В. Арутюнов - Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики
Постоянное увеличение затрат энергии на добычу и переработку традиционных энергоресурсов приводит к постоянному и достаточно быстрому снижению EROEI в мировой энергетике (рис. 59).
Рис. 59. Тенденции изменения EROEI для мировой добычи нефти и газа
Разумеется, при сопоставлении различных источников энергии помимо EROEI необходимо учитывать очень многие параметры: надежность, доступность, удобство использования, энергонасыщенность и другие. Например, нефть энергонасыщенна и легко транспортируема, а энергия ветра непостоянна и производится локально. Но в любом случае при понижении коэффициента EROEI основных источников энергии экономике становится труднее получать энергию, а ее ценность относительно других ресурсов и товаров повышается. Таким образом, показатель EROEI является крайне, если не наиболее важным при сравнении энергетических альтернатив. Рис. 60, демонстрирующий EROEI различных источников энергии, а также его изменение со временем, наглядно показывает, почему непрерывно растет себестоимость энергоресурсов и поставляемой энергии, почему основой мировой энергетики являются ископаемые топлива, а не солнечная энергетика, имеющая EROEI лишь немного выше единицы, почему биотоплива – биоэтанол и биодизель, имеющие в большинстве стран EROEI всего 1,2–1,5 (табл. XI), никогда не смогут стать первичным источником энергии для мирового автотранспорта.
Поскольку на получение самой энергии требуются значительные производственные усилия и энергетические затраты, при снижении EROEI получение одного и того же количества чистой энергии занимает всё большую долю экономики. Поэтому непрерывное снижение EROEI из-за истощения наиболее эффективных невоспроизводимых ресурсов представляет собой одну из серьезнейших экономических проблем. По оценкам, пороговое значение EROEI, при котором человечество еще может продолжать свое развитие, находится в районе 3, что однозначно исключает биотопливо, да и солнечную энергетику (рис. 60), из числа перспективных источников энергии.
Рис. 60. Значения EROEI (на примере США) для различных источников энергии и его изменение по мере истощения наиболее эффективных ресурсов
4.4. Себестоимость получения энергии с учетом полного жизненного цикла оборудования
Другим важнейшим параметром, напрямую влияющим на решение о строительстве того или иного энергетического объекта, является стоимость производимой энергии, которая, в свою очередь, помимо стоимости сырья зависит от стоимости применяемого энергетического оборудования и сроков его эксплуатации. Как и при расчете EROEI, при расчете себестоимости получаемой энергии необходимо учитывать все затраты на приобретение энергетического сырья, строительство всех необходимых объектов для получения из него энергии и ее транспортировки потребителю, эксплуатационные расходы в течение всего срока эксплуатации оборудования, расходы на его демонтаж и утилизацию после завершения эксплуатации. То есть все затраты на получение энергии в течение всего жизненного цикла данного энергетического оборудования.
При производстве электроэнергии для сравнения экономической эффективности различных источников в качестве такой меры принимают нормализованную стоимость получаемой электроэнергии (levelized cost of electricity – LCOE), которая определяется как стоимость капитальных и операционных расходов на получение электроэнергии в течение всего жизненного цикла оборудования, деленная на полный объем энергии, полученный за этот период. Фактически величина LCOE может рассматриваться как ценовая граница безубыточности поставки данного вида энергии.
Именно эта величина определяет экономическую эффективность использования различных источников энергии. И различия в этой величине пока далеко не в пользу альтернативных источников энергии (рис. 61), что и определяет в конечном итоге их пока невысокую привлекательность для потребителя и невысокий реальный масштаб использования, который в значительной степени поддерживается государственными субсидиями.
Пока практически все альтернативные источники энергии с точки зрения экономики заметно проигрывают традиционным источникам, что является важным, но не единственным фактором, определяющим их невысокий вклад в энергетику. Поэтому имеет смысл более подробно рассмотреть проблемы, сдерживающие использование важнейших альтернативных источников энергии и их дальнейшие перспективы.
