Возобновляемые источники энергии: виды, особенности и производство в России

Экологическая повестка и общемировой тренд на декарбонизацию диктуют новые правила ведения бизнеса для традиционных рынков углеводородов. В условиях прогрессирующего глобального потепления и загрязнения окружающей среды все чаще звучат призывы отказаться от «грязных» нефти, угля и газа в пользу возобновляемых источников энергии (ВИЭ): ветра, солнца, воды, тепловой энергии недр Земли и биотоплива. Как используется «зеленая» энергетика в промышленности, в чем преимущества и недостатки каждого вида ВИЭ и каковы реалии и прогнозы развития этого сектора в России, читайте в материале РИАМО.

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика преобразует энергию ветра в электрическую с помощью ветрогенератора. Ветрогенераторы бывают наземными и установленными в море в прибрежных зонах. Последние наиболее выгодны для производства энергии, поскольку скорость ветра в море гораздо больше, чем на суше. Однако морские турбины дороже устанавливать и обслуживать.

По объему генерации среди ВИЭ ветроэнергетика занимает первое место, если не учитывать гидроэнергетику. Она стала главным источником новых мощностей в Европе, США и Канаде и вторым по величине в Китае.

Как утверждает Международное энергетическое агентство (МЭА), во всем мире долгосрочный технический потенциал энергии ветра в пять раз превышает общее текущее мировое производство энергии.

Альтернативные источники энергии – угроза для сырьевой экономики или несбыточная мечта?>>

Солнечная энергетика

Этот вид энергетики преобразует электромагнитное солнечное излучение в электрическую или тепловую энергию. Энергию солнца можно получить двумя способами: с помощью солнечных панелей, работающих на явлении внутреннего фотоэффекта, и концентрированных солнечных тепловых систем (CSP), где энергия используется для превращения воды в пар и последующего его преобразования в электричество.

Плюсы солнечной энергии – это доступность и неисчерпаемость, а также безопасность для окружающей среды.

Минусы использования солнечной энергетики:

• зависимость от погоды и времени суток,
• сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки и потребности в энергии,
• при промышленном производстве – необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности,
• высокая стоимость конструкций, связанная с применением редких элементов, например, индия и теллура,
• нагрев атмосферы над электростанцией,
• сложность производства и утилизации фотоэлементов из-за содержания в них ядовитых веществ.

Солнечная энергетика – самый быстрорастущий сегмент ВИЭ. Если 10 лет назад на долю солнечной энергии приходилось менее 1% мощностей в мировой электрогенерации, то в конце 2019 года, по оценкам МЭА, – уже 9%. По прогнозам агентства, к 2040 году эта доля увеличится до 24%, а к 2030 году солнечная электроэнергия догонит ветровую по объемам генерации.

Гидроэнергетика

На этих электростанциях используется потенциальная энергия водного потока. ГЭС обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Используют и кинетическую энергию водного потока на свободнопоточных, бесплотинных ГЭС.

Гидроэнергетика имеет свои особенности:

1. Себестоимость электроэнергии на ГЭС намного ниже, чем на всех иных видах электростанций;
2. Генераторы ГЭС быстро включаются и выключаются в зависимости от масштабов потребления энергии;
3. ГЭС меньше воздействуют на воздушную среду по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе;
4. Строительство ГЭС обычно очень капиталоемкое;
5. Зачастую эффективные ГЭС удалены от потребителей, что приводит к дополнительным затратам на транспортировку электроэнергии.

Как полагает МЭА, расти этот сектор будет медленнее ветряной и солнечной генерации, но к 2040 году все еще будет их опережать по объемам.

Геотермальная энергетика

Это направление энергетики, основанное на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии, а также для отопления и горячего водоснабжения. Геотермальная энергетика чаще всего используется в вулканических зонах, например в Исландии, Новой Зеландии, Японии. Крупнейший ее производитель – США.

Главный плюс геотермальной энергии – ее неисчерпаемость и абсолютная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года, чего нельзя сказать о других отраслях ВИЭ.

К недостаткам можно отнести:

• ограниченность мест, пригодных для постройки электростанций,
• большие расходы на строительство,
• риск прекращения работы в силу естественных изменений в земной коре, повышенной сейсмической активности или превышения нормы закачки воды в породу,
• опасность выделения через скважину токсичных газов или минералов, находящихся в породах земной коры.

