Фальшь и романтика ветра и солнца. Выводим «зеленую энергетику» на чистую воду
Летом 2024 года власти Китая сообщили об успешном запуске первой в истории морской ветровой турбины мощностью 18 мегаватт. Диаметр ее исполинского ротора – 260 метров. Предполагается, что турбина сможет генерировать 72 гигаватт-часа (ГВт·ч) чистой электроэнергии в год, чего на юге Китая должно хватить для обеспечения энергией около 36 тысяч домохозяйств. Насколько важно это событие для развития возобновляемой энергетики? И есть ли у этой энергетической модели будущее? Разобраться в этом вопросе порталу «ПОИСК» помог Кирилл Дегтярёв – кандидат географических наук, научный сотрудник Лаборатории возобновляемых источников энергии (ВИЭ) Географического факультета МГУ
Определимся с терминами
Что такое возобновляемые источники энергии? Это источники, существующие благодаря периодическим процессам в природе. Всем нам они отчасти знакомы еще по урокам курса «Окружающий мир» в начальной школе. Дует ветер, светит Солнце, течет вода…
Но это лишь три самых очевидных источника. А есть и другие. Например, дрова – это тоже возобновляемый источник, потому что деревья постоянно растут. То же относится к биотопливу, получаемому из растений или даже продуктов жизнедеятельности - например, некогда так популярному в странах Средней Азии кизяку, т.е. топливу из «коровьих лепешек». Однако тут важен момент так называемого «рачительного хозяйствования». Если мы будем сжигать леса быстрее, чем они растут, о возобновлении ресурса речи уже не пойдет.
И, наконец, где-то недалеко от «полноценных ВИЭ» находятся источники исчерпаемые, но истощатся они явно не при жизни нашей цивилизации. Здесь речь идет о ядерной и водородной энергетике.
В качестве страны, полностью обеспечивающей себя энергией за свет возобновляемых источников, Кирилл Дегтярёв приводит пример Бурунди, где практически 100% потребляемого электричества генерируется на одной гидроэлектростанции. Есть также Исландия с ее геотермальными станциями и бережной гидроэнергетикой, не предполагающей создания крупных водохранилищ из-за заметных перепадов высот.
Возобновляемая, но не «зеленая»
Очень важно понимать: возобновляемые источники совсем не обязательно «зеленые». Экология и ВИЭ не одно и то же! Экологический след от крупной гидроэлектростанции таков, что порой уж лучше сто лет сжигать природный газ с его относительно чистыми выбросами. Затопление обширных территорий очень сильно влияет на экосистему, нарушая тем самым тысячелетиями сложившееся равновесие. И, кстати, к людям это тоже относится: по разным оценкам, от 40 до 80 млн человек в мире были принудительно переселены ради строительства ГЭС, под воду ушли многие города и тысячи сел.
В 1935 году было принято решение о строительстве Рыбинского и Угличского гидроузлов с уровнем воды 98 м, но через полтора года цифру повысили до 102 м. Это поставило крест на жизни древнего города Мологи, насчитывавшего 6000 жителей, и на существовании десятков более мелких населенных пунктов. В общей сложности регион потерял более 350 кв. км лесов, десятки тысяч га заливных лугов, пашен, пастбищ, памятников русского зодчества. Под воду ушли Кассианов Учемский монастырь, Югская Дорофеева пустынь, Мологский Афанасьевский монастырь, Леушинский Иоанно-Предтеченский монастырь...
Иркутская ГЭС, сооруженная в 65 км от истока Ангары в 1950-х годах, спровоцировала повышение уровня воды в озере Байкал в среднем на один метр, что привело к разрушению берегов, оползням и обвалам.
Учитывая все это, а также массу аналогичных и не менее печальных историй, вписанных в хронологию развития гидроэнергетики, исключим ГЭС из нашего сегодняшнего разговора. Что же осталось?
Солнце уперлось в потолок?
В быту сейчас под ВИЭ понимают в первую очередь солнечные панели и ветряки. Есть еще станции, работающие на геотермальной энергии, связанной с теплом земной коры, но это нишевая история, доступная лишь в немногих уголках нашей планеты, как в той же Исландии. В России такие источники есть, например, на Камчатке или Курилах, где успешно работают четыре подобных объекта.
