в разных местах земного шара будут разными в зависимости от уровня экономического развития, климатически-природных условий, доступности ископаемого топлива и т. д. Тем не менее далее мы постараемся выделить базовые общие черты и основные принципы передовых энергетических систем будущего, которые формируются уже сегодня.

65–79 % – такая доля возобновляемой энергетики в производстве электричества может быть достигнута в глобальном масштабе при реализации «экологичных» сценариев развития Международного энергетического агентства, предусматривающих существенное сокращение эмиссии парниковых газов и ограничение роста температуры воздуха[285]. Технологические предпосылки для этого есть уже сегодня. По мере дальнейшего удешевления технологий ВИЭ идеологические, климатические мотивы развития возобновляемой энергетики будут отодвигаться на второй план, уступая место рыночной прагматике.

В то же время существуют иные, оптимистичные для ископаемого топлива сценарии, один из которых, например, содержится в Прогнозе мировой энергетики (World energy outlook) до 2040 г., составленном Международным энергетическим агентством. Здесь предполагается, что, несмотря на рост ВИЭ и сокращение доли углеводородов в мировом энергетическом балансе, эта доля останется высокой – к 2040 г. 55 % электричества будет производиться на основе угля, природного газа и нефти (сегодня 68 %), а доля возобновляемых источников составит 33 % при росте потребления энергии на 37 %, а электричества на 80 %[286]. В данном случае годовой объем выбросов парниковых газов будет возрастать, что противоречит активно декларируемым международным целям борьбы с глобальным потеплением.

Увы, здесь многое зависит от политики ведущих индустриальных стран, от того, какая политическая линия возьмет верх. Если европейский поворот к ВИЭ более-менее очевиден, то вопросы, касающиеся возможностей других крупных держав ускорить изменения в энергетическом секторе, остаются открытыми. США и Китай, главные энергетические державы, ответственны сегодня примерно за 45 % мировых выбросов парниковых газов. Если Китай, как мы видели, ставит перед собой сверхамбициозные планы по развитию чистой энергетики и уже к концу 2017 г. до одной трети всех генерирующих мощностей Поднебесной может приходиться на ВИЭ, то США с их исторически сильным нефтяным лобби не столь активны. Тем не менее и там планируется удвоить мощности возобновляемой энергетики к 2020 г. по сравнению с уровнем 2012 г.

В ноябре 2014 г. на двусторонней встрече руководителей Китая и США стороны взяли на себя взаимные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. США планируют к 2025 г. сократить эмиссию на 28 % от уровня 2005 г., а Китай обязуется достичь пика выбросов к 2030 г. и предпринять усилия, чтобы осуществить это раньше[287]. Данные меры, несомненно, повлекут за собой изменение структуры энергетики, в то же время, по мнению ряда комментаторов, они недостаточны для обеспечения благоприятных климатических сценариев.

Также открытым остается вопрос, каким будет дальнейшее развитие. И здесь, увы, не обойдется без серьезных (надеемся, что мирных) столкновений, поскольку на кону триллионы долларов, ежегодно вращающиеся на мировых сырьевых и энергетических рынках. Таким образом, существует несколько вариантов развития мировой энергетической системы и потребления ископаемого топлива до 2050 г.

На сегодняшний день представляются весьма вероятными рестрикции, касающиеся дальнейшего использования угля, который до сих пор остается главным источником электроэнергии в США, Германии, Китае, Индии и многих других странах. Грозным предупреждением явилось решение Норвежского государственного пенсионного фонда (Government Pension Fund Global), управляющего активами стоимостью $850 млрд, выйти из вложений в угольные предприятия, так как «компании с особенно высокими выбросами парниковых газов могут быть подвержены риску из-за нормативных или иных изменений, ведущих к падению спроса»[288]. Инвестиционный банк Goldman Sachs полагает, что «уголь достиг своего пенсионного возраста и ему пора на покой»[289]. Угольная генерация электроэнергии может замещаться более чистыми способами, основанными как на использовании ископаемого топлива (природный газ), так и на возобновляемых источниках или мирном атоме. При этом тенденции, например в случае Германии, свидетельствуют о том, что замещение с большей вероятностью будет происходить на основе ВИЭ. На рынке Индии, крупного потребителя угля, также отмечается попытка резкого поворота в сторону солнечной энергетики, поскольку природные условия и «созревшие» технологии создают все предпосылки для экономически эффективной генерации. Правительство Нарендра Моди анонсировало планы увеличить установленные мощности солнечной энергетики с 3000 до 100 000 МВт за короткий период – до 2022 г., что существенно повысит ее долю в энергетическом балансе страны[290]. В течение ближайших 10–12 лет Индия планирует довести долю ВИЭ в энергетическом балансе с нынешних 6 до 15 %[291]. В то же время без учета эколого-политического фактора, чисто экономически уголь остается достаточно привлекательным источником энергии во многих регионах мира.

Перспективы природного газа в качестве источника электрической генерации, с одной стороны, выглядят более радужно. В 2011 г. Международное энергетическое агентство выпустило специальное исследование под названием «Вступаем ли мы в золотой век природного газа?»[292], в котором газ рассматривается в качестве важного заменителя угля в электроэнергетическом сегменте. Природный газ – более чистое по сравнению с углем и нефтью топливо, поэтому также и в вопросах борьбы с глобальным потеплением климата ему отводится определенная роль. Не только производство электричества, но и транспорт, где природный газ частично может заменить нефть, рассматривается как важная сфера влияния газа.

С другой стороны, расчетные модели показывают, что широкая опора на природный газ и повышение его доли в мировом энергетическом балансе не позволит достичь климатических целей, например по ограничению роста температуры 2 °C. Газ является конкурентом не только других углеводородов и ВИЭ, но и атомной энергетики, более чистой в плане выбросов парниковых газов (хотя и спорной с точки зрения экологических рисков). Объем капитальных затрат, стоимость производства электричества, а также скорость строительства генерирующих объектов в газовой генерации ниже, чем в атомной энергетике.

В то же время европейский опыт показывает, что даже в текущих рыночных условиях (при нынешних ценах на природный газ) и без особых эколого-политических рестрикций газовая генерация проигрывает в конкуренции с возобновляемой энергетикой. Например, в Германии в 2014 г. объем газовой генерации в процентном отношении сократился даже в большей степени, чем угольной. Как пишут авторы того же Международного энергетического агентства, «европейские газовые и энергетические компании в 2010 г. не могли предположить, что через три года им придется закрыть свои газовые электростанции»[293]. Таким образом, «природный газ в краткосрочной перспективе может играть двойную роль – заменять уголь и поддерживать интеграцию нестабильной возобновляемой энергетики. В средне– и долгосрочной перспективе газ должен рассматриваться в качестве того, что он есть, – транзитного топлива, но не решения задач сокращения выбросов углекислого газа»[294].

Похоже, что легкие времена для российского газового экспорта в Европу, характеризующиеся постоянным ростом спроса на голубое топливо, прошли безвозвратно. Не только развитие ВИЭ, но и обостряющаяся конкуренция с альтернативными производителями, в том числе сжиженного газа, в сочетании с политической напряженностью позволяют дать крайне неблагоприятный средне– и долгосрочный прогноз спроса на российский газ в Европе.

При обсуждении перспектив ископаемого топлива нельзя сбрасывать со счетов возможные ограничения, касающиеся использования углеводородов в будущем. Выше мы говорили о возможном лимитировании применения угля, но данный риск касается также и других видов сырьевых ресурсов – дискуссии на эту тему ведутся в мире уже давно. Например, на прошедшей в конце 2014 г. климатической конференции в Лиме, Перу, обсуждалась «полная декарбонизация к 2050 г.» в целях борьбы с глобальным потеплением климата, что фактически означает запрет на использование углеводородов[295]. Для многих экспертов подобные ограничения выглядят вполне естественно. «Запрет грабить банки ограничивает свободу злоумышленников, чтобы все остальные могли пользоваться свободой вкладывать и получать деньги без риска. Запрет на чрезмерную эксплуатацию невозобновимых ресурсов или на выбросы опасных загрязнителей похожим образом защищает жизненно важные права»[296]. Весьма вероятно, что в ближайшем будущем нас ждет введение соответствующих международных стандартов, правил, соглашений, в той или иной степени ограничивающих или затрудняющих использование ископаемого топлива.

Атомная энергетика, занимающая сегодня 11 %-ную долю в мировом производстве электричества, скорее всего будет развиваться главным образом за счет Китая, Индии и России при полном отказе от нее в ряде стран Европы, в первую очередь в Германии. Дальнейшее развитие атомной энергетики предполагается и в США (нынешнем лидере по установленной мощности и выработке), где такие инвесторы, как Билл Гейтс, являются активными проповедниками «новых типов атомной энергетики». Сценарий 2DC Международного энергетического агентства предусматривает рост доли мирного атома до 17 %. При этом доля угольной генерации сократится до абсолютно незначительных величин, а доля ВИЭ займет доминирующие 65 % производства электричества в мире. Следует отметить, что предыдущий прогноз развития атомной энергетики IEA, опубликованный в 2010 г., сегодня пересмотрен в сторону понижения[297].

Итак, доля возобновляемых источников энергии в мировом производстве электроэнергии в энергетической системе 2050 в соответствии с имеющимися сценариями развития может составить 35–80 % в зависимости от политических решений ведущих мировых стран, динамики цен на энергоносители и стоимости технологий ВИЭ. При этом на уровне отдельных поселений, городов и даже целого ряда государств будут действовать энергетические системы, функционирующие исключительно на основе ВИЭ или с доминирующей долей возобновляемых источников.

100 % ВИЭ уже сегодня

Модели такой будущей энергосистемы в миниатюре существуют уже сегодня в виде домашних хозяйств, предприятий, населенных пунктов и стран, полностью обеспечивающих себя энергией исключительно на основе возобновляемых источников. Исландия, Норвегия, Коста-Рика, Парагвай – все эти страны обеспечивают себя на 100 % возобновляемым электричеством посредством энергетического использования геотермальных и водных ресурсов. К числу этих государств стремительно приближается и Новая Зеландия, где 80 % электроэнергии сегодня вырабатывается ВИЭ также благодаря развитым геотермальной и гидроэнергетике и, кроме того, развитию ветроэнергетики. К 2025 г. доля ВИЭ должна здесь достигнуть 90 %.

Да и в других странах земного шара уже можно обнаружить множество городов и поселений, отказавшихся от использования ископаемого сырья и опирающихся на возобновляемые источники в деле электроснабжения и даже (в некоторых случаях) энергоснабжения вообще. Например, немецкая деревня Фельдхайм (Feldheim), расположенная в 60 км юго-западнее Берлина, электро– и теплоснабжение которой основывается на использовании энергии солнца, ветра, а также… кукурузы и свиного навоза. В деревне действуют собственные электрические сети, а также система центрального отопления. Тепло и электричество вырабатывается биогазовой станцией, оснащенной когенерационной установкой электрической мощностью 500 кВт, сырьем для которой являются указанные субстанции, поставляемые местным сельскохозяйственным кооперативом. В качестве резервной тепловой мощности на время пиковой нагрузки используется теплоэнергетическая установка, работающая на древесной щепе. Потребность в электроэнергии покрывается, помимо биогазовой станции, местными солнечными и ветроэнергетическими установками. Энергетическая система деревни охватывает не только дома жителей, но и административные здания и местные малые промышленные предприятия. В результате такого местного энергетического поворота граждане платят за электричество и тепло существенно меньше, чем предусматривают действующие в стране тарифы. После выплаты процентов по кредитам, взятым на приобретение энергетического оборудования, суммы коммунальных платежей сократятся дополнительно.

Также находящийся в Германии городок Фрайамт (Freiamt) с 4200 жителями на 100 % обеспечивает себя электроэнергией из возобновляемых источников. При годовом потреблении 12 000 МВт · ч город вырабатывает 15 400 МВт · ч в год с помощью ВИЭ, в том числе ветра (11 000 МВт · ч), биогаза, солнца и воды. Постепенно происходит переход на ВИЭ и в сфере теплоснабжения.

Берлингтон, крупнейший город штата Вермонт, США, с населением 42 000 человек обеспечивает свои энергетические потребности с помощью (в порядке значимости) гидроэлектростанции, теплоэлектростанции, работающей на древесном сырье, ветра и солнца[298].

Своего рода сенсацией стало известие, пришедшее из североамериканского нефтяного штата Техас. Город Джорджтаун принял решение перейти на 100 %-ное электроснабжение на основе ВИЭ. Причем данный выбор был принят не в целях «спасения планеты», а по рациональным экономическим соображениям. Проанализировав предложения энергетических компаний, город выбрал из них самое дешевое. Теперь комбинация солнечной и ветровой энергии станет обеспечивать жителей электричеством. Цена 9,6 цента за киловатт-час сопоставима с нынешней, но фиксирована и не будет зависеть от изменений цен на ископаемое сырье. Возобновляемая энергетика имеет еще одно важное преимущество для вододефицитного штата Техас. Процесс производства электричества в фотоэлектрике и ветроэнергетике, в отличие от электростанций, работающих на углеводородном топливе, не требует воды[299].