Биоэнергетика

Этот сектор «зеленой» энергетики предполагает производство энергии из биотоплива, полученного в результате переработки биологических отходов. В настоящее время есть также проект, направленный на получение биотоплива из целлюлозы, но он находится на стадии разработки.

Выделяют три вида биотоплива: твердое (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга, торф), жидкое – для двигателей внутреннего сгорания (биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир, биодизель) и газообразное (биогаз, биоводород, метан).

Почему «зеленая» энергетика популярна

Экологичность

Экологичность – одно из ключевых преимуществ ВИЭ. «Зеленая» энергетика не выделяет углекислый газ, который способствует глобальному потеплению, и не загрязняет окружающую среду. Переход на ВИЭ призван улучшить здоровье населения и сократить преждевременную смертность от загрязнения.

Энергетическая независимость

Использование ВИЭ значительно уменьшает зависимость стран от импорта традиционных энергоресурсов – нефти и газа. В нынешней геополитической обстановке этот вопрос особенно остро стоит в Евросоюзе, который стремится достичь полного энергетического суверенитета от поставок российских энергоносителей за счет развития «зеленой» энергетики.

Доступность

С развитием технологий эффективность выработки ВИЭ увеличивается, а себестоимость уменьшается. Благодаря высокой доступности энергии солнца и ветра эта отрасль становится все более привлекательной и перспективной для коммерческого использования.

Сценарий устойчивого развития (SDS)

Это план, разработанный с целью трансформации мировой энергетической системы в соответствии с Парижским соглашением по климату, принятым по итогам 21-й конференции Рамочной конвенции ООН об изменении климата в 2015 году. Его цель – удерживать рост средней мировой температуры на уровне ниже 2 °C по сравнению с доиндустриальным периодом и прилагать усилия для снижения этого показателя до 1,5 °C. Сценарий описывает, какими способами можно достичь этой цели. Если дальнейшее развитие энергетики пойдет по этому плану, то возобновляемые источники энергии получат много инвестиций.

Возобновляемая энергетика в России: текущая статистика и прогноз

В России, по данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), к началу 2023 года доля ВИЭ-генерации достигла 2,3% от общей мощности энергосистемы страны.

На сегодняшний день производством ВИЭ в России занимаются такие компании, как «Русгидро» (гидроэнергетика), ПАО «ЭЛ5-Энерго» (ветроэнегретика), «Лукойл» (ГЭС, ВЭС, СЭС), «Газпром-нефть» (ветропарк и геотермальные системы). Менее масштабные проекты в этой сфере есть также у «Газпрома», «Татнефти» и «Роснефти».

В 2020 году агентство RenEn опубликовало исследование «Российская отрасль ВИЭ в международных сравнениях. Солнечная и ветровая энергетика», которое до сих пор не потеряло своей актуальности. В нем сообщается, что Россия входит в первую мировую пятерку крупнейших производителей электроэнергии (вместе с Китаем, США, Индией и Японией), но при этом в десятки раз отстает от других участников пятерки по установленной мощности солнечной и ветровой энергетики. Планы развития солнечной и ветровой энергетики в Российской Федерации являются самыми скромными среди всех сколько-нибудь заметных на экономической карте мира стран, заявляет агентство.

В случае успешной реализации первой программы ДПМ ВИЭ (стимулирование развития ВИЭ-генерации в России за счет гарантированной оплаты мощности по договору, заключенному с владельцем электростанции – прим. ред.), к 2024 году Россия, вероятно, будет находиться лишь в четвертом, а, возможно, и в пятом десятке стран по установленной мощности солнечных и ветровых электростанций, прогнозирует RenEn. Масштаб сектора ВИЭ в России (даже с учетом планов развития до 2035 года) – это «уровень малых стран», оценивают эксперты.

«Торможение развития ВИЭ в России неверными регуляторными решениями (к каковым можно отнести, например, снижение ранее оговоренных минимальных объемов поддержки) может привести к частичной утрате наработанных промышленных компетенций, что с учетом громадного значения солнечной и ветровой энергетики в мировой экономике отрицательно скажется на глобальной конкурентоспособности страны», – делает вывод агентство.