Зеленые энерготехнологии vs глобальное изменение климата

С какой скоростью в мире происходит энергетический переход и что мешает этому процессу

Эксперты ответили на вопросы «Вестника атомпрома» о том, как они оценивают текущие темпы энергоперехода и реалистичность достижения целей Парижского соглашения, а также перспективы совершенствования и удешевления уже существующих безуглеродных энерготехнологий, возможность появления новых прорывных решений в этой области и роль ядерной энергетики в энергосистемах будущего.

Сохаг Кази

Ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией международной и региональной экономики, доцент УрФУ; внешний исследователь в Центре передового опыта исследований в области возобновляемых источников энергии и энергетических систем Университета короля Абдул-Азиза (Джидда, Саудовская Аравия); соавтор III Рабочей группы МГЭИК в рамках РКИК ООН; PhD по экономике окружающей среды

«Ядерная энергетика может сыграть ключевую роль в глобальном энергетическом переходе»

—При оценке мощности генерации ВИЭ на основе определяемых на национальном уровне вкладов (ОНУВ) в достижение целей Парижского соглашения и целей в области устойчивого развития можно говорить, что прогресс Китая и ЕС был в целом удовлетворительным. Например, цели Китая по возобновляемой энергии, установленные в его ОНУВ, включают достижение показателя 1200 ГВт мощности ветровой и солнечной энергии к 2030 году. К концу 2022 года, на семь лет раньше запланированного срока, Китай уже превзошел этот показатель, установив более 1200 ГВт. Кроме того, Китай намерен увеличить долю неископаемого топлива в своем первичном потреблении энергии до 25% к 2030 году. По состоянию на 2022 год неископаемое топливо составляло примерно 17–18% его энергетического баланса, и ожидается, что быстрый рост позволит достичь целевого показателя в 25% к 2030 году. Однако такое ускоренное развитие предполагает возможность потенциального «эффекта отскока», когда быстрое продвижение может привести к проблемам с сохранением темпов или с эффективным управлением энергетическим переходом.

Цель Евросоюза по доле ВИЭ в 32% к 2030 году была повышена до 42,5% в 2023 году в рамках плана REPowerEU. К 2023 году ЕС достиг 23–24% возобновляемой энергетики в своем энергобалансе (563 ГВт установленной мощности к концу 2022 года), в основном за счет энергии солнца и ветра. Хотя прогресс ускорился, особенно из-за энергетического кризиса, вызванного конфликтом между Россией и Украиной, для достижения обновленной цели в 42,5% необходимы дальнейшие усилия. ЕС сталкивается с трудностями в поддержании энергетической безопасности и стабильных цен в процессе перехода от российского газа на другие источники, что приводит к временному увеличению использования ископаемого топлива, включая уголь. Хотя энергоэффективность улучшается, ЕС все еще отстает от необходимого ежегодного прироста для достижения своих целей к 2030 году, что требует более жестких мер по энергосбережению.

Если говорить о других странах и регионах, то Соединенные Штаты Америки достигли около 20% своих целей (электроэнергетический сектор, на 100% свободный от углеродных выбросов к 2035 году, и нетто-нулевой уровень выбросов к 2050 году). Индия, несмотря на прогресс, все еще далека от своей цели в 500 ГВт мощностей возобновляемой энергетики. В Африке многие страны имеют цели по возобновляемой энергии в своих ОНУВ, но недостаточность финансирования, инфраструктурные и политические проблемы сдерживают их достижение, несмотря на огромный потенциал солнечной энергетики. Аналогичным образом Латинская Америка и Юго-Восточная Азия отстают в развертывании возобновляемой энергетики.

Проблемы с достижением целей в области возобновляемой энергетики различаются в зависимости от страны и региона, но, как правило, они обусловлены экономическими, политическими, техническими и социальными факторами. Основные причины включают дефицит финансирования, инфраструктурные ограничения и недостаточную политическую поддержку. Если говорить более подробно, то эти причины следующие.

