Круглый стол прошел 28 октября 2021 года в формате открытого дискуссионного клуба с участием ведущих молодых ученых Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.  Основная тема - видение энергетики будущего России и мира в парадигме новой технологической трансформации. Круглый стол проводится в рамках Года науки и технологий РФ, октябрь 2021 г. посвящен энергетике.

• член-корреспондент РАН Валерий Алексеевич Стенников, директор ИСЭМ СО РАН
• член-корреспондент РАН Николай Иванович Воропай, научный руководитель ИСЭМ СО РАН

• Дмитрий Сергеевич Крупенев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН
• Никита Викторович Томин, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН
• Евгений Алексеевич Барахтенко, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН
• Владислав Альбертович Шакиров, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН
• Дмитрий Николаевич Карамов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН

Учёные ИСЭМ СО РАН на круглом столе рассказали о рисках и возможностях, которые несёт энергопереход. Они отметили, что углеродная нейтральность в России может быть достигнута со значительно меньшими затратами, чем во многих развитых странах. Этому при определённых способствуют огромный потенциал экосистем в части поглощения парниковых газов, так и не реализованные возможности энергосбережения и наработки в области атомной энергетики. Факторы риска – большой объём экспорта углеводородов и зависимость от него вкупе с ограниченностью доступных запасов нефти и газа.

«Энергетический переход в целом можно уже назвать начавшимся», – констатировал старший научный сотрудник Института систем энергетики имени Л. А. Мелентьева СО РАН Владислав Шакиров. Старт ему дало Парижское соглашение по климату 2015 года. Его подписали 196 государств, которые обязались к 2100 году как минимум ограничить рост средней температуры на Земле 2 градусами Цельсия, а в идеальном варианте приложить все возможные усилия для того, чтобы он не превысил 1,5 градуса. К настоящему времени более 70 стран заявили о стремлении достичь углеродной нейтральности, при которой поглощение углеродного газа нивелирует его эмиссию. Минимум десять из них закрепили это обязательство на законодательном уровне.

«Это уже четвёртый переход, но его главное отличие в том, что у предыдущих был экономический посыл и они характеризовались появлением новых видов топлива с большей энергетической плотностью, а нынешний связывают с возобновляемыми источниками энергии, развитие которых в современных условиях диктуется политическими и экологическими соображениями, – отметил заведующий лабораторией надёжности топливо- и энергоснабжения ИСЭМ СО РАН Дмитрий Крупенёв. – При этом в понятие энергетического перехода вкладывают не только развитие возобновляемых источников, но и децентрализацию, декарбонизацию и цифровизацию отрасли, а также энергоэффективность, водородную энергетику, развитие систем накопления и так далее». Тренд всё же продиктован экологической повесткой, поэтому наиболее подготовленными к нему оказались те страны, которые её формируют. Это наиболее развитые государства Европейского Союза, в котором с 2026 года вводится углеродный налог. Локомотивом является Германия, где до конца 2022 года выведут из эксплуатации все оставшиеся атомные электростанции, а к 2035 году перестанут использовать бурый и каменный уголь для производства электроэнергии. При этом доля обоих этих источников в энергетическом балансе страны составляет 35%.

В значительно меньшей степени энтузиазм относительно энергетического перехода и перехода на всё более широкое использование возобновляемых источников энергии разделяют государства, в которых традиционно велика роль угольной генерации. В составе ЕС это Венгрия, Польша и Чехия. «Есть страны, для которых процесс декарбонизации сопряжён с большими структурными перестройками, – добавил Шакиров. – Прежде всего это те, кто формирует наибольшую эмиссию: скажем, Индия, Китай и США дают более 50% мировых выбросов парниковых газов. К ним подключаются страны-экспортёры углеводородов».