Округ Северная Фризия (Nordfriesland) в Германии с населением 160 000 человек потребляет в год 1238 ГВт · ч электроэнергии, а производит с помощью ветра, солнца и биомассы 3211 ГВт · ч[300]. Иными словами, доля ВИЭ электричества составляет 260 % – округ не только полностью обеспечивает себя чистой энергией, но и продает большую ее часть.

Стопроцентное энергоснабжение на основе исключительно солнца в сочетании с аккумуляторами энергии планируется к 2017 г. в австралийском «солнечном городе» Ньюстед (Newstead).

Наконец, расскажем воодушевляющую историю австрийского городка Гюссинг (Güssing), который, как и упомянутый выше Фельдхайм, являет собой пример успешной энергетической модернизации. Находящийся на границе с Венгрией Гюссинг с населением около 4000 жителей в конце 1980-х – начале 1990-х гг. пребывал в глубокой депрессии. Отсутствие промышленности, безработица, эмиграция, слаборазвитое сельское хозяйство, отсутствие железнодорожного сообщения и автомагистралей, 70 % жителей ездили на заработки в столицу – прямо-таки наши «лихие 90-е». При этом расходы городка на энергоносители (нефтепродукты для отопления и уголь для выработки электроэнергии) превышали $8 млн в год, ложась непосильным бременем на жителей и бюджет. Собрались люди во главе с избранным в 1992 г. активным мэром, подумали и решили, что так больше жить нельзя, и создали в 1993 г. энергетическую стратегию. Решили использовать местные ресурсы для производства энергии, заместив ими привозное ископаемое топливо.

Для начала были сокращены энергетические затраты. Нет, не путем прекращения подачи тепла в дома жителей. Были отремонтированы и утеплены все общественные здания, модернизировано городское освещение, в результате энергозатраты в «общественном сегменте» сократились наполовину.

Город находится в лесистой местности и не располагает достаточными ветряными ресурсами, поэтому в качестве основного энергетического сырья была выбрана древесина. Смена «энергетической парадигмы» потребовала серьезной разъяснительной работы среди населения. Люди полагали, что отопление нефтепродуктами является более современным, прогрессивным способом, в отличие от древесины, которая использовалась еще праотцами. Потребовались многочисленные собрания и информационные материалы для убеждения людей в том, что применение местного сырья в сочетании с современными технологиями дешевле и эффективнее.

Началось развитие транспортно-логистической инфраструктуры, лесного хозяйства. В 1996 г. построили теплоцентраль, более 50 % зданий в городе были объединены системой центрального отопления (общая длина 36 км). В город перебазировались два крупнейших австрийских производителя напольных покрытий из дерева, поскольку им были гарантированы долгосрочные низкие цены на отопление. При этом отходы данных производств также стали использоваться для генерации тепловой энергии. За время реформ также была возведена станция, работающая на биомассе, вырабатывающая из древесины и другого растительного сырья тепло и электричество, метан и синтетическое жидкое топливо. Построены солнечная электростанция, системы хранения энергии, газовая автозаправка.

В результате суммарно в сферах электроэнергетики, теплоснабжения и производства топлива город вырабатывает больше энергии, чем потребляет. В Гюссинге создано 50 новых компаний и более 1000 новых рабочих мест, налоговые доходы выросли с €340 000 в 1993 г. до €1,5 млн в 2009 г. Город превратился в крупного продавца энергии и энергоносителей, годовой объем продаж составляет €13 млн. При этом на энергетические нужды используется всего 40–50 % объема воспроизводства лесных ресурсов. Сегодня Гюссинг – ведущий европейский исследовательский центр в области преобразования биомассы в газ и жидкое топливо. Его опыт распространяют на территорию округа (27 000 жителей), в котором он является столицей и который уже наполовину обеспечивается энергией на основе местных ресурсов, и с интересом изучают во всем мире.

Это лишь малая часть из сотен примеров действующих и запроектированных моделей энергоснабжения населенных пунктов с помощью возобновляемых источников энергии, среди которых не только небольшие деревни и поселки, но и крупные города, в том числе миллионники, такие как Мюнхен, намеренный к 2025 г. полностью обеспечивать себя чистой электроэнергией, Ванкувер, Сан-Франциско, Копенгаген и Сидней, которые взяли на себя обязательства по переходу на 100 %-ное безуглеродное энергоснабжение.

Скептики возразят, мол, что нам деревни и города. Как вы будете снабжать энергией промышленные гиганты? Крупные энергоемкие производства будут снабжаться так же, как сейчас, – покупать электроэнергию на оптовом рынке. Кроме того, не относящиеся к самым энергоемким производства также могут обеспечиваться произведенной на месте или в окрестностях на 100 % чистой энергией. Уже сейчас существуют передовые образцы климатически нейтральных предприятий. Например, фабрика по производству инверторов немецкого концерна SMA. Кровля здания покрыта солнечными модулями общей мощностью 1,2 МВт, покрывающими существенную долю потребности предприятия в электроэнергии. Летний избыток электроэнергии продается в местную сеть. В холодное время года дополнительная энергия производится с помощью когенерационной биогазовой установки, обеспечивающей также теплоснабжение в сочетании с местной системой центрального отопления. Охлаждение помещений осуществляется с помощью солнца посредством абсорбционной техники. Строительство такого предприятия потребовало всего €1,27 млн дополнительных инвестиций, притом что годовая расчетная экономия топливно-энергетических ресурсов составляет примерно €270 000.

Корпорация Apple еще в 2013 г. провозгласила, что все ее центры и офисы будут на 100 % снабжаться чистой энергией. К тому же компания пытается обеспечивать работу на возобновляемой энергии всей цепочки создания стоимости вплоть до розничных торговых точек. Для уже действующих дата-центров используются разные конфигурации организации энергоснабжения. Например, в Мейдене (Северная Каролина) от 60 до 100 % используемой каждый день энергии производится компанией самостоятельно с помощью топливных элементов, работающих на биогазе, и двух 20-мегаваттных солнечных парков – крупнейших в стране частных, как заявляет компания, ВИЭ-электростанций. Недостающая энергия при необходимости приобретается на стороне «полностью из чистых источников». Наконец, в 2015 г. Apple объявила о приобретении за $850 млн солнечной электростанции у американского производителя солнечных модулей First Solar (постройка завершится в конце 2016 г.). Установленная мощность объекта – 130 МВт – позволит обеспечить электричеством все находящиеся в Калифорнии магазины и офисы Apple, штаб-квартиру и дата-центр.

Таким образом, в мире уже создано и обкатано значительное количество работающих моделей энергетических систем, в полном объеме обеспечивающих себя теплом и электроэнергией, вырабатываемыми на основе ВИЭ.

Умная сеть

В связи с тем, что в ближайшем будущем энергия, производимая на основе возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, станет дешевле энергии из ископаемого топлива не только сама по себе, но даже в комбинации с соответствующими системами хранения, а именно такой сценарий представляется сегодня достаточно очевидным, энергетические системы будут в значительной степени опираться на ВИЭ, что потребует новых подходов к их конфигурации. И происходящие на наших глазах изменения энергетического уклада приводят уже сейчас к серьезной трансформации существующих систем производства, передачи и учета энергии.

Сегодняшние энергосистемы опираются главным образом на ограниченный круг крупных производителей энергии – электростанций. По использованию установленной мощности они делятся на базовые, работающие почти непрерывно и призванные в любое время обеспечивать минимальное потребление, маневренные и пиковые электростанции, включающиеся в моменты наибольшего потребления. Электроэнергия передается от этих объектов, расположенных, как правило, на удалении от населенных пунктов, по линиям передачи (сетям) высокого напряжения, и, проходя через понижающие трансформаторы и низковольтные линии, попадает к конечному потребителю, который в такой системе является «пассивным» получателем энергии. Характеристикой такой генерации является программируемость выработки энергии (по объемам и срокам), возможность приостанавливать и возобновлять генерацию. А в случае мощностей, которые не обладают высокой маневренностью, таких как атомные электростанции, заранее планировать объем производства энергии.

Регулировать объем выработки электроэнергии солнечными или ветряными электростанциями практически невозможно. Да, на основе исторических данных и прогнозов погоды можно (с погрешностью) планировать выработку энергии, и в последние годы здесь достигнуты серьезные успехи. Тем не менее окончательно преодолеть неопределенность невозможно, и нестабильность производства энергии, присущая ВИЭ, в первую очередь солнечной и ветроэнергетике, в сочетании с повышением их доли в энергетическом балансе очевидно требует новых подходов к организации энергоснабжения. Кроме того, распределенное производство энергии, отличающееся от нынешней практики «централизованной» генерации электричества крупными электростанциями, само по себе создает запрос на иные, чем прежде, методы управления сетями.

Распределенное производство электроэнергии удобно и эффективно. Сам произвожу, сам потребляю и делюсь с соседями, а народное хозяйство в целом выигрывает от снижения потерь электроэнергии при транспортировке и отсутствия затрат на строительство протяженных линий электропередач.

В то же время эта радужная картина при ближайшем рассмотрении оказывается связанной с целым рядом потенциальных проблем. Представьте себе, что в недалеком будущем вырабатывать энергию станут большинство зданий – жилые, индивидуальные и многоквартирные, офисные, производственные, торговые. Для превращения здания в электростанцию существует множество решений, например по интеграции фотоэлектрических элементов в конструкции и оконные стекла и т. д. Таких строений уже сейчас много, но пока они относительно редки. Что же произойдет, когда все или почти все здания станут генераторами электричества? Люди, офисы, магазины, производства живут и работают по разным графикам, соответственно, различаются графики потребления энергии. Здания, разумеется, производят разные и плохо прогнозируемые объемы энергии, зависящие от расположения и площади генерирующих поверхностей. Произведенная энергия станет потребляться на месте, но временами ее не будет хватать, во многих случаях не хватать постоянно, поскольку, например, стены многоэтажного офисного здания или гостиницы вряд ли позволят выработать достаточно энергии для обеспечения всех пользователей. В то же время часто будут возникать локальные излишки произведенной энергии: например, в солнечные летние дни индивидуальный жилой дом с южным скатом кровли, покрытым фотоэлектрическими модулями, практически в любом месте на земле будет производить больше электричества, чем потребляет живущая в нем семья, даже если часть энергии будет складироваться на ночь. Добавьте сюда фактор погоды. В четверг у вас избыток электричества, а в пятницу – недостаток. В общем получается натуральный кошмар для «электриков». Именно поэтому сегодня высказываются опасения, что вся эта система распределенной генерации с большой долей ВИЭ «слетит с катушек».

Чтобы этого не произошло, разрабатываются так называемые «умные электросети» (англ. smart grids), которые мы определим как комплекс технологических и регуляторных механизмов, обеспечивающих устойчивость и эффективность энергоснабжения, в том числе в условиях большой доли ВИЭ в энергетическом балансе. Такие сети позволяют связать, сбалансировать в единую стройную систему массу производителей/потребителей энергии, обеспечить эффективную коммуникацию между всеми участниками системы, оптимальное и бесперебойное энергоснабжение, аккумулирование или грамотную переброску излишков.

Отличительными характеристиками умных сетей являются:

1. Полный электронный охват и учет всей технологической цепочки энергетической системы, начиная от крупных электростанций и заканчивая бытовыми приборами конечных потребителей.

2. Активный двунаправленный обмен информацией (параметры электроэнергии, режимы потребления и генерации, объемы потребляемой энергии и генерации…) между всеми участниками сети с использованием цифровых коммуникационных сетей и соответствующих интерфейсов с целью оптимизации потребления. Например, серийно встроенная в тепловой насос, стиральную, посудомоечную и т. д. машину программа будет сама выбирать время для стирки с учетом множества параметров, например наличия собственной электроэнергии, нагрузки на электросети и, соответственно, стоимости электроэнергии (разумеется, никто не запретит включить ручной режим и пользоваться техникой в желаемое время).

Подобно тому как сотни миллионов компьютеров связаны и обмениваются сегодня информацией через Интернет, в энергетической системе будущего многочисленные производители/потребители энергии станут обмениваться «энергетической информацией», снабжая энергией друг друга. Не случайно будущую систему иногда называют «энергетическим Интернетом», только она будет «в 100, если не в 1000 раз больше Интернета»[301], поскольку Интернет есть не у каждого, а электроэнергию потребляют все.

Существующие сегодня электрические сети проектируются «с запасом», с учетом максимально возможной пиковой нагрузки. Это означает, что установленная мощность используется в среднем за год лишь частично – на 30–50 %. Половина мощности или даже больше находится в резерве, в ожидании пика. Это своего рода «объективная энергетическая реальность», хотя с точки зрения экономики подобное использование ресурсов не очень рационально. Капитальные затраты на «спящие мощности» не покрываются производимой энергией, и приведенная стоимость производства электричества повышается. Не случайно LCOE пиковых газотурбинных электростанций существенно выше любого иного способа генерации (за исключением дизеля). Одной из задач smart grid является выравнивание, согласование производства и потребления, сглаживание возможных пиков, например путем временного сдвига потребления, что в результате приведет к сокращению «избыточных» резервных мощностей при том же объеме годовой выработки энергии, повысит коэффициент использования установленной мощности системы в целом.