• Высокие первоначальные затраты, отсутствие финансирования, субсидии на ископаемое топливо. Например, при цели финансирования около $100 млрд в год, в 2020 году было привлечено всего $83,3 млрд.
• Резкий рост спроса на критически важные минералы, к которому привел энергопереход. По данным Международного энергетического агентства, спрос на такие минералы, как литий, кобальт и никель, может увеличиться в четыре-шесть раз к 2040 году из-за роста производства электромобилей и накопителей энергии и внедрения возобновляемых источников энергии. Например, для производства электромобиля требуется в шесть раз больше минеральных ресурсов, чем для обычного автомобиля, а для ветряных турбин и солнечных панелей требуются большие количества редкоземельных элементов, меди и алюминия. Литий необходим для аккумуляторов в электромобилях и систем хранения энергии. Кобальт и никель также важны для аккумуляторов электромобилей и решений для хранения в масштабах электросети. Медь широко используется в ветряных турбинах, солнечных панелях и электрических сетях. Редкоземельные элементы необходимы для магнитов в ветряных турбинах и электродвигателях. Цены на критически важные минералы в последние годы значительно колебались из-за сбоев в цепочках поставок, геополитической напряженности и быстрого роста спроса.
• Непоследовательная политика, бюрократические задержки, слабая сетевая инфраструктура.
• Препятствия при доступе к чистым технологиям и при создании потенциала, необходимого для внедрения климатических решений, с которыми продолжают сталкиваться развивающиеся страны. Медленные темпы передачи технологий мешают им масштабировать проекты в области возобновляемой энергии и адаптации.
• Недостаточность внедрения рыночных решений.
• Недостаточность обеспечения институционального качества.
• Политическая нестабильность и отсутствие последовательных политических решений, что препятствует развертыванию возобновляемой энергетики в некоторых странах.
• Общественное сопротивление, конфликты в области землепользования, потеря рабочих мест в секторах ископаемого топлива.

Кроме того, несмотря на отчеты о достижении прогресса, некоторые страны по-прежнему имеют проблемы с прозрачностью отчетности по действиям в области борьбы с изменением климата и особенно с точным измерением выбросов парниковых газов.

По моему мнению, несмотря на заметные достижения, существуют значительные пробелы в движении к целям Парижского соглашения. Текущие ОНУВ, даже с недавними обновлениями, недостаточны для достижения цели по удержанию роста температуры в пределах 1,5 °C по сравнению с доиндустриальным периодом. Согласно отчету ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде — United Nations Environment Programme, UNEP) за 2022 год, мир находится на пути к повышению температуры на 2,4–2,6°C к концу столетия, что значительно превышает целевые показатели Парижского соглашения.

Существующие источники утверждают, что экономическая эффективность при внедрении возобновляемой энергетики значительно улучшилась. Например, затраты в области солнечной энергетики значительно снизились за последнее десятилетие, при этом стоимость фотоэлектрических модулей снизилась на 85% с 2010 года. Перовскитные солнечные элементы также стали дешевле в производстве и стали потенциально более эффективными, чем традиционные элементы на основе кремния. Эти материалы могут еще больше снизить стоимость солнечной энергетики и сделать ее более доступной. Важно отметить, что панели, которые могут поглощать солнечный свет с обеих сторон, как ожидается, улучшат улавливание энергии и эффективность, способствуя снижению общих затрат.

Аналогичным образом стоимость ввода наземных ветростанций снизилась на 70% за последнее десятилетие, а морские установки, хотя в настоящее время и дороже, также демонстрируют быстрое снижение затрат из-за более крупных турбин и более эффективных методов строительства. Ожидается, что более крупные турбины — с мощностью 15–20 МВт — повысят эффективность и снизят приведенную стоимость электроэнергии (LCOE) ветровых электростанций, особенно морских.

