Парадоксальный рост выбросов СО2 в электроэнергетике с ростом ВИЭ обычно объясняется более быстрым ростом общего потребления энергии по сравнению со скоростью прироста мощностей ВИЭ. Но на самом деле увеличение доли ВИЭ не приводит к адекватному снижению выбросов, а то и наоборот – приводит к их росту.
На графике выбросы СО2 в миллионах тонн для разных регионов. Все 30 лет идет рост выбросов (кроме 2020 года, на который пришлись локдауны).
Источник: https://yearbook.enerdata.ru/co2/emissions-co2-data-from-fuel-combustion.html
В ЕС с 2000 по 2020 год доля ВИЭ (без учета гидроэлектростанций) в суммарном объеме установленной мощности выросла с 4% до 40%. Доля угольной генерации снизилась более чем на треть, доля газовой генерации выросла на треть, при этом выбросы СО2 от газа в 2–2,5 раза меньше, чем от угля. А из графика видно, что суммарные выбросы СО2 в Европе снизились только на 30%.
Одна из существенных причин неадекватного снижения выбросов – следствие прерывистого характера ветровой и солнечной генерации, провалы которой вынуждена компенсировать неоптимальная работа газовой и угольной генерации. Приведем примерную оценку.
Допустим, установленная мощность ветрогенерации равна 100% необходимой мощности для снабжения потребителей. Но коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) ветровых турбин в среднем за год не превышает 40%. Значит, в 60% необходимой мощности должны выдавать газовые турбины и угольные котлы. Сделаем оценку только для газовых турбин.
Время выхода на режим газовой турбины – около 15 минут. Время выхода на режим парового котла – до 4 часов. Поэтому в режиме «пуск-стоп» невозможно использовать парогазовые установки (ПГУ), когда за турбиной устанавливают паровой котел, нагреваемый выходящими из турбины газами.
КПД ПГУ – до 60%, КПД автономной газовой турбины – до 35%.
Примем условно необходимый объем генерации за 100 единиц. Тогда для генерации 60 единиц (доля газовой генерации) потребуется для ПГУ: 60/0,35 = 171 единица энергии, содержащаяся в газе.
Если бы генерация на 100% обеспечивалась газом, и мы могли использовать ПГУ с КПД 60%, нам бы потребовалось 100/0,60 = 166 единиц имеющейся в газе энергии. То есть даже немного меньше, чем когда 40% энергии обеспечивают ветровые турбины.
Если считать все составляющие, то прежде всего надо учесть, что на изготовление газовой турбины идет примерно в 120 раз (!) меньше материала, чем на эквивалентный по мощности ветрогенератор. А любой материал – затраты энергии. Сейчас сосредоточенная на СО2 Европа импортирует энергию в виде товаров из Китая. Там за счет угольной генерации китайцы делают продукцию для всего мира, выбрасывая треть мирового СО2. Показатели Китая:
- 65% об общей генерации вырабатывается из угля;
- Китай потребляет 53% мирового объема угля, 4,7% рост добычи угля г/г;
- в 2021 году Китай обеспечил около половины глобального роста спроса на электроэнергию – 10% г/г;
- рост экспорта Китая в 2021 году – 21,4% г/г.
Жители западных стран все чаще задают себе естественный вопрос: какой смысл в экспорте выбросов СО2 из Европы и США в Китай в обмен на импорт произведенных там с помощью угля товаров с точки зрения борьбы с выбросами в мировом масштабе?
Выбросы СО2 в 2020 году, млн тонн
Источник: https://yearbook.enerdata.ru/co2/emissions-co2-data-from-fuel-combustion.html
Можно вообразить попытку обеспечить за счет ветряков и панелей 100-процентное энергоснабжение в течение года, тогда мощность ВИЭ должна в 2,5 раза превышать пиковую мощность энергопотребления. Увы, это тоже не получится, потому что надо компенсировать провалы в генерации ВИЭ. В Великобритании, например, в прошлом году ветроэнергетика в течение 22% времени производила менее 10% от КИУМ, и 9% времени – меньше 5% от КИУМ. Фактически резервирование ВИЭ за счет газа и угля должно быть 100%.
