Мир уверенно движется в сторону развития возобновляемой энергетики. Это уже состоявшийся факт. Эксперты видят на пути перехода к новому типу безуглеродной энергетики несколько характерных этапов, в том числе – еще впереди прохождение пиков мирового потребления ископаемого органического топлива (нефть, газ). Попробуем разобраться в особенностях разнонаправленных процессов в глобальной энергетике
Всемирно известная бизнес-консалтинговая фирма DNV GL, имеющая свои отделения в более чем 100 странах мира и занимающаяся оценкой привлекательности долгосрочных инвестиций, опубликовала в этом году исследование по прогнозу глобального энергетического перехода на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) до 2050 г. («Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»). Прогноз нацелен на предоставление стратегическим инвесторам, аналитикам и лицам, принимающим решения, долгосрочной информации о характере и темпах глобального энергетического перехода. Для инвесторов в энергетическую сферу обзор содержит шесть основных тезисов.
- С начала 2030-х годов миру потребуется меньше энергии из-за быстрого роста энергоэффективности; прогнозируется, что глобальный спрос на первичную энергию достигнет пика в 2032 году.
- Мировая энергетическая система будет «декарбонизироваться», то есть отказываться от углеводородных источников топлива, что в целом снизит и уровень глобальной эмиссии парниковых газов. К 2050 г. «глобальная корзина» энергоносителей будет поделена между ископаемыми и не ископаемыми источниками энергии примерно поровну.
- Спрос на нефть достигнет пика в 2020-х годах, и в 2026 году газ займет место крупнейшего источника углеводородной энергии, опередив сырую нефть и уголь. Существующие нефтегазовые месторождения будут истощаться быстрее, чем будет происходить глобальное снижение спроса на нефть и газ. Потребность в разработке новых месторождений сохранится до 2040 г.
- Потребление электроэнергии к середине века вырастет более чем вдвое (при росте мирового спроса на первичную энергию всех видов на 45%), при этом солнечная PV- и ветровая энергия будут обеспечивать более двух третей всей мировой электрической генерации.
- Энергетическая транзиция будет с каждым годом обходиться дешевле. Доля мирового ВВП, затрачиваемая на энергетику, в 2050 г. будет меньше, чем сегодня. К 2050 году расходы на получение энергии снизятся с 5,5% до 3,1%, в то время, как глобальный ВВП станет на 130% больше нынешнего уровня мировой экономики. Ожидаются большие сдвиги в инвестировании: с 2029 года больше капиталовложений будет поступать в развитие распределительных сетей и в ВИЭ, чем в энергетику на ископаемых источниках.
- Прогнозируемые темпы энерготранзиции тем не менее не будут достаточными для достижения климатической цели по Парижскому соглашению (темпы глобального потепления не должны превысить 2°C). Чтобы потепление на Земле не превысило эти рамки, необходимо сочетание мер, таких как повышение энергоэффективности, увеличение использования ВИЭ и расширение применения систем поглощения и хранения углерода (Carbon Capture and Storage, CCS).
Основные этапы энерготранзиции
В отчете DNV GL приводится внушительная диаграмма, описывающая, когда произойдут те или иные знаковые, переломные события в глобальном энергосекторе. Основные вехи прогноза энерготранзиции до 2050 г. сведены в табл. 1.
Таблица 1. Глобальные перемены в энергетике 2014-2050 гг. Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
Ожидается, что к 2050 году глобальный общий спрос на конечную энергию («вторичная энергия») составит 450 эксаджоулей (ЭДж) в год по сравнению с 400 ЭДж в 2016 году. Пик спроса на конечную энергию в мире будет в 2035 году (470 ЭДж/год), затем к середине века он немного сократится. Общий спрос после пика
энергопотребления медленно снижается из-за повышения энергоэффективности и расширения электрификации, опережая темпы общего мирового производства, и продолжающийся, но замедляющийся рост населения планеты. Потребность в энергии на производственные нужды сначала растет, а затем стабилизируется – на фоне роста мирового производства начинают сказываться технологические изменения, уменьшающие средние затраты энергии на единицу продукции, тогда как спрос на энергию, потребляемую в зданиях, продолжает медленно расти.