Во многих странах осуществляются пилотные проекты по внедрению smart grid, но пока на государственном уровне не создано полноценных действующих систем. Smart grid – это не волшебная коробочка, которую надо «вставить» в существующую сеть для улучшения характеристик, и не компьютерная программа, от установки которой сеть сразу «поумнеет». Это открытый набор технологических и программных решений, позволяющий повысить управляемость и энергоэффективность системы в целом. Поэтому, естественно, применяется пошаговое внедрение технологий, которое можно начинать с относительно простых решений, таких как дистанционное снятие показателей электросчетчиков и установка «умных измерителей» (smart meter). При этом в действующих энергосистемах даже относительно простые шаги порой даются с трудом. Например, в Германии в 2015 г. большинство потребителей электроэнергии должно, в соответствии с законом, установить «интеллектуальные измерительные системы». Однако оказалось, что технические параметры устройств и инструкции по их установке и использованию до сих пор не согласованы соответствующими подзаконными актами[302]. Так что путь к совершенной, гибкой энергетической системе довольно тернист. Тем не менее дальнейшее развитие технологий и программных средств в сочетании с международной стандартизацией smart grids[303], без сомнения, приведет к успешному внедрению сетей нового поколения в недалеком будущем. К тому времени, когда они однозначно потребуются в условиях доминирующей или 100 %-ной доли ВИЭ в энергетике, такие сети будут действовать.

В наши дни интеграция распределенной и нестабильной генерации на основе возобновляемых источников в существующие электрические сети не является проблемой. Накопленный опыт Дании, Германии и других стран, а также научные исследования подтверждают, что даже без аккумулирующих емкостей и существенных технологических усовершенствований обычные электросети могут «переваривать» довольно крупные объемы солнечной и ветряной генерации. Когда 35 лет назад Дания начинала развивать ветроэнергетику, скептики говорили: при достижении 5 %-ной доли ВИЭ система станет нестабильной. По достижении 5 % противники повысили «планку нестабильности» и стали говорить уже о 10 %. Сегодня доля ветра в годовой выработке датского электричества приблизилась к 40 %, и датская энергетическая система является одной из самых надежных в мире.

Таким образом, энергетическая система 2050 как на национальном, так и глобальном уровне будет существенно отличаться от нынешнего уклада производства, передачи и учета энергии. Одним из важных признаков будущей системы станет существенная доля возобновляемых источников в производстве как электрической (в первую очередь), так и тепловой энергии. ГЭС и ГАЭС разных размеров, геотермальные электростанции, солнечные и ветряные электростанции промышленного масштаба, малые солнечные генераторы, интегрированные в здания, биогазовые когенерационные станции, системы хранения энергии и электромобили, объединенные в общую сеть с помощью smart grid, контактирующие между собой и с потребителями, – фундамент будущей системы уже заложен.

Цена новой энергетики

При обсуждении перспектив трансформации энергетической системы неизбежно возникают вопросы стоимости изменений. По мнению Международного энергетического агентства, для «переналадки» мировой энергетики на экологичный сценарий 2DC потребуются инвестиции порядка $40 трлн, которые необходимо осуществлять с сегодняшнего дня вплоть до 2050 г. Это впечатляющая сумма. Однако, как подсчитало Агентство, она, во-первых, представляет собой лишь малую часть глобального ВВП, а во-вторых, компенсируется экономией ископаемого топлива в размере $115 трлн, получаемой при реализации данного сценария[304].

«Так какую же долю в производстве энергии будут составлять ВИЭ?» – спросит дотошный читатель. Здесь я хотел бы рассказать историю уважаемой межправительственной организации, на которую работают сотни крупнейших экспертов, Международного энергетического агентства (IEA). В 2003 г. Агентство выпустило прогноз, по которому к 2030 г. возобновляемая энергетика (без учета гидроэнергетики) должна была достичь 4 %-ной доли в мировом производстве электричества, притом «в рамках агрессивного сценария». Но случилось так, что данную долю энергетического пирога возобновляемая энергетика получила уже в 2011 г., почти на 20 лет раньше[305]. С тех пор Агентство регулярно пересматривает прогнозы развития ВИЭ в сторону повышения. Что добавить к этому? Китайские плановые показатели (не прогнозы, а именно официальные планы) развития ветряной и солнечной энергетики за последнее десятилетие пересмотрены в сторону увеличения в десятки раз…

Мы ознакомились с разными сценариями развития, реализация которых зависит от множества факторов. Для отдельных стран, в первую очередь европейских, можно уверенно прогнозировать доминирующую или даже 100 %-ную долю возобновляемых источников в энергетическом балансе. Темп развития ВИЭ в остальном мире остается вопросом, хотя технологические и экономические предпосылки для самого широкого применения возобновляемых источников уже в наличии.

Что делать «энергетической сверхдержаве»

Россия может жить и развиваться только на основе научных исследований и разработок. Иначе сырьевая Россия погибнет[306].

Жорес Алферов

Мир стремительно меняется. Возобновляемая энергетика в сочетании с мерами по повышению энергоэффективности и развитием альтернативного транспорта коренным образом преобразует мировой энергетический уклад. Начинается закат эры углеводородов. Потенциал возобновляемой энергетики, который может быть задействован при существующем уровне развития техники, существенно превышает глобальный энергетический спрос. Капитальные и операционные затраты в строительстве и эксплуатации объектов возобновляемой энергии снизились до такого уровня, что она стала экономически конкурентоспособной.

Энергетическая сверхдержава

Россия сегодня прочно занимает место сырьевого придатка промышленно развитых стран и сильно зависит от мировых рынков углеводородов. Доля валютных поступлений от экспорта нефти, газа и продуктов их переработки в общем объеме российского экспорта составляет порядка 68 %[307], нефтегазовые доходы – это 50 % доходов федерального бюджета[308]. Судьбоносную важность для России сырьевых рынков подчеркивает тот факт, что новостные ленты отводят публикациям биржевых котировок цен на нефть самые видные места.

Сырьевой сектор российской экономики является основой материального благополучия российского общества. По сравнению с 1990-ми гг. государству удалось существенно увеличить бюджетные поступления от нефтегазовой отрасли, которые посредством распределительных механизмов направлялись на решение социальных проблем, способствовали повышению благосостояния граждан. Теперь данная основа подтачивается, развитие альтернативной энергетики сокращает сферу приложения углеводородов, сырьевые рынки становятся все менее стабильными, и ценовое давление будет сопровождать сырьевых предпринимателей до самого конца.

Позиционирование России в мире в качестве «энергетической сверхдержавы» было стратегической ошибкой. Страны, богатые сырьевыми ресурсами, продают на конкурентных международных рынках свои товары. Даже если бы Российская Федерация была единственным продавцом «эксклюзива», подчеркивание своей энергетической исключительности – весьма сомнительный маркетинговый прием. С покупателями нужно обходиться нежнее. В условиях высокой конкуренции за рынки сбыта в сырьевом секторе и возрастающего давления на сам сектор со стороны альтернативной энергетики подобные «позы исключительности» выглядят просто-напросто жалко. К тому же объемы российского экспорта углеводородов при международных сопоставлениях отнюдь не поражают воображение. Размер всех наших зарубежных поставок нефти за год в денежном выражении сопоставим с выручкой всего лишь одной компании Apple. Теперь даже этот небольшой по глобальным меркам ручеек начинает пересыхать.

В предыдущих главах мы рассматривали возможные сценарии развития возобновляемой энергетики и соответствующие перспективы сырьевых отраслей. Как и на всяком крупном рынке, временные и ценовые прогнозы здесь стоят недорого: посмотрите на высокооплачиваемых аналитиков, предсказывающих цены валют, акций или сырья к тому или иному сроку, – частота попадания в цель у них стремится к нулю. Поэтому я осторожно, в качестве довольно вероятного сценария, осмелюсь предположить, что в течение ближайших десяти лет мировые сырьевые рынки будут подвержены своим «обычным» колебаниям, которые мы наблюдаем на протяжении всей их истории. По прошествии этих десяти лет может начаться более явное сокращение спроса с последующим нарастанием его падения. Причиной такого развития станет отказ от использования углеводородного топлива при создании новых объектов электрической генерации и замещение выбывающих мощностей возобновляемыми источниками, а также рост энергоэффективности мировой экономики и переход на альтернативные виды топлива (электромобили) в сегменте легкового наземного транспорта. Поэтому нынешняя модель экономики страны, которая описывается фразой «нефть в обмен на продовольствие» или, как стали говорить в Новейшее время, «нефть в обмен на удовольствие», не имеет перспектив.

К сожалению, данные вызовы не вполне осознаются в России на правительственном уровне. Достаточно упомянуть заявления нашего президента о неконкурентоспособности возобновляемой энергетики или запись в твиттере Минэнерго в феврале 2015 г.: «Пока мы исходим из того, что промышленной альтернативы углеводородному сырью все-таки нет». Правительство не видит очевидных фактов или зарывает голову в песок. Ввод новых мощностей в одной только мировой ветроэнергетике за один лишь 2014 г. в объеме, превышающем все мощности российской гидроэнергетики, – это ли не промышленная альтернатива?

Для России ситуация осложняется еще и тем, что наш основной, европейский рынок, на который направляется большая часть российских нефтяных и газовых потоков, сделал однозначный выбор в пользу чистой энергии и движение в этом направлении будет происходить на нем быстрее, чем в среднем в мире. Переориентация экспортных поставок на азиатские рынки требует значительных капитальных инвестиций в транспортную инфраструктуру, при этом оправданность таких вложений также неочевидна. И Китай, и Индия ускоренными темпами развивают возобновляемую энергетику, и не факт, что к моменту создания необходимых транспортных мощностей они будут нужны. Точнее, никто не откажется от покупки сырья, но вот какой ценой?

В связи с этим колоссальные инвестиции в разработку новых все более сложных и капиталоемких месторождений, предполагаемые нефтяными и газовыми компаниями, связаны с повышенными рисками. Особенно это опасно в нашем случае. Высокая доля государственного бизнеса в сырьевом и финансовом секторе России, использование средств Фонда национального благосостояния для финансирования нефтегазовых проектов фактически способствует тому, что данные риски ложатся не на «акционеров» и менеджеров сырьевых монополий, а «размазываются» по всему обществу.

Аппетиты менеджеров от нефтянки весьма высоки, приятно работать с большими бюджетами, особенно когда деньги чужие. Глава Роснефти, И. Сечин, говорит об «объективном факте – новая нефть дается трудно и требует как инноваций, так и крупных инвестиций, а значит, и адекватных цен»[309]. В том и состоит проблема будущего сырьевых рынков, что необходимые все более крупные инвестиции для добычи нефти и газа со все более высокой себестоимостью могут и не оправдаться «адекватной», сиречь высокой, ценой. В таком случае мы получим повторение ситуации второй половины 1980-х гг., когда «ускорение» обернулось кладбищами недостроенных (ненужных) объектов капитального строительства. Надеюсь, я достаточно подробно раскрыл существующие на рынках тенденции, чтобы убедить читателей в ненулевой вероятности подобного развития событий. Соответственно, хотелось бы, чтобы государственная политика учитывала также и неблагоприятный для сырьевых отраслей вариант динамики энергетического рынка.

Нефтегазовый сектор важен для России не только в плане экспортных валютных поступлений, но и по той причине, что на нефтегазовую отрасль завязана существенная доля отечественной промышленности. Количество рабочих мест в сырьевых и смежных отраслях исчисляется миллионами. Разумеется, дальнейшее развитие разведки, добычи и соответствующих технологий важно для страны. В то же время при крупных новых вложениях государственного бизнеса в сырьевых отраслях следовало бы более прозрачно очерчивать круг ответственных за принимаемые решения.

Кроме того, крупным российским нефтегазовым компаниям, пожалуй, пришло время задуматься о диверсификации бизнеса, если не о будущем перепрофилировании. Посмотрите на китайский гигант Sinopec, который «уже готовится к временам, когда продажа топлива станет “не ключевой” деятельностью», а сеть его заправочных станций и находящихся при них магазинов будет торговать в большей степени потребительскими товарами, нежели топливом[310].

Новая модель развития

Неопределенность будущего рынка углеводородов обостряет давно наболевшие вопросы смены модели экономического развития, ухода от сырьевой зависимости российской экономики. Мы много говорим о замещении импорта, но пока импортозамещением успешнее занимаются «наши партнеры», медленно, но верно избавляясь от потребности в российских углеводородах. Почему у них это получается?

Лидерами в возобновляемой энергетике являются индустриально развитые страны, имеющие четкую промышленную политику, прозрачные меры финансовой поддержки производителей (и потребителей), активно и обильно финансирующие научные исследования как прикладного, так и фундаментального характера. Именно данные черты являются причинами их технологических преимуществ, в том числе перед Россией. Они позволяют предпринимателям зарабатывать в сегменте возобновляемой энергетики все больше и больше, получая выгоду не только от роста сегмента альтернативной энергетики в своих странах. Колоссальными темпами растет также экспорт, причем как готовой продукции (ветряные турбины, фотоэлектрические панели), где все больше усиливаются позиции Китая, производящего львиную долю мировой фотоэлектрики, так и инжиниринговых решений (заводов и электростанций) «под ключ». Например, огромный рынок Индии, стремящейся за короткий срок провести крупнейшие изменения в энергетике и существенно увеличить долю ВИЭ, активно осваивается американским и китайским бизнесом. Современное оборудование нового завода по производству солнечных модулей отечественной компании «Хевел» в Новочебоксарске было разработано и произведено, увы, также не российскими специалистами.