Стоимость литийионных аккумуляторов, критически важных для хранения энергии в электромобилях и сетевых накопителях, упала на 89% с 2010 года. Продолжающееся совершенствование химии аккумуляторов, характеристик плотности энергии, а также производственных процессов еще больше снизит затраты. Аккумуляторы следующего поколения обещают более высокую плотность энергии, более быстрое время зарядки и повышенную безопасность по сравнению с литийионными аккумуляторами, что может произвести революцию как в электромобилях, так и в сетевых накопителях. Предполагается, что натрийионные аккумуляторы и железо-воздушные аккумуляторы, которые находятся в стадии разработки, будут более дешевой и мощной альтернативой литийионным аккумуляторам.

Кроме того, я считаю, что зеленый водород имеет потенциал для декарбонизации секторов, где выбросы трудно поддаются сокращению, таких как промышленность, судоходство и авиация. Текущие затраты высоки, но ожидается, что развитие технологий электролиза и масштабирование производства сделают зеленый водород более конкурентоспособным по стоимости с ископаемым топливом к 2030-м годам.

Я скорее экономист в области энергетики, чем ученый-энергетик, однако я пришел к выводу, что термоядерный синтез обещает практически безграничную чистую энергию, копируя процесс, который происходит в недрах Солнца. Он все еще находится в экспериментальной фазе, но уже достигнут значительный прогресс, и синтез может произвести революцию в производстве энергии, если ученым удастся сделать его коммерчески жизнеспособным. Недавние эксперименты показали чистый прирост энергии, что является важной вехой на пути к созданию устойчивого термоядерного реактора. Малые модульные ядерные реакторы компактны, безопасны и более дешевы в строительстве, чем традиционные ядерные реакторы, что делает их более адаптируемыми для обеспечения людей низкоуглеродной энергией, особенно в отдаленных районах. Кроме того, во многих источниках утверждается, что реакторы на основе тория, которые могли бы предложить более безопасную и эффективную ядерную энергетику, изучаются как будущий источник энергии, хотя все еще необходимы значительные исследования, прежде чем они станут коммерчески жизнеспособными.

Я считаю, что ядерная энергетика может сыграть ключевую роль в глобальном энергетическом переходе, предоставляя надежную низкоуглеродную электроэнергию в дополнение к непостоянным ВИЭ, таким как ветер и солнце. Несмотря на значительный потенциал, некоторые экономические, политические, социальные и технические барьеры помешали полномасштабному развертыванию ядерной энергетики во всем мире. Например, атомные электростанции требуют огромных первоначальных капиталовложений и длительных сроков строительства. Кроме того, есть проблемы в области общественного восприятия и обеспокоенности темой безопасности. До сих пор, как я знаю, во многих странах действуют строгие нормативные рамки для ядерной энергетики из-за связанных рисков безопасности. Например, Германия и Италия скептически относятся к ядерной энергетике. Россия в лице госкорпорации «Росатом» является крупным игроком в ядерной энергетике, поставляя реакторы и топливо по всему миру. Реакторы четвертого поколения, которые повышают безопасность и эффективность ядерной энергетики и снижают количество отходов, могут помочь решить некоторые из проблем этого вида генерации.

Лилиана Проскурякова

Заведующая Лабораторией исследований науки и технологий НИУ «ВШЭ», член ученого совета НИУ «ВШЭ»

«Энергопереход как мировой тренд в целом видится неизменным»

— Энергопереход как мировой тренд продолжит развиваться до середины века и далее в соответствии с национальными целями по декарбонизации, заявленными крупнейшими странами-потребителями — Китаем и Индией (к 2060 и 2070 годам соответственно). Безусловно, на этом пути возможны замедления и ускорения, но сам тренд в целом мне видится неизменным. КНР и ЕС уже не первый год лидируют по объему ввода мощностей ВИЭ-генерации. Замедление темпов ввода в мировом масштабе связано с геополитической и экономической турбулентностью, высокой инфляцией и стоимостью заемных денег (что и раньше было проблемой для стран с переходной экономикой на развивающихся рынках и в странах с низким уровнем дохода), а также с ограничениями на доступ к технологиям (в связи с протекционизмом, торговыми ограничениями и недостатком помощи развитию). Хотя доля ВИЭ в мировом энергобалансе растет быстро, этого недостаточно для вытеснения углеводородов в связи с ростом совокупного спроса на энергоресурсы. Сохраняются инфраструктурные ограничения: многие проекты ВИЭ-генерации откладываются в ожидании ввода электросетей, объемы которых в мире вдвое меньше необходимых. 

