Энергоэффективность: фрагмент глобальной картины

Возобновляемая энергетика еще далека от совершенства, но она быстро меняет ландшафт мировой энергетики. Заметно повысилась эффективность как генерации энергии, так и ее потребления, и таким образом практически возник еще один сектор альтернативной энергетики, стремительно развивающийся и привлекательный для инвестиций.

2019 год — многообещающий для развития возобновляемой энергетики. Все больше стран, регионов и компаний увлекаются устойчивой генерацией энергии. Международное энергетическое агентство (МЭА) считает, что наступила эпоха глобального энергетического перехода. В его основе — быстрое снижение стоимости возобновляемой энергии. Рост мощностей возобновляемой энергетики шестой год превышает рост традиционных мощностей на ископаемом топливе, и этот разрыв растет. (Правда, с объявленным энергетическим переходом совершенно не вяжутся глобальный рост спроса на газ, быстрый — выше исторических трендов — рост спроса на нефть и взрывной рост потребления угля после трех лет снижения.)

В 2017 году оффшорные ветровые проекты впервые предлагали электроэнергию по рыночным ценам, не требуя субсидий, а энергия солнечных концентраторов, включая хранение тепла, предлагалась по цене менее 10 центов США за киловатт-час (IRENA, 2018).

Результаты аукционов, непрерывное совершенствование и внедрение инноваций позволяют предположить, что затраты на производство энергии будут снижаться. В 2017 году средневзвешенные глобальные затраты на наземные ветровые и солнечные фотоэлектрические системы составили соответственно $ 0,06 — 0,1 за 1 кВт∙ч (IRENA, 2018). Ожидается, что к 2020 году затраты на солнечную фотовольтаику еще более сократятся.

Интеграция ВИЭ в энергосистемы в 2017 году тоже была рекордной. Так, в Германии доля «зеленой» энергии впервые превысила показатели традиционной генерации, составив 112,5 ГВт против 105 ГВт.

По всему миру доля ВИЭ в сети была высокой в течение нескольких дней, недель или месяцев.

Рост декарбонизированного энергетического сектора уже сегодня требует новых подходов к планированию энергосистемы, рыночным операциям, а также регулированию и государственной политике. Вероятно, мы увидим новые способы поощрения покупки электромобилей и тепловых насосов для обогрева и охлаждения зданий. При этом покупатель должен быть уверен, что с ним не поступят как с теми, кто клюнул на рекламу «экономичных» дизельных автомобилей, а потом столкнулся с внезапно введенными ограничениями на их использование и даже въезд в города, а также с дополнительными налогами на дизельное топливо…

Величественную картину глобального энергетического перехода — ценой в десятки триллионов долларов — едва ли возможно описать в небольшой статье. Поэтому ограничимся обзором одной из ее сторон — повышения энергоэффективности.

Дополнительную энергию можно получать, не производя ее, не передавая, не храня и не платя за нее. В последние десятилетия все яснее вырисовывается новое направление альтернативной энергетики — эффективное использование существующих и будущих мощностей. По объемам исследований и инвестиций в энергоэффективность — технологии, материалы, программы и идеи — ее вполне можно считать самостоятельной отраслью.

В части энергоэффективности труднее всего приходится промышленности.

Большие потребности энергоемких отраслей, высокое содержание углерода во множестве продуктов и огромное количество выбросов, сопровождающих производственные процессы, приводят к необходимости форсированных инноваций. Тяжелая промышленность в 2017 году все чаще предпочитала ВИЭ. Быстрыми темпами идут электрификация и разработка инновационных решений по производству водорода на биохимической и возобновляемой энергиях.

Но в целом энергоэффективность производства — вопрос сложный, так как на отношение первичного потребления энергии к ее добавленной стоимости влияют структурные изменения в промышленности: перевод тяжелой промышленности в другие страны, более высокие коэффициенты использования оборудования, рост менее энергоемких подсекторов. Быстрее всего энергоэффективность производства растет в Азии.

На дома приходится почти треть глобального конечного потребления энергии. Из этого количества 4/5 потребляются в жилых зданиях в виде электроэнергии (30%), современной и традиционной биомассы для отопления и приготовления пищи (29%), а также природного газа (21%). На жилой сектор также приходится половина потребления электроэнергии, поэтому повышение энергоэффективности жилых домов — ключ к «зеленому» будущему.