Необходимость резервирования резко увеличивает стоимость электроэнергии, так как надо поддерживать в рабочем состоянии резервные угольные и газовые мощности и сопутствующую инфраструктуру (системы отопления, водоснабжения, дороги, здания, электросети), платить налоги и зарплату персоналу. Отметим еще одну деталь: практика эксплуатации показывает, что из всего числа повреждений и отказов котельных агрегатов, турбин и вспомогательного теплосилового оборудования электростанций более 50% возникает при пусках и остановках энергооборудования.
Неудивительно, что стоимость электроэнергии растет. Индекс цен МЭА для основных оптовых рынков электроэнергии, указано в докладе, почти удвоился по сравнению с 2020 годом и вырос на 64% по сравнению со средним показателем 2016–2020 годов. В Европе средние оптовые цены на электроэнергию в четвертом квартале 2021 года были более чем в четыре раза (!) выше среднего показателя 2015–2020 годов. При доле газовой генерации в Европе в 20% даже имевший место пятикратный рост цен на газ не мог дать четырехкратного роста цены электроэнергии, максимум в два раза.
По оценкам Bank of America, европейские домохозяйства в 2021 году платили за электроэнергию в среднем на 54% больше, чем в 2020 году. В 2022 электроэнергия для населения вырастет еще процентов на 50, а на некоторых тарифах в три раза.
Примечание: Индекс цен объединяет изменения оптовых цен на электроэнергию по изображенным регионам. Он рассчитывается как взвешенное по спросу скользящее среднее значение соответствующих текущих и предыдущих индексированных цен за три квартала на изображенных оптовых рынках электроэнергии. Цены для Австралии и Соединенных Штатов рассчитываются как средневзвешенное значение спроса по всем региональным рынкам.
Все в мире измеряется энергией (существуют даже предложения перейти на мировую «энергетическую валюту»), поэтому рост цен на энергию, как и на любой товар, прямо связан с расходом энергии на получение этого товара, в данном случае энергии.
Показательный пример. В России мощность от ВИЭ в рамках механизма ДПМ (договор о предоставлении мощности) оплачивается по повышенному тарифу – до 7,5 раз выше по сравнению с регулируемым оптовым рынком. Уникальный механизм ДПМ позволяет владельцам ВИЭ получают гарантированный государством базовый доход на инвестиции в размере 12% в независимости от реальной поставки энергии: дует или не дует ветер, светит или не светит солнце – средства на счет инвестора поступают в течение 15 лет.
Весной прошлого года, когда обсуждалась программа развития ВИЭ на 2025–2035 годы, энергетики поставили ультиматум: либо сокращайте строительство ВИЭ, либо мы не сможем выдержать цены на уровне инфляции. Правительству пришлось на треть сократить финансирование ВИЭ под гул голосов всех желающих подключиться к бюджетной «золотой жиле» с проектами: возобновляемой энергии, водородными, геотермальными, приливными и всеми прочими «зелеными пиявками».
Комментируя обзор, глава МЭА Фатих Бироль вынужден констатировать: «Выбросы от электроэнергии должны сократиться на 55% к 2030 году, чтобы соответствовать нашему сценарию чистых нулевых выбросов к 2050 году, но в отсутствие серьезных политических действий со стороны правительств эти выбросы останутся примерно на том же уровне в течение следующих трех лет». Что ж, так оно и есть: больше ВИЭ – больше выбросов СО2, выше цена на электроэнергию.
Выбросы СО2 выросли в 2021 году, когда угольная генерация в мире увеличилась на 9%, обслуживая более половины прироста спроса, тогда как газовая генерация выросла только на 2%, атомная – на 3,5%.
В докладе МЭА прогнозируется дальнейший рост спроса на электроэнергию в 2022–2024 годах – в среднем на 2,7% в год, ВИЭ будут расти в среднем на 8% в год, обслуживая более 90% роста чистого спроса в течение этого периода. Атомная генерация будет расти на 1%, газовая генерация – также примерно на 1%. Об угле в докладе осторожно замечается «спрос на уголь вполне может достичь нового рекордного максимума в ближайшие два года».
Политики могут обещать избавиться угля, что они и делали на СОР26, но экономике и населению требуется дешевое топливо, а дешевле угля ничего на свете нет.