Слишком устойчивый баланс: нужна ли России трансформация электроэнергетики
Глобальный спрос на электроэнергию в ближайшие пять будет расти на 3,6% в год, следует из февральского прогноза Международного энергетического агентства. Это на 50% выше по сравнению со средним показателем за предыдущее десятилетие. «Электричество становится ключевым энергоресурсом для самых динамичных отраслей мировой экономики, включая искусственный интеллект и высокотехнологичное производство», – говорится в МЭА.
Некоторые эксперты уже предрекают планете энергетический кризис из-за бурного развития энергоемких центров обработки данных. Дата-центры, прежде всего для ИИ, – новые потребители энергии, они ускоряют спрос на нее по экспоненте. Рост потребления энергии неизбежно вызовет и перераспределение ее источников, то есть изменения в структуре энергобалансов, и увеличение межтопливной конкуренции. Фаворитами станут чистые источники, но полный переход на них в ближайшее десятилетие невозможен, да и вряд ли нужен. Каждая страна будет исходить из исторически сложившихся особенностей своей энергогенерации. Сдвиги произойдут и в российской энергетике с учетом требований времени: уменьшения негативного воздействия на окружающую среду и повышения энергоэффективности.
Перефразируя Толстого, все государства имеют оптимальный энергобаланс, в каждой стране он неоптимален по-своему. Если исключить форс-мажоры вроде войн и стихийных бедствий, то в нормальных условиях дефицита энергии нет нигде. Богатые на ресурсы страны экспортируют электроэнергию и энергоносители, а те, кому не хватает, могут их докупить. Глобальный энергорынок, начав формироваться пару столетий назад, продолжает эволюционировать. Сначала возник рынок угля, потом – нефти, газа, а в ближайшие годы, вероятно, добавится рынок водорода и других источников, в первую очередь низкоуглеродных, то есть чистых.
Первичные энергоносители делят на возобновляемые и невозобновляемые, на углеродные (при сгорании выделяется CO) или безуглеродные. Эти классы не совпадают. Например, энергия АЭС безуглеродная, но невозобновляемая, а биомасса – углеродная, но возобновляемая. У каждого энергоресурса есть плюсы и минусы, связанные с экологичностью и стоимостью. Согласно одному из сценариев прогноза Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году в мире по-прежнему будут доминировать ископаемые топлива – нефть (28%), газ (25%) и уголь (19%). На долю солнечной, ветряной и биоэнергетики придется 19%, атомной – 5%, гидроэнергетики – 4%. При этом в отдельных странах в разное время могут быть перекосы к одному источнику (вплоть до 100%).
[embed]https://profile.ru/abroad/dzhekpot-gajany-gadkij-utenok-prev...[/embed]
Каждое государство использует в первую очередь энергоресурс, которого у него много. Например, регион Персидского залива полагается на продукты переработки нефти. Парадоксально, но в этих богатых нефтью странах невелики запасы газа. Исключения – Катар, Иран и Ирак, где есть и то, и другое. Саудовская Аравия, Кувейт, ОАЭ или Бахрейн производят недостаточно газа; почти весь он – побочный продукт добычи черного золота. Гидроэнергетика в большинстве монархий Персидского залива отсутствует по географическим причинам: нет рек (исключения – Иран и Ирак, но там гидроэнергетика не прижилась). Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) используются мало, а атомная отрасль только формируется.
В Южной Америке другой перекос. Нефть добывают Бразилия, Эквадор, Венесуэла и с недавних пор Гайана. Наращивает добычу нефти и газа и делает попытки экспорта Аргентина. В Бразилии нефтегазовое производство растет, в Эквадоре – падает, но в среднем континент на подъеме. Добыча минус экспорт, минус производство моторных топлив и удовлетворение потребностей химии – это и есть те нефть и газ, что остаются для энергетики. Доля угля в общем объеме производства невысока, однако в регионе хорошо развита гидроэнергетика. В частности, Парагвай 99,7% энергии получает от ГЭС, Бразилия – 71%.
«Гидрозависимые» государства есть и в Европе. Допустим, Норвегия, крупная нефтегазовая страна, до 90% энергии производит на малых ГЭС, а нефть и газ экспортирует. Что касается атомной энергетики, то она распространена крайне неравномерно: если во Франции доля составляет 64,8% (было до 80%), в Словакии – 61,3%, в Венгрии – 48,8%, то у более чем 20 стран Евросоюза АЭС нет вообще.