Таким образом, первоочередным ответом на вызовы, которые возобновляемая энергетика бросает российской сырьевой экономике, является отнюдь не ускоренное развитие сегмента ВИЭ. Наука, промышленные технологии и производства – единственная основа, на которой Россия сможет экономически развиваться в дальнейшем. Развитие, например, машиностроения, в том числе станкостроения, дает колоссальный мультипликативный эффект. На одно место в машиностроении может создаваться до семи рабочих мест[311]. Наконец, нельзя недооценивать роль сложного, технологичного и наукоемкого производства в совершенствовании социальной структуры общества – в создании образованного, творческого, по-настоящему креативного слоя граждан.

В настоящее время, увы, российская экономическая модель во многом основывается на перераспределении богатства, созданного еще в советский период. Основные используемые месторождения ископаемого топлива разведаны и освоены еще во времена СССР. В то же время большинство важнейших несырьевых отраслей фактически похоронено (качать нефть на подготовленных предками месторождениях проще, чем заниматься инженерно-конструкторской работой). Зависимость от импорта в станкостроении, тяжелом машиностроении, радиоэлектронике, фармацевтике и т. п. составляет 80–90 %. В тех же сырьевых отраслях технологичные способы бурения (наклонного и горизонтального) в значительной мере зависят от используемого импортного оборудования. Причем разрушена не только высокотехнологичная, но и обычная индустриальная база. Страна, обладавшая ведущей гидроэнергетикой в мире, не способна сегодня производить турбины для малых ГЭС[312].

Следует отметить, что, несмотря на значительные сырьевые запасы, развитие нефтегазовой отрасли и крупной традиционной энергетики, в СССР активно разрабатывались альтернативные способы электрической генерации. Более того, в разные годы Советский Союз входил в число мировых лидеров как ветро-, так и солнечной электроэнергетики, не только осознавая необходимость технологического участия в основных мировых инновационных разработках, но и решая свои локальные задачи энергоснабжения. Достаточно вспомнить открытую в 1988 г. крымскую солнечную электростанцию, которая уже упоминалась, – передовой на тот момент инженерный объект мощностью 5 МВт, когда совокупные мировые мощности солнечной энергетики составляли всего 21 МВт; принятую в 1987 г. госпрограмму «Экологическая чистая энергетика»; Постановление Совмина СССР «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988–1995 гг.», которое предусматривало ввод в действие 57 000 (!) ветряных турбин и соответствующие капитальные вложения в развитие производственной базы.

Причиной сложившейся на сегодняшний день неблагоприятной ситуации в экономике во многом является отсутствие больших целей и смыслов, которые должны задаваться элитой и «овладевать массами». Господствующая идея «брать от жизни все», обогащаться здесь и сейчас в сочетании с обезьянничаньем и оглядками на Запад не способствует развитию научно-технических разработок, так же как и упомянутый слоган «энергетическая сверхдержава», обладающий нулевой мотивирующей ценностью, вызывающий не гордость, а недоумение. Похоже, что формирование национально ориентированной элиты началось в России только сейчас, украинский кризис, приведший к разочарованию в «западных партнерах», ускорил этот процесс.

Мировой опыт развития возобновляемой энергетики с абсолютной четкостью показывает, что технологически и промышленно развитые государства, независимо от их места в глобальных индексах и рейтингах свободы – и страны, как принято считать, с развитой и свободной рыночной экономикой, и «менее свободный, более тоталитарный» Китай – используют крайне жесткие модели государственного долгосрочного планирования с постановкой конкретных, измеряемых конечных целей и широчайшим набором законодательно установленных мер и инструментов, призванных обеспечить достижение этих целей. Россия явно выбивается из этого стройного ряда, видимо получив иммунитет от планирования в экономике, отторгающий даже крайне важные его инструменты.

Таким образом, России нужны активная промышленная политика, государственное планирование промышленного производства, целевые индикаторы и подробные «дорожные карты», обеспечивающие достижение поставленных целей. Необходимо кардинально увеличить финансирование научных исследований и разработок (напомним, что достижения российских ученых лежат в основе многих сегодняшних достижений возобновляемой энергетики). Судя по размерам вознаграждений менеджеров компаний с государственным участием, объемам ресурсов, направляемых государственным бизнесом на содержание футбольных клубов, средства для увеличения финансирования российской науки имеются в избытке.

Понимаю, это может звучать необычно, но Россия находится в крайне благоприятных для экономического развития условиях. Огромная территория, большое население, природные богатства – все это при ответственном, ориентированном на самообеспеченность и самодостаточность с точки зрения внутренних факторов и источников развития подходе может обеспечить фактически «вечный экономический двигатель». Опора на собственные силы, обустройство пространств, стимулирование и увеличение емкости внутреннего рынка очевидно позволяет обеспечить достижение национальных экономических целей за счет собственных возможностей. Это не означает изолированность, напротив, осваивать и использовать мировые технические и технологические достижения нужно и должно.

В то же время никакие меры по развитию науки и промышленности не будут работать в условиях нынешней денежно-кредитной политики, осуществляемой под девизом «Нет промышленности – нет инфляции». Справедливо другое: в отсутствие собственной, производимой внутри страны товарной массы национальная валюта не будет стоить ничего. Денежно-кредитная политика должна быть ориентирована на развитие, а не финансовую стабилизацию (даже стерилизацию), как сейчас.

Из опыта промышленно развитых государств можно почерпнуть принципиальные подходы к постановке и реализации целей развития. Прежде всего, четко определяются угрозы (экономике, обществу), которые необходимо преодолеть. Например, идеологической основой развития возобновляемой энергетики являются угрозы нестабильности энергетических поставок или зависимости от других стран (потеря суверенитета) и глобальное потепление климата (угроза гибели). Данные угрозы детально исследуются, а идеология активно продвигается в обществе, становится предметом огромного количества научных и медийных дискуссий. Таким образом, постепенно формируется общественный запрос на перемены, причем социум в целом становится готовым нести определенные издержки войны с этими угрозами (например, платить более высокие цены за энергию сейчас для того, чтобы приблизить «светлое будущее»). Следующим шагом является постановка амбициозных, воодушевляющих и положительных конкретных долгосрочных целей развития. Этих целей должно быть мало, все они должны вытекать из основной идеологии. Ключевым словом здесь является «конкретика». Пропагандистские слоганы, такие как «экономика должна быть экономной», не работают. Нужны цифры, понятные широкому кругу граждан. Например, в Германии сформулирована цель: 80 % электрической энергии в 2050 г. должна вырабатываться ВИЭ. Такая цель является конкретной, амбициозной и воодушевляющей («немецкий инженерный гений сможет решить невыполнимые ранее задачи глобального уровня»). Поскольку до 2050 г. еще далеко, устанавливаются промежуточные цели для круглых дат соответствующего временного отрезка (2020 г. – 35 %, 2030 г. – 50 % и т. д.), выполнение которых означает приближение к заветной цифре. После определения того, что мы хотим достичь, куда двигаться, разрабатываются детальные планы этого развития, включающие в себя, разумеется, систему подкрепляющих стимулов и запретов. В этой деятельности задействованы сотни как правительственных, так и неправительственных организаций, предприниматели и университеты, которые составляют прогнозы, модели, дорожные карты. Только таким образом простая мысль о том, что «природу надо беречь», выливается в создание новых отраслей, сотен тысяч рабочих мест, нового энергетического уклада.

Экология и биоэнергетика

Те же экологические цели вполне могли бы стать одной из ключевых идей развития для России. Их преимущество – в положительном характере, очевидной необходимости бережного отношения к окружающей среде. А перед страной стоят крайне острые экологические вызовы. Если в плане выбросов парниковых газов у нас в среднем все благополучно, благодаря большой площади, высокой доли гидроэнергетики, атомной и газовой генерации, то на значительной части заселенной территории экологическое состояние окружающей среды крайне неудовлетворительное. Культура землепользования, лесного хозяйства, отношения к окружающей среды очень низкая, во многих случаях можно говорить об «экологическом варварстве» людей, которые «не ведают, что творят». Экологические требования воспринимаются как блажь или нагрузка, мешающая «нормальному» ходу бизнеса. Посмотрите на нефтяников, которые в качестве первоочередных антикризисных мер рассматривают снижение экологических требований[313].

В то же время вложения в экологию в широком смысле (не только природоохранные запреты, но и развитие альтернативной энергетики, энергоэффективности) с опорой на собственные научные и промышленные разработки могут являться выигрышной стратегией для народного хозяйства в целом, и европейский опыт дает нам наглядные работающие примеры таких стратегий.

Развитие биоэнергетики, в первую очередь систем электрической и тепловой генерации на основе биогаза, является не только желательным, но фактически необходимым для устойчивого развития России, поскольку рост сельскохозяйственного производства создает острые экологические вызовы и требует повышенного внимания к вопросам энергетической эффективности. Представляется, что биогазовые установки должны стать неотъемлемой, строго говоря обязательной, частью производственного процесса в животноводстве и птицеводстве. Системы, преобразующие отходы данных производств в электроэнергию, тепло и удобрения, являются идеальным инструментом, решающим задачи как энергообеспечения сельскохозяйственного производства, повышения его энергоэффективности, так и защиты окружающей среды. Поскольку Россия пошла по пути создания крупных агропромышленных холдингов с соответствующим масштабным производством отходов животноводства, использование биогазовых технологий в рамках этих производств особенно целесообразно.

В настоящее время в России не создано условий для массовой реализации биогазовых программ. При этом даже в отсутствие нормативной базы и федеральных стимулирующих мер ответственные сельхозпроизводители при активном конструктивном содействии региональных властей реализуют масштабные проекты в области биоэнергетики. Например, проект биогазовой станции мощностью 2,4 МВт ГК «Агро-Белогорье» и ООО «АльтЭнерго», реализованный в Белгородской области, предусматривает семилетний, вполне допустимый по мировым меркам, срок окупаемости[314].

Тем не менее в текущей ситуации сельхозпроизводителям проще, в лучшем случае, использовать менее эффективные способы утилизации отходов, а в худшем, условно говоря, сваливать отходы производств в близлежащий овраг, чем инвестировать в достаточно сложную и капиталоемкую технику. В этой сфере фактически сложилась антиконституционная ситуация. Конституция РФ, напомним, устанавливает, что каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением (ст. 42). Одновременно с признанием субъективных экологических прав Конституция возлагает на каждого обязанность сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам (ст. 58). В то же время «площадь полей, загрязненных органогенными отходами, которые находятся вблизи населенных пунктов, в России превышает 2,5 млн га. Уровень заболеваемости населения в районах функционирования крупных животноводческих предприятий и птицефабрик в 1,6 раза превышает средний показатель по Российской Федерации. Отсутствие энергетического использования органосодержащих отходов приводит к ежегодному выбросу в атмосферу более 30 млрд м3 метана, который в 21 раз вреднее углекислого газа по парниковому эффекту. Отсутствие рецикла технологической воды приводит к многократному удорожанию систем водоснабжения и очистки. Существующие в России системы накопления жидких стоков агропромышленного комплекса (ежегодно более 500 млн т) приводят к неконтролируемому заражению источников питьевой воды и загрязнению почв. Только годовой экологический ущерб от нарушения регламентов использования навоза и помета в настоящее время оценивается более чем в €11 млрд. Ущерб от заболевания населения и животных не поддается приблизительной оценке»[315]. С экономической точки зрения такие экологические издержки намного превышают требуемый размер инвестиций в безотходные биогазовые технологии.

В ближайшее время ситуация с развитием биоэнергетики в России может измениться в лучшую сторону. Принятые государственные решения, касающиеся стимулирования использования возобновляемых источников на розничных рынках электрической энергии (Постановление правительства Российской Федерации № 47 от 23 января 2015 г.), признают биогаз в качестве источника ВИЭ и распространяют на него соответствующие меры поддержки.

Необходимо, однако, учитывать, что биоэнергетика находится на стыке сельского хозяйства и энергетики. Очень важна ее экологическая составляющая. Богатый опыт биоэнергетики в других странах позволяет учиться на большом количестве примеров и не повторять чужих ошибок. Так, рассмотренный нами немецкий опыт показывает: биоэнергетика должна развиваться не ради собственно электрической генерации, а именно как средство повышения экологической безопасности и энергоэффективности в сельском хозяйстве. Поэтому в первую очередь необходимо обеспечить привязку биоэнергетики к сельскохозяйственному производству в качестве важного средства утилизации отходов. Именно экологические соображения должны стать основой развития и государственной поддержки.

Для этого целесообразно рассмотреть использование комплекса стимулирующих мер, сочетающих «кнут и пряник»:

1. Необходимо радикально ужесточить экологическую ответственность сельскохозяйственных производителей.

2. Желательно ввести дополнительный экологический сбор с крупных предприятий животноводства и птицеводства, не использующих биогазовые технологии. Величина такого сбора должна обеспечивать заинтересованность сельхозпроизводителей в инвестициях в когенерационные биогазовые установки.