Исторические решения по утроению установленной мощности ВИЭ, а также по постепенному отказу от углеводородов, принятые на 28-й Конференции сторон, своевременны. В последние годы среднегодовая температура на планете бьет все рекорды, а ледники тают быстрее, чем ожидалось. Вероятно, мы пробьем планку в 1,5 °С в ближайшие пять лет. Экстремальные погодные явления хорошо заметны жителям многих стран: в то время как Европа справлялась с наводнением, в ЮАР выпал снег. В последние несколько лет значимый вклад в глобальное потепление вносит Эль-Ниньо — периодическое (каждые 2–7 лет) колебание температуры в экваториальной части Тихого океана. Можно надеяться, что в последующие несколько лет этот феномен будет способствовать снижению температуры. 

Парижское соглашение — прекрасный пример того, как почти все страны мира сплотились для исследования и решения общей глобальной проблемы. В то же время у каждой страны есть соблазн стать в этом процессе фрирайдером, то есть, не делая ничего, получить все преимущества от коллективных усилий других стран. Для выполнения Парижского соглашения, на мой взгляд, не хватает рыночных механизмов его реализации, позволяющих компаниям разрабатывать и выводить на рынок новые климатически нейтральные продукты и сервисы. Кроме того, развитые страны очень неохотно делятся технологиями декарбонизации с экономиками Глобального Юга, у которого не хватает собственных ресурсов для создания собственных решений. Медленнее, чем это необходимо, пополняется Зеленый климатический фонд, созданный для помощи развивающимся странам. Большинство развивающихся стран действительно пока вносят очень небольшой вклад в общий объем выбросов парниковых газов, но у них впереди индустриализация, которую развитые страны уже прошли. Многое зависит от двух развивающихся стран с самым большим народонаселением и потреблением энергии — Индии и Китая. И если Китай не только справляется сам, но и является мировым лидером по многим показателям, то Индии необходима поддержка.

В части ВИЭ-генерации ставка почти всех стран на солнце и ветер тормозит исследования и разработки многих других видов чистой энергии, в том числе  волновой, петротермальной и других. Солнце выигрывает в конкуренции с ветром по стоимости единицы установленной мощности и стоимости электроэнергии. Страны-лидеры, включая Россию, разрабатывают и тестируют новые революционные технологии — ядерный синтез, атомные реакторы четвертого поколения с замкнутым топливным циклом, прямую «доставку» солнечной энергии из космоса с использованием микроволнового излучения и некоторые другие. Новые энерготехнологии появятся при условии расширения международной кооперации в этой сфере, а также при диверсификации бюджетов на НИОКР (или дефиците / росте цен на редкоземельные элементы для солнечной и ветровой генерации).

Полномасштабному развертыванию атомной энергетики мешает ее дороговизна (высокая полная приведенная стоимость электроэнергии в сравнении с другими видами генерации) и высокий объем отходов при добыче и утилизации отработанного топлива. Немаловажны и аспекты безопасности: расходы на обеспечение охраны АЭС, высокие риски в случае удара стихии, кибер- или террористической атаки, усилия по обеспечению нераспространения. Немногие страны обладают технологиями атомной генерации и запасами ядерного топлива. Проблему могут решить атомные реакторы четвертого поколения с замыканием ядерного топливного цикла, которые, безусловно, являются крайне перспективным направлением в энергетике при условии обеспечения конкурентоспособности по цене.