Наверное, все читатели видели солнечные панели и ветрогенераторы или, как минимум, знакомы с работой ветряных мельниц – хотя бы по фильму Григория Козинцева «Дон Кихот». Подробно описывать подобные сооружения нет нужды. Лучше посмотрим, насколько быстро они распространяются по свету в качестве энергетических объектов.
Если брать крупных игроков, то дальше всех продвинулись в плане использования возобновляемых источников энергии страны Европейского союза. Там на неуглеродные источники приходится примерно 60% потребляемой энергии. Если же говорить именно об электроэнергии, то в ней доля возобновляемых и/или неуглеродных составляющих еще больше. Например, доля ветровой энергии в производстве электроэнергии в странах ЕС в среднем достигает 17–18%, а в Дании доходит даже до 30–40%.
Что касается солнца, то ЕС, особенно на севере, – не самое солнечное место на Земле. Солнце дает Европе ощутимо меньше энергии, чем ветер.
«Совокупная доля солнечной и ветровой энергии в Евросоюзе подошла к отметке 25–30% от всего производства электроэнергии. Но этот рост обнаруживает тенденцию к замедлению. Иными словами, он достиг некоего плато. А ведь Европа – это передовой регион. Если развитие энергетики на основе ветроэнергетического комплекса (ВЭК) пойдет такими темпами, то, конечно, солнце и ветер еще долго не вытеснят углеводороды. Даже если говорить об электроэнергии, а ведь есть еще системы отопления и транспорт», – говорит Кирилл Дегтярёв.
А теперь взглянем на другую сторону континента Евразия. Там находится Китай, с одной стороны до сих пор «сидящий» на предельно грязном с точки зрения экологии угле (более 50% общей выработки энергии), но с другой – чрезвычайно быстрыми темпами строящий солнечные и ветровые станции. Их в Поднебесной возвели уже больше, чем в США и Европе вместе взятых.
Развивать ветровую энергетику в Китае начали после 2005 года и добились очень серьезных успехов, причем они идут по нарастающей. В начале 2022 года, когда только схлынули основные волны пандемии и производство начало стремиться к доковидным показателям, КНР объявила о запуске крупнейшей в Азии морской ветряной турбины мощностью 13 МВт. В конце того же года начала давать энергию мировая рекордсменка мощностью 16 МВт. И вот теперь новый рекорд: 18 МВт. Можно предположить, что уже до 2030 года Китай обойдет Евросоюз по доле энергии ветра в общем «энергокотле».
Развитие же солнечной энергетики там началось существенно раньше – еще в 1980-х. Но и тут мы видим взрывной рост в последние годы. В 2023 году государство инвестировало в отрасль 130 млрд долларов – сравнимо с общим доходом вполне приличного государства.
Итого: в 2022 году Китай добавил к своим мощностям возобновляемой энергии 125 ГВт, год спустя – 293 ГВт. Это больше, чем весь остальной мир. И хотя к цифрам из Китая надо относиться с осторожностью (проверить официальные данные зачастую не представляется возможным), факт несомненен: КНР можно считать мировым лидером в отрасли.
Но не факт, что страна стала от этого «зеленее». И вот почему.
Китай – мировой лидер и по производству оборудования для зеленой энергетики. Бо́льшая часть европейских солнечных панелей и ветряков носят клеймо «Made in China». Может ли Европа сама производить все это? Разумеется, да – в конце концов, заметная часть технологий разработана именно в Евросоюзе. Но расчетливые европейцы предпочли отдать масштабные заказы Юго-Восточной Азии…
Дело в том, что углеродный след потребления «чистой» солнечной и ветровой энергии (производство солнечных панелей и металлоконструкций ветряков) сейчас весьма велик. Само по себе производство необходимого оборудования – дело весьма «грязное». В первую очередь это касается металлургии: добычи руды и выплавки стали. Более того, энтузиасты «зеленого» будущего редко упоминают, что это «бесплатное» электричество генерируется не круглые сутки и не круглый год, а значит, его надо где-то хранить. Это «где-то» называется аккумулятор - изделие с огромным углеродным следом плюс так и не решенной проблемой утилизации. Кстати, к аккумуляторам электромобилей это тоже относится.
