Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
Мировым лидером в геотермальной электроэнергетике являются США с размером установленной мощности 3,4 ГВт, за ними следуют Филиппины (1,9), Индонезия (1,3), Мексика (1,0), Новая Зеландия (0,9), Италия (0,9), Исландия (0,7)[121]. России, увы, в списке лидеров нет, несмотря на богатые легкодоступные геотермальные ресурсы Камчатского края, Курильских островов и Кавказа. Наша страна располагает установленной мощностью 0,08 ГВт[122], немного уступая по этому показателю Никарагуа.
Лидером по доле геотермальной энергетики в национальной экономике, безусловно, является Исландия, славящаяся своими геотермальными источниками. «В Исландии в настоящее время более 60 % всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счет геотермальных источников обеспечивается 90 % отопления и 30 % выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, т. е. также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия служит своего рода мировым экологическим эталоном»[123].
Является ли геотермальная энергетика экологически чистой? Как и в любом ином виде человеческой деятельности, здесь многое зависит от используемых подходов и технологий.
Геотермальные водные ресурсы могут содержать целый набор газов, в частности двуокись углерода (CO2), сероводород (H2S), метан (CH4) и аммиак (NH3). В случае извлечения подземных жидкостей могут происходить выбросы данных веществ, способствующих загрязнению окружающей среды, кислотным дождям и т. п. Тем не менее существующие геотермальные электростанции характеризуются умеренным уровнем выбросов, составляющим в среднем в среднем 122 кг CO2 на мегаватт-час электроэнергии, что существенно ниже выбросов генерации на ископаемом топливе[124].
В дополнение к газам горячая вода из геотермальных источников может содержать такие токсичные элементы, как ртуть, мышьяк и бор. Эти химические вещества загрязняют окружающую среду, если после отработки использованные жидкости сливаются в грунт или водоемы. Современная практика геотермальной энергетики предусматривает закачку охлажденной геотермальной жидкости обратно в исходный водоносный горизонт, исключая ее контакт с окружающей средой. Данная технология реализуется и в России, в частности на Верхне-Мутновской ГеоЭС на Камчатке[125].
Добыча термальной воды (впрочем, как и обычной) может вызывать просадку или подвижки грунта, а чрезмерно активное использование геотермальных ресурсов с использованием технологий гидроразрыва пласта может даже провоцировать землетрясения. Например, в швейцарском Базеле геотермальный проект с участием городских властей был остановлен после того, как в результате закачки (инъекций) воды специалисты зафиксировали в течение первых шести дней более 10 000 (!) подземных толчков, сила которых достигала 3,4 балла по шкале Рихтера[126].
Таким образом, геотермальная энергетика не лишена экологических рисков, однако их уровень в целом ниже, чем у традиционной углеводородной энергетики.
Как следует из приведенных выше данных о распространении геотермальной энергетики, она занимает в мировой электрической генерации крошечную долю, которая оценивается примерно в 0,3 % выработки электроэнергии на Земле[127]. Хотя по прогнозу Международного энергетического агентства доля геотермальной энергетики будет увеличиваться и составит к 2050 г. 3,5 % мирового производства электричества, ее значение останется невысоким[128]. Поэтому создается впечатление, что с этой стороны угроза сырьевой власти отсутствует.
Тепловые насосы
Однако это не совсем так. В экономически развитых странах технологии использования тепла окружающей среды и грунта создают серьезную конкуренцию традиционным источникам тепловой энергии, а тепло – это почти половина мирового потребления энергии[129]. Речь идет об использовании воздушных и геотермальных (грунтовых) тепловых насосов, которые прочно завоевали видное место на европейском и североамериканском рынке отопительного оборудования.
Тепловой насос по своей сути и принципу работы не отличается от обычного бытового холодильника и состоит из тех же самых компонентов (компрессора, испарителя, конденсатора, расширительного клапана). Отличается лишь направленность работы. Холодильник производит холод (понижает температуру) и отдает тепло в помещение, тепловой насос отбирает тепло у окружающей среды (воды, грунта, воздуха) и использует его для повышения температуры. Например, грунтовой тепловой насос преобразует тепло грунта, который на глубине нескольких метров круглогодично имеет постоянную плюсовую температуру, в более высокую температуру теплоносителя.