Энергобаланс государства – это уравнение с такими переменными, как доступность энергоресурсов, стоимость их производства или импорта, географические особенности, политика, экономика, экология, да и просто традиции. Один фактор может противоречить другому. Так, страны Европы сделали ставку на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) еще тогда, когда они были дорогими, и не прогадали: сегодня некоторые ветряные станции производят энергию дешевле, чем угольные.
В этой пестрой картине региональных диспропорций российский баланс достаточно ровный. Но не идеальный.
Профиль нашей страны нефтегазовый, так сложилось исторически. Отечественной «нефтянке» полтора века. Впрочем, американской тоже. Центры добычи на Каспии (компания братьев Нобель) и в Пенсильвании (Standard Oil Рокфеллера) – вот, собственно, и всё, что было в мире к концу XIX века. В советское время началось освоение месторождений в Поволжье, затем в Западной Сибири, где в 1970-х сформировался центр добычи углеводородов.
[embed]https://profile.ru/economy/pravo-i-obyazannost-pochemu-inves...[/embed]
Газ сибирских месторождений стал главным топливом российской энергетики – на него приходится около 40% (электрогенерация плюс выработка энергии и тепла на одной станции). Второй источник – уголь (14%). Нефть в энергобалансе играет скромную роль: электростанции на мазуте «грязные», а дизтопливо для генерации в большом масштабе дорого. В целом наша энергетика – это про ископаемые топлива. Газ, уголь и нефтепродукты в ней доминируют с долей примерно 60%. Следующими по значимости источниками являются АЭС и ГЭС – 20 и 17% соответственно. Доля ВИЭ скромная – меньше 2%. Еще 1% приходится на биоэнергетику.
Высокая зависимость энергетики РФ от газа – это данность, определенная природой. По запасам газа мы номер один в мире с 47,8 трлн кубометров. Затем следуют Иран (33,4 трлн кубометров) и Катар (24,8 трлн кубометров). Более наглядным будет сравнить объемы добычи. Здесь мы с 680 млрд кубометров газа в год занимаем второе место в мире. На первом – с большим отрывом США – 1,35 трлн кубометров, замыкает тройку лидеров Иран – 260 млрд кубических метров. При этом Россия производит газа больше, чем такие страны из первой десятки, как Австралия, Канада и Норвегия вместе взятые. Для сравнения: в большинстве государств, относящих себя к газовым, добыча варьируется в диапазоне 30–80 млрд кубометров.
На экспорт Россия направляет четверть газа, до 160 млрд кубометров. На внутреннем рынке, следовательно, остается 520 млрд для всех категорий получателей. Население потребляет, как и везде, немного – порядка 10%. Около 50% газа поступает для электро- и теплогенерации, остальные 40% выбирает промышленность (химия, металлургия, производство цемента и удобрений и прочее). На газе (и на угле) как источнике топлива для производства электроэнергии работают ГРЭС (государственные районные электростанции; исторически сложившийся термин) и ТЭЦ (теплоэлектроцентрали). Последние располагают вблизи крупных жилых районов и предприятий, поскольку с расстоянием сильно возрастают потери на теплотрассах. В РФ порядка 860 ГРЭС и примерно вдвое больше ТЭЦ.
Оборотной стороной высокой доли газа в энергетике стало меньшее развитие других видов энергогенерации. ГЭС удобно строить на крупных сибирских реках, но от них далеко до потребителей, а переброска энергии связана с потерями. АЭС в России много – 11 единиц с 35 блоками. Их энергия чистая, выбросов ноль. Но, как обычно, без минусов не обходится: атомные электростанции очень инертны, долго выходят на мощность и так же долго ее снижают. Потребление же энергии циклично внутри суток, поэтому в ночные часы часть выработки АЭС оказывается избыточной.
Второй минус газовой зависимости – слишком поздний и нерешительный выход на рынок ВИЭ: в них попросту не было смысла. К тому же фотоэлектропанели (солнечные батареи) и ветряки поначалу обходились слишком дорого. Когда они подешевели, Россия начала возводить объекты ВИЭ-генерации, однако это уже игра в догонялки с лидерами – Китаем и ЕС. Впрочем, поздний старт – не значит проигрыш.