На энергоэффективность здания влияют его проект, материалы и эффективность энергопотребляющих устройств, в том числе систем управления климат-контролем, освещением и бытовой техникой. Во многих регионах показатель энергоемкости на квадратный метр улучшается. Однако это не быстрый процесс, и он не может скомпенсировать удвоение по сравнению с 1990 годом используемых для жилья площадей.

Энергоэффективность имеет решающее значение для сектора домостроения. Она закладывается уже на стадии проектирования, когда архитектор учитывает потребности в освещении, розу ветров и другие факторы, определяет «выгодный» цвет крыши (на севере — "согревающий" до 39 °C черный, на юге — белый, экономящий до 40% потребления энергии кондиционерами). Строительные нормы и правила сегодня нацелены на сооружение зданий с околонулевым или даже позитивным энергопотреблением — как в Японии, где за энергоэффективностью стройматериалов следят очень строго, а размещение солнечных панелей на крышах стало обязательным. В северном полушарии число домов с нулевым потреблением энергии невелико, но продолжает расти.

Новейшие системы отопления экономят до 50% топлива по сравнению с системами прошлого поколения. Свой вклад в энергоэффективность вносят «умные» счетчики и управляющие системы. Кстати, в области отопления 2017 год ознаменовался очередным рекордом: внедрение тепловых насосов достигло максимума. В странах севера Европы в разгаре массовая реконструкция домов, утепление фасадов и крыш для повышения их энергоэффективности, но, чтобы заметно снизить энергопотребление жилищного сектора, темпы этой реконструкции должны вырасти втрое.

Проблемой остаются низкие темпы роста энергоэффективности в этом секторе, отчасти из-за медленной реконструкции зданий (всего 1% в год от общего объема жилого фонда). Потребуются значительные дополнительные инвестиции в энергоэффективность, в том числе в «умные» и гибкие энергосети.

Тем не менее во всем мире растут рынки энергоэффективных стройматериалов для промышленного и гражданского строительства. Крупнейшие из этих рынков — Европа (там показатели энергоэффективности диктуются законодательством и высоки цены на энергию) и Северная Америка.

Производители бытовой техники тоже участвуют в гонке за энергоэффективность и в целом выигрывают ее. Взять хотя бы холодильники, которые стали потреблять на 40−50% меньше энергии по сравнению с началом 2000-х годов. Самый заметный пример повышения энергоэффективности — быстрый рост доли рынка светодиодных (LED) светильников, которые в 10 раз эффективнее традиционных.

Успехом LED-ламп мир обязан резкому снижению цен на них, но не стоит забывать о заслугах международных инициатив, политике «зеленых» закупок, поэтапном отказе от ламп накаливания и кое-где даже их запрете. На энергоэффективность систем уличного освещения неплохо работают интеллектуальные средства управления светом и «умные» сети.

Темпы роста энергоэффективности транспорта в странах ОЭСР и ЕС снизились после 2015 года и ныне составляют 1,1% в год. А вот в остальных странах (кроме Африки) тенденция обратная — рост энергоэффективности транспорта ускорился.

Эксперты полагают, что железнодорожный, авиационный, водный и автомобильный транспорт обладает значительным неиспользованным потенциалом энергоэффективности, причем на долю автомобилей приходится 75% использования энергии в перевозках.

С 2010 по 2014 год итоговая энергоемкость мирового транспорта снижалась в среднем на 2,5% в год — в основном за счет достижений автомобилестроения, где постоянно внедряются новые разработки, снижающие расход топлива на единицу расстояния. Также энергоэффективность растет там, где начинают отказываться от частных автомобилей в пользу общественного транспорта, от автомобильных перевозок — в пользу железнодорожных и так далее. Однако и сегодня автомобили большой грузоподъемности составляют лишь 11% мирового автопарка, потребляя около половины всего транспортного топлива.

Существенный вклад в эффективность городского транспорта вносят электрические трамваи и так называемые скоростные автобусные перевозки (метробусы). Например, в Боготе (Колумбия) такая система с новейшими энергоэффективными автобусами снизила потребление топлива на 47%. К началу 2016 года 200 городов мира имели парки скоростных автобусов, перевозивших более 33 млн пассажиров в день.

Электромобили и гибридные автомобили, разумеется, также способствуют экономии топлива, однако их доля по-прежнему крайне мала, и повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания все еще критически важно для увеличения энергоэффективности автотранспорта.

На долю авиации приходится около 13% мирового использования ископаемого топлива для перевозок. Эффективность использования авиатоплива растет за счет снижения веса бортового оборудования, а также достижений самолетостроения.