Рис. 61. Нормализованная стоимость производства электроэнергии на основе различных источников, в евро/кВтч
4.5. Реальные перспективы возобновляемой энергетики
4.5.1. Солнечная энергетика – колоссальные затраты
Безусловно, солнечная энергетика является важнейшим и потенциально наиболее перспективным альтернативным источником энергии. Хотя она, как мы уже отмечали, из-за низкой плотности потока солнечной энергии на земной поверхности вряд ли сможет выступать в качестве крупного промышленного источника энергии и, тем более, заменить ископаемые энергоносители, ее роль в локальной энергетике может быть достаточна заметна.
В качестве одного из аргументов в пользу грядущей глобальной роли солнечной энергетики часто приводят такой расчет. Поверхность самых больших пустынь мира имеет общую площадь около 20 млн км2 (только площадь Сахары 7 млн км2). На эту площадь за год поступает около 5 1016 кВтч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, равной 10 %, достаточно использовать всего 1 % территории пустынных зон для размещения солнечных электростанций, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления. На первый взгляд, расчет выглядит очень убедительно. Но давайте оценим стоимость такого проекта. У нас есть вполне реальный пример лучшей и крупнейшей в мире на сегодняшний день солнечной электростанции Ivanpah мощностью 392 МВт (рис. 45), стоимость строительства которой составила 2,2 млрд долл., или 5612 долл. за кВт установленной мощности. Поскольку станция генерирует энергию только днем, годовая выработка электроэнергии составит всего 1079 ГВтч, поэтому реальная средняя мощность электростанции будет всего 123 МВт. Соответственно, удельные капитальные затраты составят 17 870 долл./кВт установленной мощности. Это не просто дорого, это фантастически дорого. Например, 1 кВт установленной мощности на АЭС стоит 2000–4000 долларов. А на тепловых электростанциях, работающих на газе, 1 кВт установленной мощности стоит 500—1000 долларов, т. е. в 18–36 раз дешевле. При этом выработка электроэнергии осуществляется постоянно и не зависит от погодных условий. Кроме того, в этом расчете мы не учли стоимость систем аккумулирования энергии и передачи ее на тысячи километров из пустынных районов в промышленные центры потребления. Но и этим недостатки солнечной энергетики не исчерпываются. Как мы уже отметили, принято считать, что лучшее место для их размещения – пустыни. Но при этом возникают очень серьезные проблемы с эксплуатацией, связанные с неизбежным запылением и повреждением солнечных элементов песчаными бурями. Это означает огромные затраты, в том числе пресной воды на их отмывание от пыли, в этих безводных регионах.
Теперь вспомним, что установленная мощность всех источников энергии на Земле уже превысила 3,65 ТВт = 3,65 1012 Вт. Если эти источники заменить на расположенные в пустынях солнечные электростанции типа Ivanpah, то их сооружение обойдется мировой энергетике в 66 трлн долл., что превышает ВВП всей мировой экономики. Но есть еще более серьезное чисто физическое ограничение. 1 % от площади пустынь – это 200 тыс. км2, треть территории Франции. И всю эту громадную территорию необходимо будет покрыть сложными инженерными сооружениями. У мировой экономики нет не только производственных мощностей для изготовления такого объема сложного инженерного оборудования, но даже сырья для производства соответствующего количества конструкционных материалов. Мы уже не говорим о перспективах удвоения потребления энергии до конца столетия.
Приведенные выше аргументы, демонстрируя несостоятельность претензий солнечной энергетики на глобальную роль в мировом энергобалансе, никоим образом не перечеркивают ее роль в качестве важного локального источника энергоснабжения. В таблице XII приведены характерные величины потоков солнечного излучения для полюсов и экватора Земли.
Даже на большей части территории РФ, кроме побережья Северного Ледовитого океана, пиковое значение солнечного излучения составляет около 900 Вт/м2, или около 1 кВтч в час через стандартное окно на солнечной стороне дома в солнечный день, что позволяет реально использовать эту энергию, по крайней мере, в коммунальном хозяйстве.