Сколько энергии нам будет нужно?
Структура глобального использования всех видов энергоносителей к середине века существенно изменится, см. рис. 1.
Рис. 1. Прогноз мирового энергопотребления до 2050 г.
Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
Глобальное потребление первичной энергии будет продолжать расти более 10 лет подряд и достигнет пика 662 ЭДж в 2032 г., увеличившись с 581 ЭДж в 2016 г. Затем глобальное энергопотребление несколько снизится до, примерно, 586 ЭДж в 2050 г., см. табл. 2.
Таблица 2. Показатели мирового потребленияэнергоресурсов.
Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
Потребление нефти достигнет пика в 2020-х гг., потребление газа опередит нефть в 2026 г., тогда газ станет крупнейшим источником органической энергии. В целом доля ископаемых энергоносителей в мировом объеме потребления первичной энергии снизится с нынешнего показателя 81% до 50% в 2050 г. Уголь начал терять свою роль одного из основных источников энергии еще с 2014 г. (см. табл. 1).
Плюс электрификация всего мира
По мере происходящих изменений в глобальной энергосистеме мир все больше декарбонизируется и электрифицируется. В глобальном масштабе прогнозируется быстрый рост использования электроэнергии на 160% – с 25 петаваттчасов в год (ПВт·ч/г) в 2016 г. до 66 ПВт·ч/г в 2050 г. Электричество становится главнейшим энергоносителем для конечной используемой энергии – 45% мирового спроса на конечную энергию, см. рис. 2.
Рис. 2. Прогноз мирового потребления конечной энергии.
Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
К 2050 году на ВИЭ будет приходиться более 80% мирового производства электроэнергии, главную долю в электрогенерации будут занимать солнечные PV-станции (40%) и ветровые установки всех видов (29%), см. рис. 3. Произойдет 65-кратное увеличение солнечной фотоэлектрической мощности (до 19 ТВт) с нынешней доли в мировой электрогенерации примерно 1%, которая в свою очередь была еще 10 лет назад пренебрежимо мала. Солнечная энергетика – технология, которая имеет наибольший потенциал развития во всех смыслах – по себестоимости, по запасам, по гибкости применения. Нужно помнить, что на поверхность Земли каждый час поступает столько энергии от Солнца, которую можно утилизировать, которой хватит на нужды всего человечества в течение года.
Рис. 3. Структура мировой электрогенерации, 1980-2050 гг.
Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
К середине века произойдет и 15-кратное увеличение глобальной мощности ветростанций (до 7,2 ТВт).
«Декарбонизация» за счет «соляризации»
По данным агентства IEA, опубликованным в 2018 г., в среднесрочной перспективе (до 2025 г.) основной прирост генерации на PV-установках (см. рис. 4) главным образом будет увеличиваться за счет использования солнечных станций в коммунальной сфере и за счет малой распределенной генерации (в т. ч. за счет домашних придомовых и крышных фотоэлектрических установок, распространения электрогенерирующих крышных покрытий – «солнечная черепица» и прочее). В случае роста цен на традиционные энергоносители (например, из-за повышения себестоимости энергетических ископаемых из существующих источников), возможно ускорение прироста установленной мощности PV-станций сверх результатов прогноза. Применению «солнечного электричества» также способствует удешевление, а, следовательно, ускоренное распространение систем хранения энергии – от больших промышленных станций хранения до домашних аккумулирующих установок.
Рис. 4. Валовая прибавка к росту PV-генерации, основной и ускоренный сценарий, 2012-2023 гг, ГВт.
Источник: Отчет IEA Renewables 2018. Market analysis and forecast from 2018 to 2023
Тем не менее, нынешние мировые усилия по декарбонизации энергетики не достигают показателей, установленных Парижским климатическим соглашением. Несмотря на необходимость сокращения выбросов, мир не движется в направлении намеченных целей, а скорее отдаляется от них, см. рис. 5. Глобальные выбросы парниковых газов, имеющие отношение к энергетике, будут увеличиваться и в 2018 г. Для преодоления глобального потепления нынешних усилий и темпов внедрения ВИЭ недостаточно.
Рис. 5. Выбросы парниковых газов из-за энергетики, 2012-2023 гг., Гт.