[caption id="attachment_1821376" align="aligncenter" width="1200"] Транспортировка лопасти ветряной электростанции в Калининградской области[/caption]
Газ – самое чистое топливо из ископаемых, но не безвредное для природы: как и при любом процессе горения, образуется CO, зато нет оксидов серы и азота. Их дают при сжигании нефтепродукты, а при потреблении угля в дополнение к оксидам образуются твердые частицы. Новые источники энергии должны быть без «хвоста» из твердых частиц и оксидов, а в идеале и без CO. Выбор велик: атом, солнце, ветер, водород, да и гидроэнергетику тоже можно считать экологически чистой. Есть и ресурсы, которые в России используются только в отдельных регионах: например, на Камчатке прижилась геотермальная энергетика.
[embed]https://profile.ru/society/zelenyj-imperativ-razvitie-chisto...[/embed]
Вариантов диверсификации немало. Они не запредельно дорогие, да и технологии имеются. Наиболее привлекательными для внедрения новшеств выглядят ТИТЭС – технологически изолированные территориальные энергосистемы. Это зоны, которые технически сложно или экономически нецелесообразно подключать к единой сети. В России пять ТИТЭС – Камчатский край, Магаданская и Сахалинская области, Чукотский АО и Норильско-Таймырская (Красноярский край). Из всего веера возможностей, в том числе в ТИТЭС, ограничимся перечислением самых оригинальных.
22 мая 2020 года в порту Певек на Чукотке введена в эксплуатацию плавучая атомная электростанция (ПАЭС) «Академик Ломоносов». В российских СМИ ее иногда называют первой в мире, но это не так. Первая ПАЭС Sturgis мощностью 10 МВт была американской. В 1968–1975 годах она обеспечивала энергией шлюзы Панамского канала, пока не было способов перебрасывать энергию по проводам из соседних стран. Когда необходимость отпала, Sturgis демонтировали. Больше ни в США, ни в других странах плавучих АЭС не строили – только в России.
ПАЭС «Академик Ломоносов» – самая северная атомная станция на планете. Ее электрическая мощность 70 МВт, то есть в семь раз больше, чем было у Sturgis. «Ломоносов» дает электрическую и тепловую энергию, а также опресняет морскую воду – до 240 тыс. кубометров в сутки. Певек – город небольшой, его население чуть больше 4 тыс. человек, но порт Певек имеет федеральное значение: это один из опорных пунктов Севморпути. Чукотка – типичный пример ТИТЭС. Ее географическая изоляция означает и энергетическую. В регионе работают горнорудные предприятия, в том числе по добыче золота, есть запасы олова, ртути, угля – их месторождения требуют доразведки.
С 1974 года ТИТЭС Чукотки снабжалась энергией и теплом Билибинской АЭС. Она выработала ресурс и закрыта 31 декабря 2025-го. Ее и заменил «Ломоносов». Новая станция важна, помимо прочего, тем, что позволила обкатать подобные конструкции в условиях Арктики. Опыт может быть тиражирован по всему арктическому побережью, но не только. Гибкое решение мобильных АЭС средней мощности может быть востребовано и на зарубежных рынках. Места для ПАЭС – промышленные центры с недостаточным энергоснабжением. Важное условие: они должны быть на побережье или недалеко от него.
Экономика ПАЭС – предмет дискуссий. Еще при обсуждении проекта в 2007 году бывший в то время главой Минэкономразвития Герман Греф : «Стоимость одного киловатта установленной мощности плавучей атомной станции – $7200. Это никогда не окупится. Это в семь раз выше, чем в теплогенерации». Да, если говорить об условиях центральных регионов, куда подходят трубопроводы, есть дороги и много потребителей, то это справедливо. Но мы обсуждаем ТИТЭС – в них дорогая энергия лучше, чем никакой.
[caption id="attachment_1821375" align="aligncenter" width="1200"] Плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов»[/caption]
Солнечная энергетика в России может развиваться ограниченно, с географической привязкой. На большей части страны велика разница между световым днем летом и зимой. Накапливать энергию в аккумуляторах непросто даже на часы вперед. В регионах, где день длится зимой 3–4 часа или его нет вообще, хранить энергию на месяцы вперед запретительно дорого. Ставить фотоэлектропанели имеет смысл только в местах с небольшой сезонной разницей светового дня – это Северный Кавказ, Крым и, возможно, Южный Урал. Чем южнее, тем лучше. Поэтому, кстати, внедрение солнечных электростанций прежде всего растет в Китае, Южной Европе и на Ближнем Востоке.