3. Необходимо предоставление Банком развития (как вариант – Россельхозбанком) долгосрочных кредитов, покрывающих до 80 % расходов на проектирование, приобретение и монтаж отечественных биогазовых установок, по низким (нулевым) процентным ставкам (целевое рефинансирование соответствующих кредитов ЦБ либо субсидирование процентных выплат за счет финансовой деятельности указанных институтов развития).

В сочетании с гарантиями сбыта (излишков) производимой электроэнергии это создаст достаточные стимулы для применения биогазовых технологий сельхозпроизводителями. Мультипликационный эффект от такого развития сложно переоценить: создание новой промышленной отрасли, повышение культуры и энергоэффективности сельскохозяйственного производства, обеспечение производств и близлежащих населенных пунктов тепловой и электрической энергией «из отходов», решение экологических задач.

Точечное развитие возобновляемой энергетики

В целом, принимая во внимание богатое разнообразие природных условий нашей страны, для развития ВИЭ, помимо рассмотренной биоэнергетики, есть широкие возможности. Юг Приморского края практически не уступает Испании по показателям инсоляции, позволяющим развивать не только системы электрической генерации, но и солнечного теплоснабжения (например, солнечная радиация в Находке в декабре превышает мадридский показатель и ненамного меньше, чем поступления энергии солнца в Москве в летнее время). Камчатка может полностью обеспечивать себя геотермальным электричеством и теплом, а Калининградская область – энергией ветра. Кроме того, как ни странно, граждане страны видят в ВИЭ высокий потенциал: около 36 % россиян считают, что в будущем главным источником энергии должна стать солнечная энергия и энергия ветра. Такие данные приводятся в исследовании Всероссийского центра изучения общественного мнения (ВЦИОМ). При этом остальные варианты рассматриваются намного реже, например, природный газ в качестве топлива будущего упоминают лишь 12 % респондентов[316].

Принимая во внимание сырьевой характер российской экономики, сложно ожидать каких-то решительных мер по ускоренному развитию ВИЭ. Развитие возобновляемой энергетики не сопровождается у нас постановкой крупных, значимых целей развития страны, поэтому не очень понятно, зачем ее развивать. Наше развитие происходит скорее с оглядкой на остальной мир, как заимствование «зарубежной моды», по принципу «все так делают». Кроме того, существенный избыток мощностей в российской электроэнергетике, сложившийся в последние годы (при наличии, правда, отдельных энергодефицитных регионов), не располагает к созданию дополнительных крупных предприятий в области альтернативной энергетики и массовому развитию распределенной генерации.

В то же время существуют насущные, лежащие на поверхности потребности точечного развития возобновляемой энергетики в России (к которым относится и описанная выше необходимость развития биогазовых технологий). В России 70 % территории находится в зоне децентрализованного электроснабжения. Иными словами, Единая энергетическая система России даже в ХХI веке, по разным оценкам, охватывает только треть территории страны. До 20 млн россиян снабжаются электроэнергией от дизельных станций, их число превышает 50 000. «Доставка топлива к ним начинает походить на войсковые операции. В любой момент граждане могут остаться без света и тепла, на морозе»[317]. Помните слова Д. Менделеева: «Сжигать нефть – все равно что топить печку ассигнациями»? Это и про нас сегодняшних написано: «Себестоимость 1 кВт · ч электроэнергии даже на самых современных дизельных электростанциях в изолированных зонах сегодня в 5–10 раз выше, чем средняя отпускная цена электричества для населения (2–4 руб.). Бюджеты всех уровней вынуждены субсидировать дизельную генерацию. При существующих больших расстояниях между регионами затраты на транспортировку значительно увеличивают общую цену топлива. В результате такие богатые возобновляемыми ресурсами территории, как Камчатка, Республика Тува и Республика Алтай, тратят более половины своего бюджета на топливо»[318]. Несмотря на богатейшие возобновляемые геотермальные ресурсы Камчатского края, почти 80 % его энергетики работает на привозном топливе, главным образом мазуте[319].

При этом очевидно, что с учетом больших пространств и низкой плотности населения нерационально опутывать все централизованными сетями электро– и газоснабжения. Здесь развитие возобновляемой энергетики в форме автономных, изолированных систем может являться отличным подспорьем. Организация солнцедизельных или, в зависимости от климатических условий, ветродизельных электростанций или даже более технологически продвинутых комбинаций солнечной и ветроэнергетики с системами хранения энергии позволит обеспечивать удаленные от централизованных сетей территории экологически чистой энергией и с меньшими затратами. Для Камчатки, Северного Кавказа желательно разработать комплексные меры развития геотермальной энергетики, включающие развитие соответствующих промышленных технологий. Попытки реализации подобных программ на региональном уровне существуют. Например, в 2013 г. на Алтае была построена крупная автономная гибридная энергетическая установка – солнцедизельная электростанция мощностью 100 кВт (60 кВт – мощность солнечной, 40 кВт – дизельной генерации). Станция обеспечивает электричеством поселок Яйлю – центр алтайского заповедника, электроэнергия для которого ранее производилась дизельной электростанцией. В результате реализации проекта обеспечивается ежегодная экономия порядка 50 т дизельного топлива. Желательно придать подобным проектам федеральный импульс – установить целевые показатели по сокращению объемов дизельной генерации и по потреблению дизельного топлива с замещением ее соответствующими объемами ВИЭ.

Важно отметить, что действующие сегодня государственные механизмы поддержки возобновляемой энергетики в России содержат требования по локализации производства оборудования на уровне 20–70 % в зависимости от вида генерации и года ввода в эксплуатацию. Это окажет некоторое позитивное влияние на развитие производственной базы для возобновляемой энергетики и смежных отраслей экономики. В то же время, поскольку речь идет в большей степени о развертывании иностранных производств в России (фактически, о том же импорте промышленного оборудования), это даст лишь незначительный мультипликативный эффект для экономики. Системной поддержки отечественных научно-технологических разработок в данной сфере не видно, осуществляется лишь ряд частных проектов, например сотрудничество Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН и ООО «Хевел» (предприятия по производству солнечных модулей в г. Новочебоксарске).

Развитие распределенной генерации возобновляемой энергетики, расположенной «по соседству» с потребителем, в сочетании с малыми сроками проектирования и строительства ветряных и солнечных электростанций позволяет эффективно решать местные (а в результате – всероссийские) задачи энергообеспечения. Напротив, строительство новых крупных генерирующих станций на ископаемом сырье и соответствующих линий передачи может приводить к дальнейшему уменьшению коэффициента использования установленной мощности и фактически снижать эффективность российской энергосистемы в целом. В настоящее время «тепловая ГРЭС, расположенная в зоне ОЭС Сибири, независимо от того, в какую ОГК она включена, по полгода будет недозагружена из-за соседства с крупными ГЭС, стоять в резерве по той же причине, и никакой суперэффективный менеджмент или использование самой современной технологии ситуацию не исправит»[320].

Россия до сих пор остается одной из немногих стран мира, в которых граждане не имеют возможности «сдавать» произведенную чистую электроэнергию в электрические сети. Хотя запрос на данную «госуслугу» в обществе давно созрел. Я понимаю, что в «энергетической сверхдержаве» решиться на введение зеленого тарифа не просто, хоть он и действует уже в сотне стран мира. Однако также богатый сырьевыми ресурсами Казахстан принял прогрессивный Закон о поддержке использования возобновляемых источников энергии и ввел соответствующие тарифные правила. Коль уж мы находимся в едином экономическом пространстве, возможно есть смысл учитывать опыт соседей и гармонизировать законодательство также и в этой сфере. Напомню, что в Германии именно «частник» является основой возобновляемой энергетики, в Китае ключевая роль в дальнейшем развитии солнечной энергетики отводится распределенной («крышной») генерации. Альтернативой зеленому тарифу может быть зачет произведенной и переданной в сеть электроэнергии (англ.net metering). Эта практика также широко применяется в современном мире. Подключенная к сети, установленная на собственной крыше солнечная электростанция, может, еще и не перешла в категорию «естественных прав» человека, но уже рассматривается в качестве нормы или обычной опции для владельцев недвижимости. Текущая же российская ситуация, в которой производители чистой электроэнергии вынуждены выбрасывать ее излишки, является аномалией. «Из-за того, что потребитель не имеет права передавать полученную энергию в центральные сети, установки иногда вынуждены работать вхолостую. После того как солнечная энергия зарядила батарею, включается прибор-контролер, который просто сбрасывает излишки в воздух. Ситуацию невозможно изменить, пока не будут внесены поправки в законодательную базу»[321]. Реализовать автономную или даже резервную систему, в которой вся вырабатываемая за год электроэнергия используется домохозяйством или иным малым потребителем, технологически и экономически крайне сложно.

Энергоэффективность – лучшее (самое чистое) топливо

Колоссальные возможности развития России скрыты в сфере энергоэффективности. Исследование «Энергоэффективность в России: скрытый резерв», подготовленное группой Всемирного банка в сотрудничестве с Центром по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ), показало, что потенциал энергосбережения в России – почти половина потребляемой страной первичной энергии. Потери в результате недостаточной энергоэффективности равны всему потреблению первичной энергии такой страны, как Франция. Реализация потенциала повышения энергоэффективности приведет к экономии энергии в размере (в денежном выражении) примерно $120–150 млрд в год. Другими словами, на такую сумму Россия смогла бы увеличить экспорт углеводородов, не вкладывая ни копейки в новую добычу.

Инвестиции в энергоэффективность признаны во всем мире одним из самых перспективных путей развития, дающих мощный мультипликативный эффект, решающих задачу сбережения энергии и улучшения экологии, создающих новые технологичные производства и рабочие места. Например, порядка половины энергии, потребляемой современным многоквартирным домом в средней полосе России, тратится на обогрев атмосферы в буквальном смысле. Таковы инфильтрационные (вентиляционные) потери зданий. Известно, что сегодняшние технологии позволяют серийно, массово решать эту проблему, в частности путем установки энергосберегающей механической вентиляции с рекуперацией тепла (теплообменом). Соответствующие нормы в сочетании с мерами стимулирования позволили бы 1) сэкономить энергию; 2) защитить экологию – уменьшить выбросы парниковых газов; 3) улучшить здоровье граждан благодаря контролируемому воздухообмену и фильтрации воздуха в квартирах; 4) создать в России колоссальный рынок отечественного вентиляционного оборудования с десятками тысяч занятых в производственных и монтажных организациях и т. д.

Однако Россия фактически выпала из мирового процесса развития энергоэффективных технологий последних десятилетий. Поразительно, но за последние десять лет произошла деградация отечественных строительных норм в части энергоэффективности – предыдущие правила предусматривали более высокие требования, чем действующие сегодня. Это произошло по очевидным, банальным для России причинам. Нормотворчество находится под доминирующим влиянием крупного бизнеса, в данном случае девелоперских и строительных компаний. Как всякий бизнес, они заинтересованы в одном: в минимизации издержек и максимизации прибыли. Развитие новых технологий и производств подрывает их «бизнес по старинке». Зачем все это строителям, привыкшим хорошо зарабатывать на уродливых «панельках», морально устаревших еще 50 лет назад? В результате современные российские строительные нормы позволяют возводить здания, которые потребляют в десятки раз больше энергии по сравнению с европейской практикой. Разумеется, нужно делать поправку на климат, но проблема в том, что дома, серийно строящиеся в России, уже по своим технико-конструктивным параметрам «холоднее» европейских (меньшая нормативная толщина утепления, окна с худшими показателями теплопроводности, отсутствие требований энергоэффективности к вентиляции), т. е. при «переносе» их в «теплую» Европу они все равно потребляли бы в разы больше энергии, чем местные постройки.

Это всего лишь один из многочисленных примеров того, как интересы бизнеса (в данном случае интересы небольшого в страновом масштабе сектора строительной отрасли) могут противоречить интересам общества в целом. Государство Российское вместо «балансировки» откровенно встает на сторону буквально нескольких десятков человек, получающих сверхприбыли. В результате при нынешних подходах к строительству через 20 лет (под слащавые разговоры об энергоэффективности и неведомых «умных домах») мы превратимся из экспортера в импортера энергоносителей – не будет хватать добываемого в стране сырья, чтобы «протопить» существующий фонд зданий.

Таким образом, в сфере энергоэффективности нам нужно радикально ужесточать нормы расхода тепловой энергии на единицу площади (объема) новых зданий. Очевидно, что соответствующие цели должны устанавливаться законодательно, как это делается в европейских странах, а своды правил – формулировать соответствующие алгоритмы их реализации. Также очевидно, что нормы должны предусматривать не только расчеты соответствующих величин, но и обязательное подтверждение расчетов средствами измерений после ввода объектов в эксплуатацию.

Разумеется, наряду с ужесточением нормативов необходимо государственное финансовое стимулирование как отечественных производителей передовых строительных материалов и инженерного оборудования, так и потребителей, выбирающих энергоэффективные решения. Инструменты такого стимулирования хорошо известны, они широко и массово применяются в международной практике. Это, в первую очередь, льготное финансирование, обеспечиваемое институтами развития.