Также на сегодняшний день все еще не накоплено достаточное количество данных о трудностях утилизации отработавшего солнечного и ветряного оборудования. Очевидно, что и этот процесс внесет свой вклад в загрязнение планеты, особенно учитывая необходимость утилизации все тех же аккумуляторных батарей. Подсчитано, что к 2050 г. накопленные объемы одних только солнечных панелей, отслуживших свой срок, вырастут до 60–78 млн тонн. При этом их переработка сегодня экономически нерентабельна. Да, производители принимают панели на переработку, но убытки от этого процесса закладываются в стоимость товара.
Согласно программному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) 2014 года, каждый кВт∙ч солнечной энергии за жизненный цикл панели дает выброс 48 г CO2-эквивалента – в четыре раза больше, чем атомная энергетика. Ветряки существенно экологичнее, ГЭС тоже, но у них, как мы говорили, другие недостатки.
Полезно изучить вот такую весьма наглядную диаграмму, которая, к слову, составлена опять же без учета необходимых ветряным и солнечным станциям аккумуляторов.
За прошедшее десятилетие технологии, разумеется, заметно продвинулись, объемы выбросов при производстве и утилизации сократились, но общий порядок цифр остался прежним.
Водородная лихорадка
В последнее время все чаще приходится слышать про «водородное будущее». Президент Научно-исследовательского института океанической политики Фонда мира Сасакавы Хиде Сакагучи на Петербургском международном экономическом форуме заявил:
«В российской Арктике расположены значительные запасы водорода. В России развиваются технологии по его использованию. Это может значительно повлиять на региональную и мировую экономику. Водород может стать драйвером перехода к зеленой, более устойчивой экономике. Мы в Японии с интересом следим за этим направлением».
Практически в каждой развитой стране есть программа развития водородной энергетики. Кажется, что именно водород – основа новой энергетики будущего: он же экологически чистый, во Вселенной его много…Почему же тогда Илон Маск называет эту технологию «тупой и бесполезной»? Нам, конечно, прекрасно известно, что он далеко не всегда прав, но интересно понять причину. Итак…
Водородные двигатели массового производства уже существуют… Но чаще в рекламных проспектах. На самом деле водородный элемент выполняет скорее роль аккумулятора, а сам двигатель работает на вырабатываемом им электричестве. Пяти килограммов сжатого водорода хватает на 500 км пути. Плюсов у этой технологии по сравнению с литий-ионной достаточно много: больше емкость, очень быстрая заправка, экологичность (выхлоп состоит из водяного пара)… Но есть и два маленьких «но».
Во-первых, «зеленый» водород, полученный при электролизе воды, сейчас очень дорог. На его производство попросту тратится больше энергии, чем в нем содержится. Плюс к этому водородные батареи содержат платину – отнюдь не дешевый металл. Во-вторых, бо́льшая часть водорода (для электромобилей – порядка 95%) именно по этой причине производится с помощью конверсии метана, получаемого из тех самых скважин, которые так не любят «зеленые». И углеродный след у этого водорода весьма ощутимый. Получается, чтобы построить новую «чистую» энергетику на основе водорода надо сначала загрязнить окружающую среду углеродом.
У этих двух проблем есть общий ответ: свободный водород. Но где его взять? Например, свободного азота в воздухе сколько угодно – бери не хочу. Но водород там содержится только в виде водяного пара и парниковых газов. Однако в XXI веке была начата промышленная разработка подземных месторождений водорода.
Первая коммерчески успешная скважина функционирует в Мали (Западная Африка). Предприниматель Алиу Диалло заинтересовался таинственным голубым газом, выделявшимся из скважины, пробитой для добычи воды. Вызванные им специалисты определили, что на 98% этот газ состоит из водорода. Диалло купил экспериментальную установку для преобразования газа в электричество, и с 2012 года городок Буракебугу получает чистую энергию из своего собственного источника. Единственный вид отходов – обычная вода.