[embed]https://profile.ru/scitech/konkurentnoe-preimushhestvo-poche...[/embed]
У ветряной энергетики в России будущее выглядит лучше, чем у солнечной. Ветроэнергетический потенциал составляет 260 млрд кВт⋅ч в год – в 50 раз больше, чем сегодня используется. Региональной привязки для ветрогенерации нет, ветры стабильны и в степях, и в тундре. Сдерживает ее развитие высокая зависимость от поставок из-за рубежа: лопасти, мачты, генераторы – всё это почти монополизировал Китай. Свое оборудование в РФ уже производится, но до насыщения рынка и полного импортозамещения требуется время.
Водородная энергетика – очень перспективно, но глобального рынка пока нет, он лишь формируется. Тем не менее активно развивать проекты водородной энергетики необходимо уже сейчас, чтобы не пропустить бум, как это произошло с другими ВИЭ. Получать водород можно разными способами и из разного сырья. Для нашей газовой страны логично производить голубой водород из метана прямо на месторождениях. Чтобы он был голубым, а не серым, образующийся углекислый газ надо улавливать и закачивать в пласт. Технологии есть, сырья в избытке, ну а рынок подтянется.
Приливные электростанции (ПЭС) – звучит красиво, но с коммерческой точки зрения они почти бесполезны. Приливы-отливы кажутся бесплатным и вечным источником энергии, однако для получения масштабного эффекта требуются крупные инвестиции и множество разрешений. Единственная ПЭС в России – это Кислогубская станция в поселке Ура-Губа Мурманской области, на берегу Баренцева моря. Ее мощность скромная – 1,7 МВт. Стартовала в 1968 году, законсервирована в 1994-м и вновь запущена в 2007-м. Десять лет назад Кислогубской ПЭС присвоен статус памятника науки и техники Российской Федерации. Кроме того, с 1980-х обсуждается проект возведения гигантской Пенжинской ПЭС на Камчатке мощностью до 108,5 ГВт. Сроки постоянно сдвигаются, суммы инвестиций разнятся, но даже по минимуму измеряются в числах с девятью нулями. В долларах. Но главное – зачем Камчатке столько гигаватт, если ей сейчас почти хватает 483 МВт?
Немцы говорят: «Сэкономил – значит, заработал». Для энергетики Евросоюза утверждение справедливо: в 2024 году промпроизводство в ЕС сократилось на 2,4%, а потребление электроэнергии – на 7,7%. Почему цифры не совпадают и как получилось, что энергопотребление снизилось в 3,2 раза сильнее, чем производство? Ответ в одном слове: энергоэффективность. Это значит, что на единицу выработанной продукции теперь требуется меньше энергии (условного топлива), чем раньше.
В нашей стране иначе. По на 2025 год, в России темпы сокращения энергоемкости ВВП отстают от среднемировых в три раза. С 2016-го она снижалась в среднем на 0,53% в год, а с 2020-го стала, наоборот, расти. Иначе говоря, в производстве и в быту мы расходуем все больше энергии при тех же результатах.
Низкая энергоэффективность – один из минусов, напрямую связанных с газовой энергетикой, ведь складывается ощущение, что топливо можно жечь бесконечно. Согласно утвержденной правительством Энергостратегии до 2050 года, запасов природного газа хватит нашей стране на 100 лет при текущем уровне добычи. Между тем газ – не только топливо для энергетики, но и сырье для нефтехимии и производства удобрений, а в перспективе и водорода. Чем больше газа сжигаем на электростанциях, тем сильнее ограничиваем себя в производственном маневре в будущем.
Повысить энергоэффективность проще всего увеличением КПД электростанций и оборудования во всех производственных циклах. Реализовать это можно только при условии разработки турбин, двигателей и станков, которые потребляют меньше энергии. Такие есть на Западе, но нам нужны свои, поэтому импортозамещение – задача хотя и сложная, однако в контексте энергоэффективности важнейшая. Ну а бонусом пойдет сохранение ископаемых топлив и снижение негативного влияния на климат.