Алексей Терешин

Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ глобальных проблем энергетики НИУ «МЭИ»

«В ближайшие годы следует ожидать возвращения нисходящего тренда углеродной интенсивности энергопотребления»

— Климатическую эффективность энергетики определяет так называемый углеродный коэффициент — сколько парниковых газов (в пересчете на CO₂) выбрасывается в атмосферу при производстве, транспортировке и использовании энергии на единицу потребления первичной энергии. Для периода 1950–2000 годов этот показатель снижался практически линейно, уменьшившись на 20% за счет перехода с угля на нефтегазовое топливо и развития ГЭС, АЭС и ВИЭ. Для следующих семи лет характерна обратная тенденция, когда этот коэффициент несколько вырос (на 2%), в первую очередь за счет роста потребления угля в бурно развивающемся Китае, после чего возобновилось его падение примерно с прежними темпами. Последние три года наблюдается стагнация этого параметра.

Геополитические события последних лет, в первую очередь конфронтация на Украине и Ближнем Востоке, в значительной мере повлияли на мировую энергетику, особенно на цены и логистические цепочки. С одной стороны, это повысило мотивацию целого ряда регионов в долгосрочной перспективе обеспечить себя собственными источниками энергии, большей частью возобновляемыми. С другой — для решения текущих энергетических задач некоторым странам пришлось вернуться к более «грязному» топливу — углю. В ближайшие годы все-таки следует ожидать возвращения нисходящего тренда углеродной интенсивности энергопотребления.

Цель Парижского соглашения 2015 года — не допустить повышения глобальной температуры более чем на 2 °С по сравнению с доиндустриальной эпохой (до 1850 г.) и предпринять усилия по ограничению этого превышения до 1,5 °С — остается актуальной. Как показывают модельные климатические расчеты, последствия перехода через этот опасный порог будут иметь катастрофический характер для миллиардов жителей планеты. Другое дело, что, как показали наши исследования в Национальном исследовательском университете «МЭИ», те добровольные обязательства по ограничению выбросов парниковых газов, которые на тот момент (к 2015 г.) приняли практически все страны мира, не обеспечивали достижения этих целей. По нашим расчетам, более энергичные решения, принятые в Глазго в 2021 году и в Дубае в 2023-м, в случае их полного выполнения способны замедлить темпы глобального потепления в указанных пределах. Однако все крупнейшие эмитенты парниковых газов не справляются со взятыми на себя обязательствами, что, по нашим расчетам, делает неизбежным превышение планки в 1,5 °С уже в ближайшие 10–20 лет и 2 °С — к концу текущего столетия.

Основным препятствием, на наш взгляд, является отставание в экономическом развитии большинства стран, в которых проживает около 80% мирового населения (для бедных экономик климатическая повестка — не самая главная), и инерционность энергетики, не позволяющая быстро проводить масштабные изменения. Не меньшее значение имеет продолжающийся бурный демографический рост в развивающихся странах, стимулирующий рост энергопотребления.

За последние два десятилетия достигнут значительный прогресс в области повышения КПД солнечных фотоэлектрических панелей и мощности ветряных турбин. Потенциал существующих технологий ВИЭ в значительной мере исчерпан, для прорыва в этой области требуются фундаментальные открытия, прогнозирование которых затруднительно. Кроме того, важно менять культуру потребления, оптимизировать работу энергосетей. Несомненно, использование цифровых технологий, ИИ ускорит этот процесс.

Ядерная энергетика является важным элементом мирового энергетического комплекса, значительно снижая выбросы парниковых газов. На нее приходится 9% мировой суммарной выработки электроэнергии и 23% — безуглеродной генерации (ГЭС, АЭС и ВИЭ). В потреблении первичной энергии, понятно, цифры заметно ниже — 4% и 21% соответственно.