«Советский геолог Владимир Ларин в свое время выдвинул интересную гипотезу «изначально гидридной Земли». По его мнению, ядро планеты состоит из гидридов металлов, то есть соединений металла с водородом, – рассказывает Кирилл Дегтярёв. – Это противоречит общепринятому взгляду на строение ядра, но откуда-то водород в недрах берется, в том числе и чистый. В России и многих других странах водород вошел в официальный список полезных ископаемых, начата раздача лицензий на разведку свободного водорода. Некоторые обозреватели говорят, что наступает новая лихорадка – была золотая, есть нефтегазовая, а будет водородная. Потому что если выяснится, что гипотезы некоторых ученых верны и из недр земли действительно выходит огромное количество водорода, то это может перевернуть всю мировую энергетику».
Однако пока что использование водородного топлива – чисто имиджевая демонстрация экологической ответственности. Если человек располагает средствами, он покупает «водородомобиль». И ездит на нем… до супермаркета. Потому что у него есть второе авто, бензиновое или дизельное. И вот на нем он ездит по-настоящему. Потому что и инфраструктуры пока нет и водородное топливо недешево.
А что у нас?
В России внедрение энергетики на основе возобновляемых источников идет весьма медленно. И тому есть несколько вполне объективных причин.
Первая причина – климат: Россия находится в невыгодном положении по источникам возобновляемой энергии. Как известно, ресурсы в мире распределены неравномерно: у одних нефть и газ, а у других одни только ураганные ветры 50 дней в году и палящее солнце все остальное время. Ветер – он как нефть: где-то его больше, а где-то, увы, меньше. То же самое с солнцем. Например, домик где-нибудь в Палермо уже вполне может прожить на «собственных» солнце с ветром: панели на крышах, пара ветрячков в огороде. А вот на Рязанщине такое невозможно. Конечно, и у нас есть энтузиасты экологически чистого энергетического самообеспечения, но они живут в режиме жесточайшей экономии и готовы терпеть весьма спартанский уровень отопления зимой. Для обычной семьи с детьми такой вариант еще долго будет неприемлем.
На самом деле нам в России нужно не так уж много электричества. Дело в том, что энергия энергии рознь. Есть понятие Total primary energy supply, т.е. общий объем потребления первичной энергии, весь ее вал. Из первичного потребления примерно 40–50% идет на производство электроэнергии как самого универсального продукта, ее можно расходовать на любые задачи. Вместе с тем, например, в российском центральном отоплении используется вода, подогреваемая мазутом или каким-то другим недорогим продуктом из ископаемого топлива. И только если людям все равно холодно, они включают электрические калориферы. А ведь с помощью ВИЭ на данный момент производят только электрическую энергию.
В мире доля электричества в общем объеме производства энергии растет. Теоретически можно вообще всю энергию делать электрической, просто в ряде случаев это будет экономически невыгодно. Но именно в России с ее гигантскими расстояниями и холодным климатом (для охлаждения электричество нужно, для обогрева нет) доля электроэнергии в общем объеме заметно ниже, чем в Европе, тогда как само энергопотребление на душу населения выше.
И, наконец, так ли оно нам нужно? Наша жизнь чрезвычайно сильно привязана к продажам ископаемого топлива. Доля углеводородов в ВВП страны колеблется в интервале 16–21%, а в формировании федерального бюджета отчисления от этой отрасли долгое время превышали 40% – лишь в 2023 г. снизилась до 28,3%. То есть победа ВИЭ в мировом масштабе России сейчас попросту невыгодна.
На темной стороне зеленого
Экономические причины есть не только у недоразвития «зеленой» энергетики, но и у ее семимильных шагов. И эта экономическая основа не всегда выглядит так уж симпатично.