Тепловой насос, как и холодильник, работает «от розетки», т. е. потребляет электроэнергию для извлечения тепла окружающей среды. При этом на единицу потребленной электроэнергии он способен выдавать до пяти единиц тепловой энергии (отношение полученной и затраченной энергии называется коэффициентом эффективности, по-английски coefficient of performance – COP). Поэтому данное оборудование считается экологичной и эффективной альтернативой традиционному отоплению на основе углеводородного топлива, годной к применению практически повсеместно (за исключением, пожалуй, регионов вечной мерзлоты). Иными словами, генерируемая тепловая энергия до 80 % является возобновляемой. Если же работа теплового насоса обеспечивается электроэнергией из возобновляемых источников, а такие схемы активно практикуются на европейском рынке, мы получаем полностью «климатически нейтральное» оборудование с нулевым расходом первичной энергии.
Другим преимуществом теплового насоса (и принципиальным его отличием, скажем, от газового котла) является возможность двусторонней работы – не только на тепло, но и на охлаждение помещений в теплое время года, т. е. способность большинства моделей работать в качестве «холодильника» для помещений.
Развитие техники, повышение эффективности оборудования, рост производства, сопровождающийся снижением цен, привели к росту популярности тепловых насосов у потребителей. Например, в последние годы на их долю стабильно приходится порядка 20 % в отопительном оборудовании в новых домах в Германии (в 2013 г. – 22,5 %), при этом еще совсем недавно, в 2000 г., доля тепловых насосов составляла всего 0,8 %[130]. В Дании, Швеции и Швейцарии тепловые насосы исторически занимают весомую долю на рынке отопительного оборудования.
По мнению Международного энергетического агентства, тепловые насосы будут покрывать 10 % потребностей в энергии на отопление в странах ОЭСР к 2020 г. и 30 % – к 2050 г.[131] При этом к 2050 г. в 50–70 % новых зданий в указанном регионе будут устанавливаться тепловые насосы[132]. В Швейцарской стратегии развития чистых технологий прямо говорится, что «большинство зданий в будущем станут отапливаться с помощью тепловых насосов… Это приведет к сокращению затрат драгоценной энергии на производство тепла на 80 %»[133].
Прогнозы развития рынка тепловых насосов в Европе зачастую в числе целей прямо указывают отказ от российских энергоносителей. Например, установка 54 млн тепловых насосов в Европе в дополнение к 6 млн уже работающих полностью снимет потребность в импорте российского газа, сообщает Европейская ассоциация теплонасосной техники (EHPA). Достижение данного объема к 2030 г. расценивается как вполне реалистичный сценарий[134].
Итак, геотермальная энергетика в целом имеет сегодня ограниченное, локальное применение, ее доля в обеспечении мирового потребления энергии крайне мала и вряд ли существенно вырастет в обозримом будущем (если только не появятся принципиально новые, прорывные технологии).
В то же время в экономически развитых странах происходит бурное распространение тепловых насосов, которые заменяют традиционные способы отопления и горячего водоснабжения на основе углеводородного топлива. Использование дизельного отопления практически сошло на нет, а доля природного газа сокращается. Таким образом, широкое распространение теплонасосной техники в странах, относящихся к числу основных потребителей традиционных сырьевых ресурсов, способствует постепенному сокращению спроса на углеводородное топливо.
Гидроэнергетика
Россия является одним из мировых лидеров возобновляемой энергетики.
Вы не ослышались. Богатые водные ресурсы и их использование для производства электроэнергии ставят Российскую Федерацию в первую десятку стран c наиболее развитой возобновляемой энергетикой, к которой относят и гидроэнергетику, занимающуюся преобразованием энергии текущей воды в электрическую энергию.
Несмотря на гигантские электростанции и огромные плотины, приведшие к созданию настоящих внутренних морей и известные большинству наших соотечественников по теленовостям, курсу истории и географии, Россия довольно скромно использует свой гидроэнергетический потенциал. По установленной мощности гидроэлектростанций (46,7 ГВт) РФ занимает пятое место в мире после Китая (260 ГВт), Бразилии (85,7 ГВт), США (78,4 ГВт) и Канады (76,2 ГВт). Также пятое место мы занимаем по годовой выработке электроэнергии гидроэлектростанциями[135].