Подведем итоги. Россия, являясь сырьевым придатком промышленно развитых стран, пока не готова к вызовам, которые ставит перед ней трансформация энергетических рынков. Тем не менее у нас еще есть время, для того чтобы осуществить свой «промышленный поворот». Для него необходимы большие идеи развития, крупные, воодушевляющие позитивные цели, подкрепленные развитием науки, экономическим планированием, промышленной и национально ориентированной финансовой политикой. Ну а развитие отечественных ВИЭ должно рассматриваться не просто в качестве «добавки» к существующей энергетике, но как средство решения задач развития науки и промышленности, а также экологических проблем.

Послесловие

«Через 30 лет здесь будет огромное количество нефти, но не станет покупателей. Каменный век закончился не потому, что кончились камни. Нефтяная эра закончится не потому, что кончится нефть», – произнес в 2000 г. шейх Ахмед Заки Ямани, бывший министр нефти Саудовской Аравии, в интервью одной из британских газет. Сегодня, в 2015 г., уже не осталось технологических и экономических препятствий для дальнейшего развития возобновляемой энергетики и отказа от традиционных носителей энергии (углеводородов).

Несмотря на стремительность технологических перемен, видимые изменения окружающего нас мира по человеческим временным меркам происходят постепенно. Достаточно быстро можно устроить энтропию, революцию и разруху. Технический же прогресс, смягчение нравов и рост материального достатка постепенны. При этом мы настолько быстро адаптируемся к новой реальности, которая становится нашей естественной средой, что даже порой забываем о недавнем, совсем другом жизненном укладе.

Восхождение углеродов и связанные с ними коренные изменения в экономике и обществе происходили в течение многих десятилетий. Например, человечеству потребовалось 60 лет, чтобы нефть со времени ее первого коммерческого использования заняла 10 % энергетического рынка. Еще через 20 лет эта доля выросла до 30 %. В течение всего этого срока ископаемое топливо постепенно вытесняло из обихода использовавшиеся испокон веков возобновляемые источники энергии (конный транспорт, парусный флот, дровяные печи, ветряные мельницы…), пока не заняло доминирующие позиции в мировой энергетической системе. Нынешняя экономическая и политическая власть в значительной мере основывается на обладании ископаемыми ресурсами и умении их извлекать.

В то же время человечество все яснее осознает тупиковость пути развития, основанного на сжигании углеводородного топлива. Мы уже натолкнулось на «пределы роста», и дальнейший экстенсивный рост, базирующийся на использовании все возрастающих объемов ископаемого сырья, создает угрозу человеческому существованию. Поэтому отрадно, что сегодня все вроде бы начинает возвращаться на круги своя, возобновляемые источники энергии берут реванш (на новой, разумеется, технологической основе) и постепенно отвоевывают рынок у ископаемого энергетического сырья. Движение за отказ от использования углеводородов приобрело широчайший международный размах. Более сотни стран установили цели по сокращению выбросов парниковых газов к 2050 г. вплоть до нулевого уровня.

Скорость технологических изменений в наше время выше, чем прежде, поскольку информация стала доступнее и распространяется быстрее. Соответственно, трансформация энергетического уклада, еще не очень заметная широкой публике (особенно в некоторых сырьевых державах), может произойти быстрее, чем распространялись нефть и природный газ в начале и на пике своей «карьеры». Действительно, темп развития возобновляемых источников энергии напоминает сейчас распространение портативной компьютерной техники и Интернета: 20 лет назад лишь единицы имели представление о технологиях, которые сегодня воплощены в имеющихся у каждого смартфонах.

Разумеется, трансформация будет происходить постепенно и займет несколько десятилетий – ведь нельзя закрыть все угольные электростанции мира или отменить бензиновые автомобили за одну ночь. Развитие возобновляемой энергетики также может тормозиться по политическим причинам – в результате усилий других игроков мирового энергетического рынка, имеющих значительный финансовый и лоббистский вес. Некоторые предприниматели от нефтегаза и примкнувшие к ним политики до сих пор отказываются признавать новую реальность, уповают на открытие новых месторождений углеводородов, стремятся вливать в них ресурсы налогоплательщиков для бесперспективной поддержки безнадежно больной сырьевой власти.

Конец углеводородного мира еще не наступил, но мы, определенно, являемся свидетелями начала его заката. Нам, жителям России, важно осознать современные процессы и выстраивать государственную стратегию, энергетическую и, подчеркну, промышленную политику с учетом суровых и в то же время обнадеживающих фактов, изложенных в данной книге.

Благодарности

Книга, которую вы держите в руках, вряд ли появилась бы на свет без участия многих людей. Их я хочу поблагодарить в том числе и на данной странице.

Я благодарю мою семью, и в первую очередь родителей, Александра Владимировича и Наталью Николаевну, а также жену Татьяну, выступивших «по совместительству» моими первыми рецензентами, за их терпение и мудрые советы.

Хочу выразить глубокую признательность Александру Мурзану, «солнечному человеку» Антону Усачеву за ценные комментарии и предоставленные материалы, Ирине Гусинской, Сергею Турко, Ирине Шуваловой, Анне Деркач, Вячеславу Ионову за профессиональную и комфортную работу над формой и содержанием, веру и поддержку.

Отдельной благодарностью хотел бы отметить участие Дмитрия Андрианова, Игоря Брызгунова, Алексея Гореславского, Дмитрия Грунского (solar_front), Владимира Есипова и Александра Стройкова.

Об авторе

Владимир Сидорович – основатель и генеральный директор некоммерческой организации АНО «Институт энергоэффективных технологий в строительстве», г. Москва. Кандидат экономических наук. Член совета директоров ряда российских компаний. Член Ассоциации независимых директоров и Национального реестра корпоративных директоров. В 1993–2005 гг. работал в банковско-финансовой сфере в России и Европе. С 2005 г. являлся независимым консультантом в области управления и корпоративного финансирования. Имеет опыт работы в нефтесервисной индустрии. Автор статей по экономическим и общественно-политическим вопросам в ведущих периодических федеральных и отраслевых изданиях.

Автор будет рад получить обратную связь от читателей: vs@e-institut.ru

Сноски

1

2014 Key World Energy Statistics, IEA, 2014, p. 6; 24.

2

Renewables 2014 Global Status Report, p. 25.

3

http://www.ise.fraunhofer.de/de/downloads/pdf-files/data-nivc-/stromproduktion-aus-solar-und-windenergie-2014.pdf, S. 2.

4

Renewables 2014 Global Status Report, p. 56. http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–01–09/clean-energy-investment-jumps-16-on-china-s-support-for-solar

5

http://www.unep.org/newscentre/Default.aspx?DocumentID=26788&ArticleID=34875&l=en

6

http://www.theguardian.com/environment/2014/aug/27/ubs-investors-renewables-revolution

7

http://earthtechling.com/2015/04/vancouver-joins-the-100-percent-renewable-energy-movement/

8

Tracking Clean Energy Progress 2014, Energy Technology Perspectives 2014 Excerpt, IEA Input to the Clean Energy Ministerial, p. 20.

9

IRENA (2015), Renewable Power Generation Costs in 2014.

10

http://www.irena.org/News/Description.aspx?NType=A&mnu=cat&PriMenuID=16&CatID=84&News_ID=386

11

http://www.irena.org/News/Description.aspx?NType=A&mnu=cat&PriMenuID=16&CatID=84&News_ID=386

12

http://www.lazard.com/insights. Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis – Version 8.0.

13

http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/veroeffentlichungen-pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/studie-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien.pdf.

14

Renewables 2014 Global Status Report, p. 14.

15

Wind in Power, 2014 European Statistics, February 2015, The European Wind Energy Association, p. 6.

16

http://www.greentechlead.com/news/renewable-energy-outperforms-natural-gas-u-s-2014–21395

17

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421514003747

18

G8+5 Academies’ joint statement: Climate change and the transformation of energy technologies for a low carbon future.

19

Climate Change 2014 Synthesis Report. http://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/

20

http://www.scientificamerican.com/article/2015-begins-with-co2-above-400-ppm-mark/

21

Redrawing the Energy-Climate Map, Executive Summary, World Energy Outlook Special Report, IEA 2013, p. 1.

22

http://sedac.ipcc-data.org/ddc/ar5_scenario_process/RCPs.html

23

http://www.iea.org/publications/scenariosandprojections/

24

http://350.org/about/science/

25

Рифкин Д. Третья промышленная революция. Как горизонтальные взаимодействия меняют экономику, энергетику и мир в целом. – М.: Альпина нон-фикшн, 2014. – С. 28.

26

Kepler Cheuvreux, ESG Sustainability Research, Stranded assets, fossilised revenues, 24 April 2014.

27

http://www.economist.com/news/briefing/21587782-europes-electricity-providers-face-existential-threat-how-lose-half-trillion-euros

28

http://www.pv-tech.org/news/are_utilities_facing_a_perfect_storm_from_disruptive_renewables

29

http://reneweconomy.com.au/2013/darwin-69517

30

2015 Energy Tomorrow, p. 17, www.api.org

31

http://www.fool.com/investing/general/2015/01/17/1-big-oil-company-that-sees-a-future-in-renewable.aspx

32

http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–04–01/china-s-fuel-demand-to-peak-sooner-than-oil-giants-expect

33

Вестник АН СССР. 1976. № 1. С. 34–43. Цит. по: http://vivovoco.astronet.ru/VV/PAPERS/KAPITZA/KAP_10.HTM

34

Renewables 2014 Global Status Report, p. 101.

35

Ibid., p. 15.

36

IRENA (2015), Renewable Power Generation Costs in 2014, p. 75.

37

Renewables 2014 Global Status Report, p. 48.

38

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Photovoltaics Report, Freiburg, 24 October 2014, p. 5, www.ise.fraunhofer.de

39

Technology Roadmap. Solar Thermal Electricity, 2014 Edition, IEA, p. 5.

40

Ibid., p. 18.

41

http://energy-fresh.ru/solarenergy/tendencii/?id=3558

42

http://s01.static-shell.com/content/dam/shell-new/local/corporate/corporate/downloads/pdf/NewLensScenario/nls-web-russian-brochure.pdf, с. 67.

43

http://inventors.about.com/od/sstartinventions/a/solar_cell.htm

44

http://investor.firstsolar.com/releasedetail.cfm?releaseid=864426

45

http://investor.firstsolar.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=833971

46

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Photovoltaics Report, Freiburg, 24 October 2014, p. 6, www.ise.fraunhofer.de

47

https://energy.stanford.edu/news/perovskites-provide-big-boost-silicon-solar-cells-stanford-study-finds

48

Technology Roadmap. Solar Photovoltaic Energy, 2014 Edition, IEA, p. 12.

49

http://www.ise.fraunhofer.de/en/press-and-media/press-releases/presseinformationen-2013/world-record-solar-cell-with-44.7-efficiency

50

Technology Roadmap. Solar Photovoltaic Energy, 2014 Edition, IEA, p. 30.

51

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Photovoltaics Report, Freiburg, 24 October 2014, p. 7, www.ise.fraunhofer.de

52

http://www.forbes.com/sites/greatspeculations/2014/10/21/trends-in-silver-demand-by-the-solar-photovoltaic-industry/

53

http://www.caseyresearch.com/articles/a-photovoltaic-silver-bull-in-china

54

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024813004455

55

Technology Roadmap. Solar Photovoltaic Energy, 2014 Edition, IEA, p. 18.

56

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024813004455

57

http://info.cat.org.uk/questions/pv/what-environmental-impact-photovoltaic-pv-solar-panels

58

Fthenakis, V. and Alsema, E. (2006), Photovoltaics energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004 – early 2005 status. Prog. Photovolt: Res. Appl., 14: 275–280.

59

https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/hgp_umweltkosten.pdf

60

Fraunhofer ISE, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, 16.10.2014, S. 5.

61

http://reneweconomy.com.au/2013/solar-milestone-1000000-pv-systems-installed-in-australia-44201

62

Renewables 2014 Global Status Report, p. 47.

63

http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/china-unveils-15-gw-solar-target_100018005/#axzz3QOkpZa5r

64

Житомирский С. В. Архимед: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1981. – С. 38.

65

IRENA (2015), Renewable Power Generation Costs in 2014, p. 99.

66

http://www.smartplanet.com/blog/intelligent-energy/google-cans-solar-energy-project/

67

IRENA (2015), Renewable Power Generation Costs in 2014, p. 99.

68

http://www.lazard.com/insights. Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis – Version 8.0, p. 2.

69

Technology Roadmap. Solar Thermal Electricity, 2014 Edition, IEA, p. 5.

70

http://www.theguardian.com/environment/2009/may/26/solarpower-renewableenergy

71

Technology Roadmap. Solar Thermal Electricity, 2014 Edition, IEA, p. 23.

72

Renewables 2014 Global Status Report, p. 63.

73

http://landartgenerator.org/blagi/archives/127

74

The World Wind Energy Association (2014), 2014 Half-year Report, WWEA. p. 1–8.

75

http://cleantechnica.com/2015/02/10/global-wind-industry-grows-44–2014/

76

http://www.ewea.org/wind-energy-basics/facts/

77

Renewables 2014 Global Status Report, p. 16.

