Электричество продолжит «зеленеть»

Какие технологии будут способствовать ускорению темпов энергоперехода

Несмотря на сохраняющиеся последствия мирового энергетического кризиса, за прошедшие месяцы 2024 года в мире было продемонстрировано увеличение спроса на электроэнергию. Это обусловлено как устойчивым ростом экономической активности во многих регионах, так и продолжающейся электрификацией различных отраслей, а также новыми температурными рекордами, которые были зафиксированы по всему миру.

Раскаленная планета

Лето 2024 года на нашей планете было самым жарким за всю историю наблюдений. Температурные показатели в июне — августе превысили прошлогодние, говорится в бюллетене службы «Коперник», отслеживающей глобальное изменение климата (The Copernicus Climate Change Service, C3S). Это увеличивает вероятность того, что 2024-й превзойдет 2023-й с точки зрения температурных рекордов. По словам заместителя директора «Коперника» Саманты Берджесс, человечество увидело «самые жаркие июнь и август, самый жаркий день и самое жаркое бореальное лето за всю историю наблюдений» (самым жарким днем было 22 июля 2024 года — со средней глобальной температурой воздуха у поверхности Земли 17,15 °C). Ученые также отмечают, что с февраля этого года Эль-Ниньо (природное явление, из-за которого нагреваются поверхностные воды в восточной части Тихого океана, что влияет на температуру в планетарном масштабе) начал ослабевать, но это не принесло облегчения. Средние температуры поверхности океана в августе были выше, чем в том же месяце любого другого года с начала индустриального периода (1850 г.), за исключением 2023-го.

Максимилиано Эррера, эксперт, ведущий архив экстремальных погодных явлений в течение 35 лет, сообщил, что с начала этого года были побиты 15 национальных температурных рекордов, а также десятки тысяч локальных максимумов, зарегистрированных на станциях мониторинга от Арктики до южной части Тихого океана. Это означает, что экстремальные погодные явления становятся все более частыми, а климатические изменения нарастают. Всемирная метеорологическая организация ООН сообщила, что в этом году по крайней мере в 10 странах зафиксированы температуры выше 50 °C. Беспрецедентное число тепловых рекордов за прошедшие месяцы года было поразительным: «Такое количество экстремальных явлений превосходит все, что когда-либо наблюдалось или даже считалось возможным», — сказал Эррера.

По словам Карло Буонтемпо, директора службы «Коперник», конца нежелательным рекордам не видно. «Даже если эта конкретная полоса экстремальных явлений в какой-то момент закончится, мы обязательно увидим новые рекорды, поскольку климат продолжает становиться более теплым. Это неизбежно, если мы не прекратим добавлять парниковые газы в атмосферу и океаны», — подчеркнул он.

Электроэнергетический сектор является лидером по количеству глобальных выбросов CO₂. Как ожидается, их количество останется на плато до 2025 года. Небольшое увеличение выбросов в текущем году, по прогнозам, сменится снижением менее чем на 1% в 2025-м. Экстремальные погодные условия, такие как волны тепла и засухи, снижающие выработку электроэнергии на ГЭС, а также экономические шоки или политические изменения могут вызвать рост выбросов в отдельные годы. Тем не менее, по мнению аналитиков Международного энергетического агентства, сформировавшаяся структурная тенденция замещения ископаемого топлива чистыми источниками энергии останется устойчивой.

Электричества нужно больше

Согласно прогнозам Международного энергетического агентства (МЭА), ожидается, что в период 2024–2025 годов мировое потребление электроэнергии будет расти быстрыми темпами (на 4% ежегодно) и опережать рост мирового ВВП. Это обусловлено высоким спросом на электроэнергию во многих регионах и странах, особенно в Китае, Индии и США. Ожидаемый рост является самым высоким с 2007 года, за исключением резких подъемов в 2010-м после мирового финансового кризиса и в 2021-м после обвала спроса, вызванного пандемией COVID-19.

В Китае прогнозируется рост спроса более чем на 6% благодаря быстрому увеличению производства солнечных батарей, электромобилей и аккумуляторов, а также электроемкой переработке связанных материалов. Продолжающееся развертывание сетей 5G и центров обработки данных и широкое внедрение электромобилей на внутреннем рынке также являются факторами, способствующими росту потребления электроэнергии.

Индия, самая быстрорастущая крупная экономика в мире, по прогнозам МЭА, продемонстрирует 8-процентный рост потребления электроэнергии в 2024 году, что соответствует темпам 2023-го. Это обусловлено значительным ростом ВВП страны и возросшим спросом на охлаждение из-за длительных и интенсивных волн тепла: в текущем году Индия пережила волны тепла рекордной продолжительности, при этом пиковая нагрузка на энергосистемы достигла нового максимума. Если в дальнейшем произойдет возвращение к средним погодным условиям, то рост спроса на электроэнергию в Индии умеренно снизится (до 6,8%) в 2025 году.

Спрос на электроэнергию в США, по прогнозам, увеличится на 3% в годовом исчислении в 2024 году. Потребление электроэнергии увеличивается за счет улучшения экономических перспектив, а также роста спроса на кондиционирование воздуха на фоне сильной жары и быстрого увеличения количества центров обработки данных.

Ожидается, что спрос на электроэнергию в Европейском союзе в текущем году увеличится на 1,7%, поскольку экономические трудности в регионе ослабевают. Потребление электроэнергии в ЕС сократилось за два предыдущих года (важным фактором стало снижение производства в энергоемких отраслях). Признаки восстановления спроса в ЕС появились начиная с четвертого квартала 2023 года, рост набрал обороты в первой половине 2024-го, поскольку цены на энергоносители стабилизировались, а отрасли, которые ранее сократили производство, начали его восстанавливать. Тем не менее, несмотря на снижение с предыдущих максимумов, цены на энергоносители в Европе по-прежнему высоки по сравнению с допандемийными уровнями. В сочетании с умеренными макроэкономическими перспективами это продолжает оказывать давление на некоторые отрасли и повышает неопределенность относительно темпов восстановления спроса.

