Детство и молодость ВИЭ

С появлением в семье первого ребёнка дом скоро наполняется новыми предметами обихода, одеждой и конечно же огромным количеством игрушек. Их не обязательно покупать - они сами появятся после визитов друзей и родственников. И это в порядке вещей - народившийся на свет маленький человек должен познавать мир сразу во всём его разнообразии. Судьба большинства игрушек незавидна, а об их рачительном использовании говорить вообще не приходится.

Подобно недавно появившемуся на свет ребёнку, «зелёная» энергетика поначалу требовала изобилия и разнообразия. Если в традиционной парадигме для энергообеспечения, скажем, отдельного посёлка достаточно одной электростанции (хотя и с требованием резервирования разными видами или источниками топлива), то альтернативная энергетика предполагает то или иное сочетание солнечной, ветровой и/или биотопливной генерации с применением накопителей энергии. Ветер дует не всегда, солнце в любой момент может скрыться за облаками, а ночью его вообще нет, поэтому энергоисточников должно быть много, причём разных. Как результат, система строится с большой избыточностью. И в те моменты, когда, например, есть и солнце, и ветер, она генерирует чрезмерные мощности. Всё это выливается в пониженную эффективность использования как оборудования, так и возобновляемых энергоресурсов.

Чей ребёнок?

Эксперты отмечают, что прямая связь между экономическим ростом и количеством потребляемой энергии, характерная для XIX-XX веков, в последние годы нарушается. Одна из причин тому - изменение структуры экономики в развитых странах, где всё большую роль играют сфера услуг и финансы, а также усиленный акцент на интеллектуальную деятельность, которая высоко ценится и не требует больших энергетических затрат. Например, писателю или блогеру для работы достаточно ноутбука.

Помимо этого с начала XXI столетия набирают силу новые тенденции. Почти на всём протяжении человеческой истории энергопотребление ограничивалось техническими возможностями и стоимостью ресурсов. Сегодня население планеты и масштабы человеческой деятельности достигают критических величин, так что необходимо экономить энергию и сокращать удельное энергопотребление. Прежние модели производства и потребления энергии в таких условиях чреваты опасным увеличением нагрузки на природу и ускоренным исчерпанием первичных энергоресурсов. Видя риск дестабилизации системы жизнеобеспечения, человечество вынуждено переходить к модели устойчивого развития, предполагающей, что негативное влияние на окружающую среду больше не должно усиливаться, а энергоресурсы не должны катастрофически таять. При этом из самых серьёзных взрослых соображений делается ставка на возобновляемую энергетику - несмотря на то, что она ещё не выросла из детских штанишек.

Держать в строгости

Возвращаясь к нашей метафоре, представим, что ребёнок уже подрастает, так что его учат бережно относиться к игрушкам и другим предметам, знать им цену, обходиться ограниченным количеством вещей. «Игрушечный» хаос в доме постепенно проходит. Если следовать этой аналогии, значит ли, что разнообразие ВИЭ уйдёт в прошлое?

Число перспективных альтернативных энергоисточников уже сокращается. Например, волновая энергетика явно не оправдала ожиданий. Оказалось, что плавающие морские энергоустановки обходятся слишком дорого в постройке и эксплуатации. Под большим вопросом находится также энергия приливов и морских течений. Тем более, что участков, где можно эффективно разместить соответствующие электростанции, в мире мало и они обычно удалены от центров потребления. То же самое с башенными солнечными электростанциями, окружёнными полями гелиостатов (зеркальных концентраторов). Их мало. Проекты по культивации растений для производства топлива тоже ограничены географически. Многие надежды не оправдались.

Отрок проявляет характер

Любопытно, что «позеленение» энергетики дестимулирует энергосбережение. Например, у владельцев личных ветроустановок и систем аккумулирования энергии нет необходимости экономить электричество: им почти всё равно, каким будет расход энергии от принадлежащих им источников. К тому же при росте объёмов ВИЭ-генерации не возникает серьёзных экологических издержек и ограничений.

После перехода на альтернативную энергию, по-видимому, нужно будет переосмыслить само понятие энергоэффективности. Традиционно оно подразумевает сокращение удельного расхода и потерь энергоресурсов во всех звеньях цепи - от производства до конечного потребления энергии. Однако при использовании ВИЭ расход первичной энергии не играет такой же роли, как для случая электрогенерации на ископаемом топливе, поскольку ветер и солнце практически неисчерпаемы и бесплатны.

В этих условиях на первый план выходит задача экономии невозобновляемых ресурсов, необходимых для построения и поддержания основанных на ВИЭ энергосистем, с учётом целей устойчивого развития. Например, сегодня среди учёных идёт дискуссия о том, как рациональнее строить солнечные электростанции - на основе традиционного кремния, работающего десятилетиями, или перовскитов с коротким сроком службы, которые не требуют больших энергозатрат при производстве и легче поддаются вторичной переработке. И не факт, что минимум нормированной стоимости электроэнергии является наилучшим критерием выбора технологий.

В доме новый хозяин

Наш молодой человек растёт, набирается ума-разума, и в какой-то момент родители начинают морально готовить его к роли домохозяина, что означает ответственность за квартиру или индивидуальный дом. Обучают правилам и приёмам ремонта, объясняют, что с какого-то момента он сам будет целиком отвечать за техническое состояние жилища, за красоту, чистоту и уют в нём. Для человечества в целом этот момент уже настал, затронув многие сферы деятельности, в том числе энергетическую. Недаром мы взялись за переход на рельсы устойчивого развития и за перестройку глобального энергобаланса.

Когда речь идёт о ремонте квартиры или частного дома, можно нанять работников. Для приведения в порядок нашего общего дома, Земли, позвать на помощь марсиан мы не можем. Приходится, засучив рукава, браться за дело самим. А столь большая задача, как восстановление климата, даже требует жертв. Каких?

С «позеленением» энергетики меняются формы использования энергии, и этот процесс чаще сопровождается повышением номинального расхода первичных энергоресурсов, чем снижением. Для структуры конечного потребления энергии одна из главных долгосрочных тенденций - приращение в нём доли электричества («электрификация энергобаланса»). Если пятьдесят лет назад на электричество приходилось менее 10% глобального конечного энергопотребления, то сегодня приходится около 20%, а ещё через полвека, как прогнозирует Мировое энергетическое агентство, эта доля может дойти до 50%. Часть связанного с этим процесса - замена двигателей внутреннего сгорания на транспорте электродвигателями, распространение электромобилей - в большинстве случаев ведёт к снижению системного КПД. Другая тенденция - развитие водородной энергетики - также во многих случаях вызывает его снижение, поскольку водород представляет собой не источник энергии, а средство её накопления с потерями. В отличие от природных углеводородов, водород при массовом производстве требует значительных энергозатрат. То есть «зелёная» энергетика обещает быть расточительной... пока не повзрослеет.

Не нужно быть нобелевским лауреатом по экономике, чтобы понимать, что снижение системного КПД в таких базовых отраслях, как энергетика и транспорт, эквивалентно замедлению экономического роста.