78

http://www.dw.de/wind-power-fuels-transition-to-renewable-energy/a-18224739

79

http://www.dw.de/wind-power-fuels-transition-to-renewable-energy/a-18224739

80

Renewables 2014 Global Status Report, p. 63.

81

http://thinkprogress.org/climate/2015/01/07/3608898/denmark-sets-world-record-for-wind-power/

82

Renewables 2014 Global Status Report, p. 58.

83

http://thecontributor.com/environment/how-wind-met-all-denmark%E2%80%99s-electricity-needs-90-hours

84

http://www.earth-policy.org/press_room/C68/wind_power_fact_sheet

85

http://www.theguardian.com/environment/2015/feb/17/worlds-biggest-offshore-windfarm-approved-for-yorkshire-coast

86

http://www.ewea.org/wind-energy-basics/facts/

87

Учитываются затраты, связанные с производством, транспортировкой, установкой и последующей утилизацией. Опубликованное в 2014 г. подробное исследование двух действующих ветряных турбин на западе США показало результат 5,2 и 6,4 месяца, см.: http://www.ourenergypolicy.org/wp-content/uploads/2014/06/turbines.pdf

88

http://awwi.org/resources/summary-of-wind-wildlife-interactions-2/#section-summary-of-windwildlife-interactions

89

Offshore wind in Europe / Walking the tightrope to success, EY, March 2015, p. 9.

90

Global potential for wind-generated electricity http://www.pnas.org/content/106/27/10933.abstract

91

См.: Reinventing Fire. Chelsea Green Publishing, p. 199.

92

Renewables 2014 Global Status Report, p. 56.

93

http://www.dw.de/globaler-trend-hin-zu-erneuerbarer-energie/a-16519172

94

http://www.nature.com/nclimate/journal/v4/n8/fig_tab/nclimate2269_T1.html

95

http://www.usatoday.com/story/news/nation/2015/03/12/obama-wind-power-report-energy-department/70160824/

96

Renewables 2014 Global Status Report, p. 32.

97

Ibid., p. 18.

98

Medium-term renewable energy market report 2014, Executive summary, IEA, p. 13.

99

Wood Markets Monthly International Report, Volume 16, Number 10, December 2011-January 2012

100

Renewables 2014 Global Status Report, p. 33.

101

Pellet market overview report Europe. WIP renewable energies, p. 9.

102

Renewables 2014 Global Status Report, p. 33.

103

http://www.stat.fi/til/ehk/2013/ehk_2013_2014–12–10_tie_001_en.html

104

http://cleantechies.com/2013/11/05/more-and-more-french-households-burn-wood-for-heating/

105

http://www.sdw.de/waldwissen/wald-in-deutschland/waldanteil/

106

http://bioenergycrops.com/blog/2014/11/06/biomass-largest-plant-projected-belgium-215mw/

107

Renewables 2014 Global Status Report, p. 107.

108

http://www.iinas.org/gemis.html

109

http://www.depi.de/media/filebase/files/infothek/images/DEPI_Emissionsbilanz_von_Brennstoffen.jpg

110

Biogas Barometer, Eurobserv’er, November 2014, p. 7.

111

http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/post/2014/11/biogas-at-home-a-renewable-no-brainer?cmpid=rss

112

http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/post/2014/11/biogas-at-home-a-renewable-no-brainer?cmpid=rss

113

https://www.dbfz.de/web/fileadmin/user_upload/Vortraege/BiogasWorld2014/02_Jiming.pdf

114

http://www.zeit.de/2011/29/Biogas

115

http://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/oekostrom-foerderung-biogas-wird-abgedreht-1.1915205

116

Biogas Barometer, Eurobserv’er, November 2014, p. 11.

117

IAE Technology Roadmaps. Biofuel for Transport, p. 4.

118

An Energy Field of Dreams. The Wall St. Journal, June 17, 2006.

119

Цит. по: Рифкин Д. Указ. соч. С. 64.

120

Technology Roadmap. Bioenergy for Heat and Power, 2012, IEA, p. 5

121

Renewables 2014 Global Status Report, p. 38.

122

Renewables 2014 Global Status Report, p. 38.

123

http://www.minenergo.gov.ru/activity/powerindustry/powersector/structure/types/http://www.nkj.ru/archive/articles/23110/

124

Bertani, Ruggero; Thain, Ian (July 2002), “Geothermal Power Generating Plant CO_2 Emission Survey”, IGA News (International Geothermal Association) (49), p. 2.

125

http://www.geotherm.rushydro.ru/geopp/general/

126

Earthquakes Induced by the Stimulation of an Enhanced Geothermal System below Basel (Switzerland), Seismological Research Letters, September/October 2009, v. 80, Number 5, p. 784.

127

Medium-term renewable energy market report 2014, Executive summary, IEA, p. 13.

128

Geothermal Heat and Power Roadmap, IEA 2011.

129

http://www.iea.org/topics/heat/

130

Energieverbrauch in Deutschland, Daten fuer das 1. bis 4. Quartal 2014, AGEB (AG Energiebilanzen e.V.), S. 1.9, www.ag-energiebilanzen.de

131

Tracking Clean Energy Progress, IEA Input to Clean Energy Ministerial, 2013, p. 100.

132

IEA Heat Pump Centre Newsletter, Volume 27 – No. 4/2009, p. 24.

133

Cleantech Energiestrategie, Swisscleantech, Version 4.0, s.18, www.swisscleantech.ch

134

Policy note – “Winter is coming…”, www.ehpa.org

135

Renewables 2014 Global Status Report, p. 43.

136

IEA, 2014 Key World Energy Statistics, p. 19.

137

“UK and Norway near deal to build subsea power cable”, http://www.ft.com/intl/cms/s/0/d47423f8–926d-11e4-a1fd-00144feabdc0.html#axzz3NsAn0Yjp

138

http://energy.gov/eere/water/history-hydropower

139

IEA, 2014 Key World Energy Statistics, p. 24.

140

IRENA Working Paper. Renewable Energy Technologies: Cost Analysis Series, Volume 1: Power Sector, Issue 3/5, Hydropower, June 2012.

141

U. S. Energy Information Administration. Updated Capital Cost Estimates for Utility Scale Electricity Generation Plants, April 2013, p.6

142

Любимова Е. В., «Мифы энергетики» // «Эко». 2011. № 5. С. 137.

143

http://www.newyorker.com/news/letter-from-china/faust-china-and-nuclear-power

144

http://yar-volgar.narod.ru/Mologa.html

145

http://www.darvinskiy.ru/geographic.php

146

Любимова Е. В. Указ. соч. С. 139.

147

2014 Key World Energy Statistics, International Energy Agency, 2014, p. 33.

148

OPEC World oil outlook 2014.

149

http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–04–01/china-s-fuel-demand-to-peak-sooner-than-oil-giants-expect

150

http://reneweconomy.com.au/2014/grantham-wind-solar-to-replace-fossil-fuels-within-decades-63270

151

http://cleantechnica.com/2015/03/28/ev-demand-growing-global-market-hits-740000-units/

152

http://www.abb-conversations.com/2014/03/electric-vehicle-market-share-in-19-countries/

153

IEA. Global EV Outlook. April 2013.

154

http://www.welt.de/motor/article2148742/Elektroautos-werden-2015-zum-Massenphaenomen.html

155

Renewables 2014 Global Status Report, p. 29.

156

Рифкин Д. Указ. соч. С. 91.

157

http://cleantechnica.com/2015/02/18/japan-now-home-electric-vehicle-charging-stations-gas-stations/

158

http://www.prnewswire.co.uk/news-releases/launch-of-the-ten-t-co-funded-project-european-long-distance-electric-clean-transport-road-infrastructure-corridor-electric-285937151.html

159

http://www.reuters.com/article/2015/01/22/us-autos-electriccars-charging-idUSKBN0KV28L20150122

160

http://www.theguardian.com/commentisfree/2014/mar/09/cheap-batteries-renewable-energy-market-big-power-companies-wind-solar-power

161

http://www.mckinsey.com/insights/energy_resources_materials/battery_technology_charges_ahead

162

http://thinkprogress.org/climate/2014/08/31/3476807/tesla-electric-car-battery-breakthrough/

163

http://www.graphene-info.com/revolutionary-graphene-polymer-batteries-electric-cars

164

Рифкин Д. Указ. соч. С. 91.

165

http://www.businessinsider.com/r-china-to-offer-tax-breaks-on-electric-cars-limited-mostly-to-local-brands-2014–8

166

http://www.wsj.com/articles/bmw-unveils-plans-to-build-electric-car-charging-stations-in-shanghai-1401266088

167

http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–04–01/china-s-fuel-demand-to-peak-sooner-than-oil-giants-expect

168

http://www.pib.nic.in/newsite/erelease.aspx?relid=91444

169

http://thinkprogress.org/climate/2014/08/05/3467115/tesla-toyota-hydrogen-cars-batteries/

170

Geschaeftsmodell Energiewende. Fraunhofer IWES, Kassel, Januar 2014.

171

Energy Darwinism. The Evolution of the Energy Industry. October 2013, Citigroup, p. 69.

172

http://honeywell.com/News/Pages/Honeywell-Green-Jet-Fuel-Powers-First-Ever-Transatlantic-Biofuel-Flight.aspx

173

http://cleantechnica.com/2014/12/11/boeing-successfully-completes-first-flight-world-powered-green-diesel

174

http://russian.news.cn/science/2015–03/21/c_134086372.htm

175

Capturing the Multiple Benefits of Energy Efficiency, IEA 2014, p. 18.

176

Energy Technology Perspectives 2014. Harnessing Electricity’s Potential. Executive Summary, IEA 2014, p. 4.

177

Tracking Clean Energy Progress 2014, Energy Technology Perspectives 2014 Excerpt, IEA Input to the Clean Energy Ministerial, IEA 2014, p. 46.

178

Official Journal of the European Union, 18.6.2010, L 153, p. 18.

179

http://www.bundesregierung.de/Content/DE/StatischeSeiten/Breg/Energiekonzept/02-energieeffizienz.html

180

http://passivhausprojekte.de/index.php?lang=en#d_3871

181

Capturing the Multiple Benefits of Energy Efficiency, IEA 2014, p. 18.

182

http://www.iea.org/newsroomandevents/pressreleases/2014/september/energy-efficiency-a-key-tool-for-boosting-economic-and-social-development.html

183

Tracking Clean Energy Progress 2014, Energy Technology Perspectives 2014 Excerpt, IEA Input to the Clean Energy Ministerial, IEA 2014, p. 46.

184

http://cleantechnica.com/2015/01/18/energy-efficiency-distributed-renewables-will-kill-energy-suppliers

185

The Power of Transformation. Wind, Sun and the Economics of Flexible Power Systems, IEA, 2014, p. 13.

186

12 Insights on Germany’s Energiewende. A Discussion Paper Exploring Key Challenges for the Power Sector, Agora Energiewende, February 2013, p. 15.

187

http://www.zeit.de/wirtschaft/2011–09/power-to-gas/komplettansicht

188

http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/residential-storage-market-to-increase-to-900-mw-by-2018_100017137

189

http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/residential-storage-market-to-increase-to-900-mw-by-2018_100017137

190

http://reneweconomy.com.au/2013/why-the-hot-money-is-chasing-energy-storage-63904

191

Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung. Sondergutachten. Sachverstaendigenrat fuer Umweltfragen, Januar 2011.

192

http://www.dw.com/ru/nordlink-норвегия-станет-аккумуляторной-батареей-германии/a-18256884

193

http://www.lazard.com/insights. Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis – Version 8.0, p. 2.

194

http://www.younicos.com/de/projekte/01_WEMAG/index.html

195

http://cleantechnica.com/2014/11/16/where-battery-storage-will-provide-most-peaking-capacity/

196

http://www.scientificamerican.com/article/hydrogen-house/

197

http://hms.harvard.edu/news/bionic-leaf

198

http://www.diw.de/documents/publikationen/73/diw_01.c.424628.de/13–29.pdf, S. 3.

199

http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2888/

200

http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/veroeffentlichungen-pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/studie-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien.pdf

201

Projected Costs of Generating Electricity, Edition 2010, p. 48.

202

U. S. Energy Information Administration. Updated Capital Cost Estimates for Utility Scale Electricity Generation Plants, April 2013, p. 6.

203

http://www.pv-magazine.com/opinion-analysis/blogdetails/beitrag/siva-power-reaches-10m-milestone_100018004/#axzz3Qa4LDVQE

204

http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/veroeffentlichungen-pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/studie-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien.pdf, S. 16–17.

205

http://www.lazard.com/insights. Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis – Version 8.0.

206

http://www.irena.org/News/Description.aspx?NType=A&mnu=cat&PriMenuID=16&CatID=84&News_ID=386

207

http://www.irena.org/News/Description.aspx?NType=A&mnu=cat&PriMenuID=16&CatID=84&News_ID=386

208

Renewables 2014 Global Status Report, p. 13.