Бизнесмен Алексей Сонк (нефтесервисная компания Majorpack) на встрече с молодыми предпринимателями в бизнес-акселераторе МФТИ четко сформулировал обратную сторону «зеленой повестки»:
«В Индии еще недавно дома топили коровьими лепешками, а сейчас топят природным газом. Это хорошо или плохо? Если смотреть на коровьи лепешки, то вроде бы хорошо, а если смотреть глазами Байдена, так это карбоновый след аж до Америки, поэтому это плохо. На самом же деле Америка и Европа просто искали способ остановить экономический рост Китая и Индии, потому что для США это напрямую ведет к проблемам».
И тут очень кстати пришлось глобальное потепление. Оно действительно существует, и антропогенный вклад в этот процесс тоже есть. А значит, есть и повод: заставить промышленность переходить на возобновляемые источники энергии и заодно нажать на конкурентов, использующих уголь или даже СПГ.
Таким образом была найдена политическая модель, способная приостановить рост Индии и Китая и одновременно попытаться решить проблему глобального потепления. США и Европа вынуждают производителей раскрывать свой углеродный след – и могут просто запретить закупку слишком «грязных» товаров. А поскольку «озеленение» производства – дело не дешевое, то себестоимость восточных товаров растет, а значит, повышается и конкурентоспособность товаров «западного» мира.
И еще один аспект. Когда мы говорим об энергетике на глобальном уровне, встает крайне деликатная проблема. Невозможно планировать потребление энергоресурсов без планирования численности населения.
В 1972 году неофициальный, но очень влиятельный Римский клуб опубликовал программный доклад «Пределы роста», прямо связавший исчерпание природных ресурсов и рост человеческой популяции. Сейчас, полвека спустя, мы идем по представленному там сценарию «Геологическая удача», где прогноз на 2100 год звучит так: «Пик с последующим бесконтрольным сокращением населения и резким спадом уровня жизни. Ограничение по продовольствию (голод)». В цифрах – население вырастет до 10–12 млрд человек, после чего из-за голода и войн за ресурсы сократится до 1–3 млрд человек.
Поэтому Алексей Сонк и делает логичный вывод: «Расчет Запада на то, что Восток, может быть, одумается и вернется к политике демографического сдерживания. Сегодня Китай и Индия не могут себе позволить этого: экономически активное население в Китае должно расти, чтобы сохранялся экономический рост. Если они сейчас остановятся, то у них возникнут тяжелые социальные обязательства перед старшим поколением».
С ВИЭ в огонь и воду
Все мы знаем, чем опасна атомная энергия. Но последствия аварий на «зеленых» объектах тоже, к сожалению, бывают весьма масштабными. При этом таких объектов по всему миру в тысячи раз больше, чем АЭС.
Авария на крупной ГЭС по масштабам будет сравнима с Фукусимой. Вспомним разрушение Каховской станции и его последствия. И это при том, что региону в какой-то мере «повезло», многие люди уже были эвакуированы из района боевых действий, иначе число жертв исчислялось бы многими тысячами. Сейчас в плачевном состоянии находится ГЭС Кариба в Замбии на реке Замбези – если плотину прорвет, большинство из трех миллионов человек, живущих в окрестностях водохранилища, погибнут или как минимум лишатся имущества и урожая.
Ветряки – это гигантские вертикальные сооружения в чистом поле, то есть априори пожароопасные объекты. В Голландии, например, электрики погибли при пожаре на 100-метровом ветряке: во время ремонта случилось возгорание, людей не смогли снять. Еще более разрушительными могут стать пожары на ветряных станциях в крупной стране с малым числом осадков.
Кирилл Дегтярёв рассказал нам еще об одной недавней истории. В той же Голландии загорелся склад с опасными химическими материалами. Крыша склада была покрыта солнечными панелями. Произошел взрыв, осколки панелей разбросало на несколько километров вокруг. Территорию признали зараженной, фермерам запретили выпускать коров на пастбища.
В интересной работе норвежца Отто Андерсона «Неожиданные последствия возобновляемой энергетики» (Unintended Consequences of Renewable Energy) приводится и вовсе невероятный пример того, как погоня за использованием биотоплива привела не к снижению, а к увеличению углеродного следа. Сырье для производства биотоплива – пальмовое масло – производили в Индонезии. Плантациям нужны территории, и для пальм уничтожили естественную лесоболотную экосистему, которая поглощала углерод. В результате удар по местному климату оказался даже сильнее, чем экономия на выбросах в развитых странах, которые это биотопливо покупали и использовали.