Всем известно: чтобы сэкономить, надо инвестировать. В 2015 году глобальные дополнительные инвестиции в повышение энергоэффективности зданий, промышленности и транспорта увеличились на 6% и достигли $ 221 млрд. Распределились эти деньги так: жилые и коммерческие здания — 53%, транспорт — 29% и промышленность — 18%.

Чьи же это деньги? Исполнительный директор Международного энергетического агентства Фатих Бироль недавно сказал, что около 70% мировых инвестиций в энергетику — это инвестиции государств, и судьбу мировой энергетики определяют решения правительств. С инвестициями в энергоэффективные активы и технологии дело обстоит иначе: они обеспечивают хорошую и сравнительно быструю отдачу, окупаясь дважды за период эксплуатации. Поэтому большинство вложений в энергоэффективность делают отдельные лица, компании, банки (посредством кредитов и лизинга). В последнее время в эту практически беспроигрышную нишу пришли национальные энергетические фонды и финансовые институты развития. По состоянию на 2016 год фонды энергоэффективности развернули работу по меньшей мере в 40 странах.

Примеров такой работы много. В Польше создан фонд финансирования энергоэффективности жилых зданий объемом $ 214 млн, сразу начавший активную работу и в 2016—2017 годах профинансировавший множество проектов.

В 2016 году Зеленый климатический фонд выделил $ 378 млн на поддержку финансирования устойчивой энергетики (включая энергоэффективность и возобновляемые источники энергии) Европейским банком реконструкции и развития (ЕБРР) в Армении, Египте, Грузии, Иордании, Молдавии, Монголии, Марокко, Сербии, Таджикистане и Тунисе. В ноябре 2017 года ЕБРР объявил о расширении Киргизского фонда финансирования устойчивой энергетики на $ 35 млн наряду с грантами ЕС для повышения эффективности использования энергии и ресурсов. Чешской энергетической компании CEZ $ 122 млн, полученные через ЕБРР, позволят модернизировать распределительную инфраструктуру и снизить потери в сети. В программах повышения энергоэффективности участвуют Азиатский банк развития, Африканский банк развития, Европейский инвестиционный банк, Международная финансовая корпорация (МФК) — и этот список растет.

Совсем недавно, в 2016 году, возник новый механизм финансирования программ энергоэффективности — "зеленые бонды", то есть целевые облигации. В конце 2016 года 19,6% проектов, финансируемых за их счет, были направлены на повышение энергоэффективности. Только в первой половине 2016 года МФК выпустила $ 1 млрд таких облигаций для финансирования проектов в 22 странах. «Зеленые бонды» уже выпустили правительства Франции и Польши, Люксембурга и Нигерии.

Мобилизация финансов продолжится. По расчетам МЭА, период глобального энергетического перехода потребует серьезных инвестиций — $ 120 трлн до 2050 года. Основную часть этой суммы поглотят инвестиции в возобновляемую энергию и энергоэффективность, а также в энергосети.

Журнал Forbes называет шесть трендов развития энергетики в 2019 году, и все они связаны с повышением энергоэффективности.

1. Хранение энергии

Эта технология играет важную роль в балансировании спроса на энергию и ее предложения, а также решает проблему прерывистой генерации ВИЭ. Объединение системы хранения с возобновляемым источником обеспечивает бесперебойное и стабильное энергоснабжение даже при неблагоприятных погодных условиях. Наиболее распространены батареи, которые все чаще используются как в бытовом варианте, так и в масштабах небольшой сети. В этом году технологии хранения будут совершенствоваться в направлении их удешевления и эффективности.

Хранение — ключевой компонент новых энергетических технологий, и на определенном этапе (который, как уверены поборники энергии ветра и солнца, когда-нибудь непременно наступит) они могут подорвать всевластие традиционных источников энергии. Это оптимистическое высказывание, однако, не вяжется со взлетом цен на кобальт, применяемый в автомобильных и других аккумуляторах.

2. Микросети и искусственный интеллект

Микросети, то есть локальные энергосети, могут работать как автономно, так и при подключении к более крупным традиционным сетям. Эти уменьшенные версии централизованной системы электроснабжения обеспечивают энергетическую независимость, эффективность и защиту в чрезвычайных ситуациях. Микросети особенно актуальны в небольших отдаленных поселениях и на островах. К примеру, тихоокеанская страна Палау строит крупнейшую в мире микросеть из солнечных батарей общей мощностью 35 МВт, оборудованную устройствами для хранения 45 мВт∙ч энергии.