Препятствий к увеличению доли ядерной энергетики в мировом энергобалансе, на наш взгляд, несколько:

— большие сроки и высокая стоимость строительства;

— проблемы безопасности, в том числе при обращении с отработавшим топливом, а также современные военные конфликты только усиливают озабоченность населения в этой области;

— неравномерное распределение ресурсов природного урана (более 80% геологических запасов приходится на 10 стран, а 80% производства — на 5 стран).

Перспективы ядерной энергетики представляются довольно умеренными. АЭС малой мощности, несомненно, займут свою нишу в энергоснабжении, но не займут в нем заметной доли. Технологические перспективы замкнутого цикла и тем более термоядерного синтеза представляются весьма туманными.

Георгий Сафонов

Международный эксперт-экономист, IDDRI (Institut du Développement Durable et des Relations Internationales — Институт устойчивого развития и международных отношений)

«Цели Парижского соглашения вполне реалистичны, но недостаточно амбициозны»

— Энергопереход в разных странах происходит по-разному. Есть впечатляющие примеры ускоренного развития и внедрения безуглеродных/зеленых энергетических технологий. Пожалуй, Китай по масштабам наиболее яркий пример для всего мира. Но и в других крупных странах, например в ряде стран ЕС, в США (в Калифорнии и других штатах), Индии, Бразилии, масштабы использования возобновляемых источников энергии уже достаточно большие и продолжают увеличиваться. По данным МЭА, ввод новых генерирующих мощностей на основе ВИЭ в мире увеличивается нарастающими темпами. Растет и выработка зеленой электроэнергии. По оценкам аналитиков МЭА, в 2023 году ввод новых мощностей ВИЭ превысил 500 ГВт/год (на 25–30% больше, чем в 2020–2022 гг.).

Однако в электроэнергетике важнее учитывать более долгосрочные аспекты развития, ведь сроки ввода и эксплуатации объектов — это десятки лет. Динамика показателей по годам в этой отрасли не так значима, как тренды. А вот прогнозы, в частности МЭА, показывают дальнейшее увеличение энергетики на основе ВИЭ при всех сценариях, причем установленная мощность может вырасти почти вдвое к 2028 году по сравнению с 2022 годом.

Цели Парижского соглашения, сформулированные большинством сторон на 2030 год, вполне реалистичны, но недостаточно амбициозны. Их выполнение не позволяет рассчитывать на удержание роста глобальной температуры в пределах 1,5–2 °С. Это наглядно показано, например, в отчете ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде — United Nations Environment Programme, UNEP) Emission Gap Report 2023. Наращивание целевых показателей во многих странах рассматривается на самом высоком уровне. Развивающиеся государства готовы ставить более амбициозные цели, если им будет предоставлена международная помощь. Барьерами для выполнения обязательств и более активных действий по декарбонизации являются неэффективность государственного управления в экономической, энергетической, экологической сферах, недостаток квалификации, финансов, ресурсов и технологий, недостаточная поддержка международных партнеров и доноров.

Есть яркие примеры удешевления технологий ВИЭ: солнечная энергетика за последние 10 лет показала снижение себестоимости выработки электроэнергии примерно в 10 раз. Дальнейшее развитие этих технологий и увеличение масштабов производства (что наблюдается в последние годы) обязательно приведут к дополнительному снижению затрат. Некоторое снижение себестоимости заметно и в ветровой энергетике. Вероятно, можно ожидать сокращения затрат в секторе накопителей энергии, в эту сферу вкладываются большие инвестиции. Для АЭС, угольных и газовых электростанций ожиданий существенного сокращения затрат я не обнаружил. В последние десятилетия издержки в этих секторах не сильно менялись. Учитывая, что финансовые институты и инвесторы не просто предпочитают зеленые проекты в энергетике, но и принимают политику по отказу финансирования незеленых проектов, то можно ожидать, что масштабные финансовые потоки в зеленые секторы энергетики обеспечат дальнейшие технологические прорывы и, согласно определению Клейтона Кристенсена (Clayton M. Christensen), «подрывные инновации», которые будут менять модели поведения и бизнес-модели в недалеком будущем.