209

http://www.lut.fi/web/en/news/-/asset_publisher/lGh4SAywhcPu/content/solar-and-wind-power-will-be-the-cheapest-forms-of-energy-in-the-future

210

http://reneweconomy.com.au/2015/even-at-10barrel-oil-cant-match-solar-on-cost-37540

211

http://www.agora-energiewende.org/topics/electricity-generation/detail-view/article/solar-energy-emerging-as-cheapest-power-source-in-many-parts-of-the-world/

212

http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/archiv-2012/2012/kw21/bloomberg-new-energy-finance-solarstromerzeugung-mit-photovoltaik-ist-in-vielen-laendern-bereits-guenstiger-als-elektrizitaetspreis-fuer-endkunden.html

213

http://www.q-cells.com/uploads/tx_abdownloads/files/11_GLOBAL_OVERVIEW_ON_GRID-PARITY_Paper.pdf

214

http://cleantechnica.com/2014/09/10/wholesale-solar-grid-parity-chart/

215

http://reneweconomy.com.au/2014/deutsche-bank-sees-50-us-states-solar-grid-parity-2016

216

http://reneweconomy.com.au/2015/solar-grid-parity-world-2017

217

Raugei, M., Fullana-i-Palmer, P., Fthenakis, V. (2012) The energy return on energy investment (EROI) of photovoltaics: Methodology and comparisons with fossil fuel life cycles. Energy Policy 45: 576–582. DOI:10.1016/j.enpol.2012.03.008

218

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211500146X

219

Kubiszewski et al., “Meta-analysis of net energy return for wind power systems,” Renewable Energy (2010), Volume 35, Issue 1, p. 218–225.

220

D. Weißbach, G. Ruprecht, A. Huke, K. Czerski, S. Gottlieb, A. Hussein. Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants, Energy, Volume 52, 1 April 2013, p. 210–221.

221

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544214014327

222

https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/hgp_umweltkosten.pdf

223

www.siemens.com/energy/wind/scoe

224

http://www.bee-ev.de/_downloads/publikationen/studien/2011/110511_BEE-Studie_Versicherungsforen_KKW.pdf

225

http://www.businessgreen.com/bg/news/2397404/wind-energy-myths-lead-british-public-to-over-estimate-renewables-costs

226

http://www.worldenergyoutlook.org/resources/energysubsidies/

227

What would Jefferson do? Pfund and Healey, September 2011, DBL Investors.

228

Рифкин Д. Указ. соч. С. 61.

229

IMF Working Paper “How Large Are Global Energy Subsidies?” Prepared by David Coady, Ian Parry, Louis Sears, and Baoping Shang, International Monetary Fund, May 2015.

230

Renewables 2014 Global Status Report, p. 129.

231

Ibid., p. 79.

232

http://newclimate.org/2015/03/30/more-climate-change-action-more-co-benefits-analysis-of-the-indcs-for-eu-us-and-china/

233

Solar Energy Perspectives: Executive Summary, International Energy Agency, 2011, p. 22.

234

Fraunhofer ISE, 100 % ERNEUERBARE ENERGIEN FÜR STROM UND WÄRME IN DEUTSCHLAND, Freiburg, 12 November 2012.

235

Renewables 2014 Global Status Report, p. 16.

236

http://af.reuters.com/article/energyOilNews/idAFL6N0UL1F620150106

237

http://econews.com.au/news-to-sustain-our-world/german-energy-use-at-lowest-level-since-1990/

238

http://www.ise.fraunhofer.de/de/downloads/pdf-files/data-nivc-/stromproduktion-aus-solar-und-windenergie-2014.pdf

239

Fraunhofer ISE, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, 16.10.2014, S. 5.

240

“Bruttobeschäftigung durch erneuerbare Energien in Deutschland im Jahr 2013”, http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/B/bericht-zur-bruttobeschaeftigung-durch-erneuerbare-energien-jahr-2013,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf

241

http://www.pv-tech.org/mobile/news/commercial_solar_biggest_victim_of_germanys_solar_downturn_says_eupd

242

http://reneweconomy.com.au/2014/germany-decline-of-fossil-fuel-generation-is-irreversible-75224

243

Fraunhofer IWES, Kurzstudie “Erdgassubstitution durch eine forcierte Energiewende”, Juni 2014.

244

Energieverbrauch in Deutschland, Daten fuer das 1. bis 4. Quartal 2014, AGEB (AG Energiebilanzen e.V.), s. 1.9, www.ag-energiebilanzen.de.

245

http://www.iea.org/newsroomandevents/speeches/141205China_EU_Summit_speech.pdf

246

IEA, 2014 Key World Energy Statistics, p. 27.

247

https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/geos/ch.html

248

IEA, 2014 Key World Energy Statistics, p. 25, 27.

249

Ibid., p. 15.

250

CO_2 Emissionen der Stromerzeugung, BWK Bd. 59 (2007) Nr. 10, S. 46.

251

http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=10221268

252

http://www.bloomberg.com/news/2013–01–12/beijingers-told-to-stay-indoors-as-pollution-hits-record.html

253

http://www.theguardian.com/environment/chinas-choice/2014/apr/25/china-environment-law-fines-for-pollution

254

http://economictimes.indiatimes.com/news/international/business/china-seeks-to-cap-coal-use-at-4–2-billion-tonnes-by-2020/articleshow/45205271.cms

255

http://www.earth-policy.org/data_highlights/2014/highlights45

256

Renewables 2014 Global Status Report, p. 56.

257

http://renewables.seenews.com/news/china-adds-20–7-gw-of-wind-in-2014–40-of-worlds-total-459706

258

http://www.bloomberg.com/news/2014–05–16/china-targets-70-gigawatts-of-solar-power-to-cut-coal-reliance.html

259

http://www.technologyreview.com/news/415311/chinas-potent-wind-potential/

260

China National Photovoltaics Status Report 2012, p. 7.

261

Renewables 2014 Global Status Report, p. 47.

262

http://reneweconomy.com.au/2014/china-lifts-2014-solar-pv-installation-target-14gw-18209

263

http://www.pv-magazine.com/news/details/beitrag/china-unveils-15-gw-solar-target_100018005

264

http://reneweconomy.com.au/2015/china-lifts-solar-installation-target-for-2015-by-19–18471

265

http://www.bloomberg.com/news/2014–05–16/china-targets-70-gigawatts-of-solar-power-to-cut-coal-reliance.html

266

http://www.nature.com/news/economics-manufacture-renewables-to-build-energy-security-1.15847

267

http://www.theguardian.com/environment/2014/oct/22/chinas-coal-use-falls-for-first-time-this-century-analysis-suggests

268

http://chinacarbon.net.cn/china-targets-200-gw-wind-energy-100-gw-solar-energy-installed-capacity-2020/

269

http://reneweconomy.com.au/2015/yingli-says-100gw-by-2020-china-solar-target-could-be-minimum-60522

270

http://www.earth-policy.org/data_highlights/2014/highlights47

271

Renewables 2014 Global Status Report, p. 59.

272

Ibid., p. 63.

273

Rethinking Energy. Towards a new Power System. IRENA 2014, p. 66.

274

http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–04–01/china-s-fuel-demand-to-peak-sooner-than-oil-giants-expect

275

https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2014/11/11/fact-sheet-us-china-joint-announcement-climate-change-and-clean-energy-c

276

https://www.dnvgl.com/news/dnv-gl-survey-82-percent-of-global-industry-respondents-say-electricity-system-can-be-70-percent-renewable-by-2050–18716

277

http://ec.europa.eu/clima/policies/brief/eu/

278

Geschäftsmodell Energiewende Eine Antwort auf das “Die-Kosten-der-Energiewende” – Argument, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, IWES, Kassel, Januar 2014, S. 4.

279

Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung, Sondergutachten, Erich Schmidt Verlag GmbH & Co. KG, Berlin 2011, S. 31.

280

http://www.kombikraftwerk.de/100-prozent-szenario/leistungsflussanimation.html

281

http://www.iea.org/publications/scenariosandprojections/

282

Energy Technology Perspectives 2014. Harnessing Electricity’s Potential. Executive Summary, IEA 2014, p. 4.

283

http://www.bbc.com/news/science-environment-29855884

284

Technology Roadmap. Solar Photovoltaic Energy, 2014 Edition, IEA, p. 18.

285

Ibid, p. 18.

286

World Energy Outlook 2014 Factsheet. IEA

287

https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2014/11/11/fact-sheet-us-china-joint-announcement-climate-change-and-clean-energy-c

288

http://www.theguardian.com/environment/2015/feb/05/worlds-biggest-sovereign-wealth-fund-dumps-dozens-of-coal-companies

289

http://www.bellinghamherald.com/2015/01/26/4099330_goldman-sachs-coal-hits-retirement.html?rh=1

290

http://www.livemint.com/Industry/PCUnJXV7qDewLFd4fFN3cN/Companies-set-to-back-huge-India-solar-expansion.html

291

http://economictimes.indiatimes.com/industry/energy/power/government-aims-to-double-renewable-energy-share-in-overall-basket/articleshow/46252085.cms

292

«Are we entering a golden age of gas?» Special Report, World Energy Outlook 2011, IEA 2011.

293

Medium-Term Gas Market Report 2014, Executive Summary, IEA, 2014

294

Tracking Clean Energy Progress 2014, Energy Technology Perspectives 2014 Excerpt, IEA Input to the Clean Energy Ministerial, IEA 2014, p. 4.

295

http://www.theguardian.com/environment/planet-oz/2014/dec/08/goal-to-end-fossil-fuels-by-2050-surfaces-in-lima-un-climate-documents? CMP=share_btn_tw

296

Пределы роста. 30 лет спустя. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. С. 281.

297

Technology Roadmap. Nuclear Energy 2015 Edition, IEA, 2015, p. 5.

298

http://www.triplepundit.com/2015/02/burlington-vermont-runs-100-renewable-energy/

299

http://www.theguardian.com/environment/2015/mar/28/georgetown-texas-renewable-green-energy

300

http://cleantechnica.com/2013/06/26/100-renewable-energy-and-beyond/

301

Цит. по: Рифкин Д. Указ. соч. С. 78.

302

http://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/energiewende-drohender-wildwuchs-bei-stromzaehlern-a-1009289.html

303

http://smartgrid.ieee.org/standards

304

http://www.iea.org/newsroomandevents/speeches/141205China_EU_Summit_speech.pdf

305

http://www.greentechmedia.com/articles/read/Renewables-Continue-to-Outpace-Conservative-Global-Projections

306

http://regnum.ru/news/economy/1322062.html

307

http://expert.ru/russian_reporter/2014/48/sovetskij-stsenarij-dlyarossii/

308

http://www.vestifinance.ru/articles/49258

309

http://expert.ru/expert/2015/08/krizis-i-perspektivyi-razvitiya-neftyanogo-ryinkaxx/

310

http://www.bloomberg.com/news/articles/2015–04–01/china-s-fuel-demand-to-peak-sooner-than-oil-giants-expect

311

http://www.rg.ru/2011/11/08/strategiya.html

312

http://www.kommersant.ru/doc/2613919

313

http://www.rbc.ru/rbcfreenews/54e38c949a79478987799557

314

Эксперт Урал. 2014. 24 марта. № 13 (594).

315

http://www.ng.ru/ng_energiya/2013–06–11/15_biogaz.html

316

http://energo-news.ru/archives/67740

317

http://www.resbash.ru/stat/2/6707

318

http://www.eco-nomos.ru/2014/03/energo-23/

319

http://pandia.org/text/77/272/58016.php

320

Любимова Е. В. Указ. соч. С. 144.

321

http://expert.ru/south/2015/01/malyij-biznes-uvidel-alternativnuyu-energiyu/

Content

Владимир Сидорович
Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

Предисловие

Вступление

Ветер перемен

Доступная альтернатива

Энергетический поворот

Глобальное потепление

ВИЭ – «разрушители»

Строим «ветряные мельницы»

Солнечная энергетика

Фотоэффект

Экология солнечного электричества

Демократичная энергетика

Зеркала Архимеда

Солнечное будущее

Ветроэнергетика

Тысячелетняя история

Чистая энергетика больших мощностей

Будущее ветроэнергетики

Биоэнергетика

Твердое топливо

Биогаз

Жидкое биотопливо

Геотермальная энергетика и тепловые насосы

Геотермальные электростанции

Тепловые насосы

Гидроэнергетика

Энергия воды

Издержки гидроэнергетики

Транспорт без нефти

Прошлое и настоящее электромобиля

Больше, быстрее, дальше, дешевле

Водородные технологии?

Альтернатива для большого транспорта

Здания – энергоэффективность и использование ВИЭ

Дома, которым не нужно отопление

ВИЭ – в каждый дом

Беспроигрышная стратегия

Нестабильность ВИЭ и системы хранения энергии

Бытовые системы

Промышленные системы

Экономика возобновляемой энергетики: «дороговизна» и субсидии

Капитальные затраты

Стоимость производства электричества

Сетевой паритет

Энергетическая рентабельность

Экстерналии

Государственная поддержка ВИЭ

Запад и Восток: Германия и Китай

Германия

Китай

2050: Сбалансированная энергетическая система с доминированием ВИЭ

Сценарии

100 % ВИЭ уже сегодня

Умная сеть

Цена новой энергетики

Что делать «энергетической сверхдержаве»

Энергетическая сверхдержава

Новая модель развития

Экология и биоэнергетика

Точечное развитие возобновляемой энергетики

Энергоэффективность – лучшее (самое чистое) топливо

Послесловие

Благодарности

Об авторе

Сноски