Электричество станет чище

МЭА прогнозирует, что чистые источники энергии установят новые рекорды к 2025 году. Несмотря на значительный рост потребления электроэнергии, ожидается, что только солнечные фотоэлектрические системы покроют примерно половину роста мирового спроса на электроэнергию к следующему году. Вместе с генерацией ветровой энергии они составят почти 75% прироста.

Ожидается, что мировая выработка электроэнергии с помощью солнечных фотоэлектрических систем и ветростанций в 2024 году превзойдет выработку гидроэлектроэнергии. Это следует за значительным ростом (на 33% в годовом исчислении) мировой солнечной генерации и устойчивым ростом ветровой генерации (на 10%).

Глобальный энергетический переход должен достичь еще одной важной вехи к 2025 году: общая выработка возобновляемой энергии должна превзойти выработку электроэнергии на угле. Доля возобновляемых источников в мировом электроснабжении выросла до 30% в 2023 году и, по прогнозам, вырастет до 35% в 2025-м.

В Евросоюзе производство электроэнергии ветровыми и солнечными фотоэлектрическими установками должно превысить производство на ископаемом топливе в 2024 году. Основной движущей силой является быстрый рост солнечной энергетики, обусловленный снижением цен на солнечные модули и сильной политической поддержкой. Ожидается, что доля всех ВИЭ в общем объеме генерации достигнет 50% в 2024 году.

Глобальная ядерная генерация также находится на пути к достижению нового максимума в 2025 году, превзойдя свой предыдущий рекорд 2021-го. Прогнозируется, что ядерная генерация вырастет во всем мире на 1,6% в 2024 году и на 3,5% в 2025-м благодаря устойчивому росту выработки на АЭС Франции по мере завершения работ по техническому обслуживанию, перезапуску энергоблоков в Японии и вводу в эксплуатацию новых блоков в Китае, Индии, Южной Корее и Европе.

Зеленые идеи

Сообщения о разработке и внедрении новых энерготехнологий, способствующих декарбонизации, появляются регулярно. Некоторые из них предполагают усовершенствование уже имеющихся устройств, другие обещают принципиально новые решения и звучат пока довольно фантастически. Время покажет, смогут ли какие-то из этих технологий найти широкое применение и способствовать скорейшему достижению целей декарбонизации.

Первый в мире коммерческий гравитационный аккумулятор энергии сдала в эксплуатацию швейцарская компания Energy Vault. Новый метод сохранения энергии заключается в строительстве башен с электродвигателями, работающими от солнечных батарей и поднимающими в воздух 24-тонные блоки. Когда блоки затем опускаются под действием гравитации, генерируется электроэнергия. Построенный в Китае аккумулятор имеет мощность 25 МВт и емкость 100 МВт·ч. Ожидается, что его КПД составит 80%, что сделает его таким же эффективным, как аккумуляторные батареи и гидроаккумуляторы, работающие по аналогичному принципу.

Первый в мире модульный центр обработки данных, работающий на водороде и напечатанный с использованием 3D-принтера, создал стартап EdgeCloudLink. ЦОД мощностью 1 МВт построен в Маунтин-Вью (Калифорния) для поставщика облачных услуг Cato Digital. ЦОД специально разработан для высокоплотного размещения графических процессоров, необходимых для повышенных нагрузок, связанных с функционированием искусственного интеллекта. Для производства электроэнергии использованы водородные топливные элементы, что позволяет ЦОДу вообще не вырабатывать углекислый газ. Вода, образующаяся в процессе работы топливных элементов, используется для охлаждения оборудования.

Устройство для преобразования гидравлической энергии дождевых капель в электричество разработали китайские ученые из Даляньского технологического университета. Это супергидрофобный магнитно-электрический генератор, который деформируется, когда на него падают дождевые капли, а затем восстанавливается. Такой процесс и приводит к тому, что генератор производит электрический ток. Экспериментаторы утверждают, что устройство имеет высокую эффективность и сможет быстро заряжать конденсаторы и обеспечивать питание для различных электронных устройств.

Новый сверхтонкий и гибкий материал на основе перовскита, разработанный учеными Оксфордского университета, сопоставим по эффективности с традиционными кремниевыми панелями солнечных батарей, но его толщина в 150 раз меньше. Главное преимущество разработки — возможность нанесения на любую поверхность, включая крыши зданий и автомобилей.

Технологию, позволяющую извлекать CO₂ из океана по цене менее $100 за тонну (это значительно дешевле, чем существующие методы захвата из воздуха), разработала голландская компания Brineworks, пилотный проект запускается на Канарских островах. Процесс основан на электролизе морской воды, его побочный продукт — зеленый водород. Океаны содержат в 150 раз больше CO₂, чем атмосфера, что делает процесс более энергоэффективным.

Портативная ветротурбина от канадской Aurea Technologies предназначена для путешественников и способна заряжать смартфоны и ноутбуки. Устройство весом 1,4 кг генерирует до 50 Вт при скорости ветра от 13 до 45 км/ч и складывается в компактный футляр размером примерно с мяч для американского футбола. Поставки ожидаются в апреле 2025 года.

Создание многокилометровых транспортных «конвейеров», которые заменят перевозку грузов автотранспортом, обсуждают в Японии. Первую логистическую линию длиной 500 км предполагается проложить между крупнейшими городами — Токио и Осакой. По расчетам, такая линия сможет заменить 25 тыс. грузовиков.