Так что опасностей у «зеленой» энергетики хоть отбавляй.
А что там в будущем?
У распространения энергии из возобновляемых источников есть три главных аспекта: экологический, экономический и футуристический. И без понимания третьего нельзя полноценно понять, что происходит с первыми двумя.
Вновь дадим слово Кириллу Дегтярёву: «Если говорить о какой-то долгосрочной тенденции, я думаю, что до середины XXI века потребность в ископаемых углеводородах никуда не денется. А дальше уже сложно планировать. Помимо возобновляемой энергетики, есть еще технологические вещи: а вдруг что-то получится со свободным водородом? Или вдруг все-таки освоят управляемые термоядерные системы? Или начнется развитие новой термоэнергетики, ренессанс в атомной энергетике?»
Беда в том, что в мире сейчас просто нет влиятельных сил, реально заботящихся о том, что будет на планете хотя бы через сто лет. В этом есть своя логика: зачем готовиться к тому, чего может и не быть? Булгаковский персонаж в несколько утрированной форме сформулировал эту проблему почти век назад: «Для того, чтобы управлять, нужно, как-никак, иметь точный план на некоторый, хоть сколько-нибудь приличный срок. Позвольте же вас спросить, как же может управлять человек, если он не только лишен возможности составить какой-нибудь план хотя бы на смехотворно короткий срок, ну, лет, скажем, в тысячу, но не может ручаться даже за свой собственный завтрашний день?»
В какой-то степени будущее формирует только неторопливый Китай, где действительно принято мыслить если и не тысячелетиями, конечно, но уж точно не пятилетками. В остальном же мире логика такая: есть нефть, газ и уголь – вот они, все уже отлажено. Говорили, что, если бы прогнозы об исчерпании углеводородов сбылись, мир бы очень быстро перешел на иную – и практически наверняка возобновляемую – энергию. Но вот пришла реальная проверка, когда европейцы выключили себе санкциями российские нефть и газ – и они заменили их не ветряками, а… углем.
«Мы с коллегами взялись как-то подсчитать, во сколько может обойтись человечеству достижение углеродной нейтральности к 2050-60 году – рассказывает Кирилл Дегтярёв. – И вышли на величину около 100 триллионов долларов инвестиций, в которых на долю России придется пять-шесть триллионов долларов, то есть пятьсот-шестьсот триллионов рублей (прим.ред.: годовой ВВП России не превышает двух триллионов долларов). Эти показатели примерно совпадают с теми, которые называют и в аналитических агентствах. Весь мир заплатит за это, от всех потребуется увеличение инвестиций в топливно-энергетический комплекс в два-три раза по сравнению с нынешним уровнем. Возможно ли это? Ответ лежит не в экономической, а в политической плоскости».
Остается добавить, что «заплатят за все» в первую очередь рядовые жители планеты – особенно из стран, где возобновляемая энергия по той или иной причине достаточно дорога.
Между тем нефть никуда не делась, ее доказанные запасы с каждым годом растут, причем быстрее всего – в России. Кирилл Дегтярёв вспоминает слова известного энергетика Владимира Клименко, говорившего примерно следующее:
«Я работаю в энергетике уже лет 40, наверное. И вот все эти 40 лет я слышу, что нефти осталось на 30 лет. Я 40 лет назад слышал про 30 лет, я сейчас слышу про 30 лет».
Исходя из этих фактов, наверное, и нужно понимать все происходящее.
Михаил Мельников
P.S. от автора: Не хотелось бы, чтобы этот текст был воспринят как направленный против альтернативной энергетики. Безусловно, лучше получать энергию от солнца, ветра, водорода и урана, чем сжигать топливо, будь оно углем, нефтью или мазутом. Но усиленное внедрение замены одних видов топлива другими несет в себе не только экологический, но и политико-экономический аспект, направленный, в том числе, и против России. И об этом не стоит забывать.
Изображение на обложке: Freepik