Использование возможностей искусственного интеллекта (AI) с микросетевыми контроллерами обеспечивает их непрерывную адаптацию к меняющимся потокам энергии и повышает эффективность ее использования. Развертывание микросетей, сводящих к нулю потери энергии при ее передаче, ускоряет применение новейшего программного обеспечения.

Так, Siemens строит микросеть из двух солнечных ферм близ финского Тампере, в промышленном районе Марьямяки, который должен стать энергетически самодостаточным.

Рынок «умных» сетей и микросетей демонстрирует среднегодовой рост 30% и, по оценке Bloomberg NEF, к середине 2030-х годов может достичь объема $ 64 млрд.

В целом, однако, Европа отстает от внедрения микросетей ввиду «неблагоприятности регуляторной среды», по выражению Уллы Сандборг, гендиректора шведской передающей сети Svenska Kraftnät.

3. Энергетический блокчейн и Интернет вещей

Первоначально разработанная для записи криптовалютных транзакций технология блокчейн — нетленная цифровая бухгалтерская книга, проводящая и записывающая транзакции через одноранговую сеть — адаптируется для использования на энергетическом рынке. Отсутствие централизации в блокчейне делает его идеальным для устранения посредников поставщиков электроэнергии. Это снижает энергетическое неравенство, позволяя потребителям самостоятельно продавать энергию и покупать ее непосредственно у других потребителей.

Сочетание технологии блокчейна с обычными устройствами получения и передачи информации, то есть Интернет вещей (IoT), окажет огромное влияние на энергетические системы. При правильном применении устройства могут автономно покупать и продавать энергию в оптимальное время, улучшать настройки энергосистемы в режиме реального времени, а также отслеживать и анализировать производительность энергопотребляющих устройств. Эти технологии начинают использоваться в виртуальных электростанциях и в инновационных проектах. Пример — пилотная сеть солнечных батарей Brooklyn Microgrid, владельцы которой покупают и продают электроэнергию друг другу по технологии блокчейн. Это обеспечивает точную хронологическую запись транзакций, изменить которую нельзя, и в конечном счете гарантирует защиту как продавца энергии, так и ее покупателя.

Успех таких проектов приведет к их реализации в более широком масштабе. Самый крупный из европейских проектов по разработке и внедрению распределенной одноранговой (P2P) платформы для торговли энергией по технологии блокчейн объединяет 23 компании — партнеров шведской Vattenfall Business Area Markets.

4. Сетевой паритет и падение цен

Сетевой паритет возникает, когда альтернативная энергетика начинает генерировать электроэнергию с затратами и уровнем производительности, равными или меньшими, чем традиционные электростанции. Традиционная модель крупного централизованного производства и распределения энергии заменяется модульной генерацией, управляемой потребителем и равномерно распределенной.

Энергия возобновляемых источников, еще недавно считавшаяся трудной для интеграции в энергосистему, теперь служит повышению ее надежности и устойчивости. Использование блокчейна, искусственного интеллекта и других технологий автоматизации делает ВИЭ самооптимизируемыми и наращивает их эффективность. В некоторых регионах солнце и ветер уже эффективнее и экономичнее традиционных источников энергии, а развитие новых технологий еще более повысит их производительность и снизит цену энергии. Совокупность экономических выгод с околонулевым влиянием на окружающую среду позволяет ожидать, что ВИЭ из приемлемых превратятся в предпочтительные.

5. Существенное сокращение выбросов

Все больше корпораций, городов и стран ставят смелые цели по сокращению выбросов парниковых газов, пусть даже ради призрачной цели избежать глобального потепления. По данным Межправительственной комиссии по изменению климата, сегодня более 100 городов по всему миру сообщают: 70% потребляемой ими энергии производится за счет ВИЭ; еще 40 городов потребляют все 100% электроэнергии от возобновляемой энергетики. По всему миру компании одна за другой обязуются перейти с ископаемого топлива на 100% потребления энергии возобновляемых источников. Энергетический пейзаж мира меняется.

6. Расширение доступа к энергии в развивающихся странах

Сегодня во всем мире миллиард человек не имеет доступа к электричеству, а у сотен миллионов источники энергии ненадежны или чрезмерно дороги. Изменения в энергетике предлагают решение проблемы доступа к энергии. Чистые, модульные и возобновляемые источники энергии, объединенные в микросети на уровне сообществ, могут стать экономически эффективным способом обеспечить доступ к надежному и недорогому энергоснабжению тем, кто сейчас живет без электричества.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.