Источник: Отчет IEA Renewables 2018. Market analysis and forecastfrom 2018 to 2023
Главная проблема, которая препятствует еще большему ускорению применения ВИЭ – инвестиционная. Для ускоренного внедрения возобновляемой энергетики нужно проинвестировать значительные суммы в модернизацию энергосетей, чтобы нивелировать влияние переменной возобновляемой энергетики (VRE) на нынешние энергосистемы, построить средства хранения энергии и компенсаторы напряжения и частоты.
Растительная энергетика
Несмотря на огромные успехи и перспективность использования солнечной энергии среди всех видов ВИЭ сейчас по-прежнему лидирует биоэнергетика.
Ныне примерно половина всей энергии из ВИЭ – это энергия из биомассы. По итогам 2017 г. использование ВИЭ подразделяется так, как показано на рис. 6. Современная биоэнергетика сейчас используется для производства электроэнергии, тепла и топлива для транспорта. Наибольшая часть биомассы расходуется для выработки тепловой энергии. Две трети тепла из биомассы сейчас расходуется в промышленности, а треть – непосредственно для отопления жилищ и общественных зданий, рис. 7.
Ввиду того, что развитие использования биомассы путем ее выращивания ограничено, все большую перспективность приобретают проекты использования в качестве сырья для биоэнергетики морских водорослей и микроорганизмов. Особенное развитие получат проекты утилизации энергетической биомассы из сине-зеленых одноклеточных водорослей в пресных водоемах и реках, что произведет дополнительный экологический эффект.
Международное энергетическое агентство (IEA) видит огромный потенциал развития биоэнергетики и роли государственного стимулирования этих процессов. Даже при постоянном сокращении валовых расходов государственная политика по-прежнему имеет решающее значение для привлечения инвестиций в ВИЭ, что, в первую очередь, должно осуществляться путем обеспечения надлежащих условий для рыночного планирования и надежной и экономичной системной интеграции.
В течение следующих пяти лет биоэнергетика будет продолжать стимулировать рост использования ВИЭ, огромным остается ее неиспользованный потенциал, особенно в Китае, Индии, Бразилии, ЕС и в других частях европейского континента. Дальнейшее ускорение использования современной биоэнергетики зависит от государственной инновационной политики и создания нетарифных стимулов при соблюдении строгих правил устойчивого развития экономики.
Структурные изменения в ВИЭ
В ближайшие годы общая структура использования ВИЭ в целом не изменится, см. рис. 8, однако очевиден ускоренный рост применения PV-установок и ветровых станций.
Рис. 8. Рост применения ВИЭ, Мт. н. э., и структурные изменения, 2017-2023 гг.
Источник: Отчет IEA Renewables 2018. Market analysis and forecast from 2018 to 2023
Ожидается, что общее потребление энергии из ВИЭ в 2018-2023 годах увеличится почти на 30%, что за это время составит 40% роста мирового спроса на энергию, см. рис. 9. Таким образом, общемировое потребление энергии будет все больше удовлетворяться именно из ВИЭ. Максимальный прирост ожидает солнечную генерацию на PV-станциях всех видов.
Рис. 9. Прирост глобального потребления ВИЭ по ее видам, 2012-23 гг., Мт н. э.
Источник: Отчет «IEA Renewables 2018. Market analysis and forecast from 2018 to 2023»
Наряду с ростом непосредственного использования электроэнергии, полученной из ВИЭ, очень быстро вырастет доля тепла, получаемого из возобновляемого электричества. Например, локальные и домашние солнечные электроустановки будут вырабатывать электричество, которое затем используется в электрических бойлерах для системы водяного отопления или ГВС. Скорость этой тенденции будет сравнима с приростом непосредственного использования биомассы для выработки тепла, см. рис. 10.
Рис. 10. Среднесрочные изменения в применении ВИЭ по видам энергии.
Источник: Отчет IEA Renewables 2018. Market analysis and forecast from 2018 to 2023
Помимо необходимых структурных изменений в инфраструктуре энергосетей, есть еще ряд факторов, системно сдерживающих развитие ВИЭ, особенно переменной генерации – солнца и ветра. В исследовании DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050» в частности указывается на «узкие места» – локальную нехватку земли или подходящего побережья для размещения новых солнечных и ветровых станций и проблемы с основным сырьем для устройств хранения электроэнергии – лития и кобальта.
Проблему с размещением новых мощностей на земле предлагается решать с помощью агривольтаики – совместного использования земель с/х назначения для размещения на них и мощностей для PV-генерации, см. «Фотовольтаїка для аграріїв», журнал AW-Therm, № 3-2018. Эти мощности можно использовать как для электроснабжения самих с/х производств, так и для окружающей инфраструктуры и жилья.
В целом же проблема с нехваткой территории для размещения PV-мощностей в основном надумана. Из ожидаемой установленной 19 ТВт PV-мощности, которая будет установлена к 2050 г. (в условиях снижающегося общего глобального энергопотребления), и которая в 65 раз будет превышать нынешнюю мощность PV-парков, примерно 30% установленной мощности будет размещаться на зданиях (на крышах и на стенах – BIPV). Это будет наиболее быстрорастущий PV-сектор. Собственно наземные PV-установки составят к тому времени примерно 70% (или 13,3 ТВт по мощности), и они будут занимать не более 0,3% от общей площади суши. К середине века пройдет примерно три цикла замены существующих PV-полей на новые установки с бóльшим КПД, чем имеется у ныне используемых установок.
В 2025 г. ожидается глобальный пиковый спрос на оборудование для построения инфраструктуры батарейных хранилищ, емкость которых будет направлена на компенсацию неравномерностей в общей электросети и на зарядку электромобилей. Сейчас растущий спрос на батарейные энергохранилища вызывает среднегодовые темпы роста спроса около +13% на литий и +9% на кобальт. В целом пока промышленность адекватно реагирует на это новыми проектами в области добычи полезных ископаемых. По литию – с имеющимися запасами – все нормально. По кобальту же оценка будущего спроса до 2050 г. превышает все ныне разведанные запасы в 4 раза, однако общие запасы кобальта на Земле, особенно в море, намного превышают все прогнозируемые будущие мировые потребности. Возможный дефицит на литий и кобальт будет приводить к временным локальным и глобальным трудностям в поставках, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе повлияет на цены на эти металлы. Однако долгосрочные оценки показывают, что трудности с обеспечением сырьем будут преодолены, и в итоге цены сбалансируются.
Больше ВИЭ – меньше энергопотерь
Развитие ВИЭ сопровождается уменьшением энергопотерь и прямо влияет на общую энергоэффективность. Например, производство электроэнергии из ВИЭ более эффективно, поскольку нет прямых потерь энергии в виде тепла. В то же время тепловые электростанции обычно преобразуют в электричество только 30-40% энергии, содержащейся в топливе.
Применение новых, более совершенных и полностью цифровых систем мониторинга, последующего контроля и управления пропускной способностью сети в период 2016 – 2050 гг., которые в т. ч. необходимо будет внедрить для переменной генерации из ВИЭ, на 25% сократят общие потери на передачу и распределение энергии. Это означает, что для удовлетворения конечного спроса потребуется меньше первичной энергии. Потери между поставками первичной энергии и потреблением конечной энергии уменьшатся в целом с 31% в 2016 г. до 23% в 2050 г., см. диаграмму на рис. 11.
Рис. 11. Потери на собственное потребление, доставку и распределение первичной энергии в электроэнергетике, 1980-2050 гг., ЭДж/год.
Источник: DNV GL «Energy Transition Outlook 2018, a forecast to 2050»
Выводы, которые делают эксперты насчет ускорения имплементации ВИЭ как в глобальную энергетику, так и для развития «зеленой» энергетики в отдельных странах – во всех секторах промышленности, транспорта, строительства и энергообеспечения жилья необходимо шире использовать солнечную и ветровую генерацию, биоэнергетику и другие виды ВИЭ. Причем эти меры должны параллельно сопровождаться усилиями по повышению энергоэффективности и внедрением других экологически чистых технологий для снижения уровня выбросов парниковых газов и уменьшения вредной техногенной нагрузки на окружающую среду.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 4 513