Экосистема как фундамент экологичности

На первый взгляд, в зоне риска находится и Россия. Почти половина – 49,6% по данным Федеральной таможенной службы за 2020 года – экспорта из страны приходится на топливно-энергетические товары, причём доля сырой нефти и газового конденсата составляет 21,5%, а природного газа – 7,5%. Значительная часть поставок за рубеж приходится и на продукцию с высоким углеродным следом. Однако вклад России в глобальную эмиссию парниковых газов сравнительно мал – 4,7% или около 1,8 млрд тонн в СО₂-эквиваленте по данным Объединённого исследовательского центра Европейской комиссии за 2019 год. Для сравнения, доля Китая составляет 30,3%, США – 13,4%, ЕС и Великобритании – 8,7%, Индии – 6,8%. По сравнению со среднемировым показателем в 27% в России невелика и доля угольной генерации в энергобалансе. На неё приходится 17,4% установленной мощности Единой энергетической системе страны. Доля тепловых электростанций, работающих на газе, по данным Системного оператора ЕЭС России за второй квартал 2021 года, составляет 48,6%, ГЭС – 20,2%, АЭС – 12,4%. Ещё 0,7% установленной мощности приходится на солнечные электростанции, 0,6% – на ветровые. 

В то же время в России велик потенциал энергосбережения и повышения энергетической эффективности даже за счёт развития традиционных технологий. Согласно данным Международного энергетического агентства, в 2019 году энергоёмкость валового внутреннего продукта нашей страны на 44% превысила среднемировой уровень и уровень США. По отношению к Евросоюзу она выше на 62%. Однако авторы государственного доклада о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности, который Министерство экономического развития РФ опубликовало 31 декабря 2020 года, отмечают, что международные методики расчёта энергоёмкости ВВП учитывают потребление энергоносителей на неэнергетические нужды, а они «по существу используются как сырьё и не преобразуются в другие виды энергии, поэтому имеют мало общего с эффективностью энергопотребления». Учитывая, что из 871,6 млн тонн условного топлива (т.у.т.), которые в 2019 году потребила вся российская экономика, в качестве сырья для производства продукции было использовано 123 млн т.у.т. природного газа и 70 млн т.у.т. сырой нефти и нефтепродуктов, энергоёмкость ВВП может быть и ниже. Однако и в этом случае потенциал энергосбережения и снижения выбросов парниковых газов за счёт него остаётся высоким. Положительную роль играют и наработки в области атомной энергетики, которая не относится к возобновляемой, но при обеспечении должного уровня безопасности может быть «зелёной», то есть не дающей выбросов парниковых газов.

Очень значимым фактором является и поглощающая способность лесов и других экосистем России. В стратегии социально-экономического развития РФ с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года её оценивают не менее чем в 535 млн тонн СО₂-эквивалента. Условия её сохранения являются повышение эффективности мер противопожарной безопасности, воспроизводство лесов и лесоразведение, обводнение ранее осушенных болот и противоэрозионные мероприятия. Для увеличения поглощающей способности до 1,2 млн тонн СО₂-эквивалента, как это предполагает интенсивный, он же целевой, сценарий стратегия низкоуглеродного развития, потребуются дополнительные усилия. «В целом это одно из самых дешёвых мероприятий, которое во многом позволило бы нам благоприятно войти в процесс энергетического перехода, – резюмировал Шакиров. – Но существенного успеха, мне кажется, можно достигнуть, только прекратив сплошные вырубки и занявшись воспроизводством лесов».

Запасной путь традиционной генерации

Ключевую роль во всех начинаниях, связанных с декарбонизацией, играет государство. «Только с его помощью можно реализовать национальные интересы в долгосрочной перспективе, – подчеркнул Шакиров. – Хорошим примером является программа договоров о предоставлении мощности (ДПМ), которая позволила ввести более 30 гигаватт новых мощностей, солнечную и ветровую генерацию и вывести некоторую часть устаревших угольных энергоблоков». Если точнее, по договорам предоставления мощности, заключённым в 2008-2009 годах, в эксплуатацию ввели 136 энергоблоков ТЭС суммарной мощностью 29,9 ГВт, а вывели 9,5 ГВт. Программа ДПМ-2, она же модернизация по конкурентному отбору мощности, которую правительство России одобрило в начале 2019 года, предполагает обновление 41 ГВт генерирующих мощностей в 2022-2032 годах. В то же время механизм ДПМ для возобновляемых источников энергии (ВИЭ) позволил построить и запустить 1,5 ГВт солнечных электростанций и 1,4 ГВт ветровых. Таким образом, доля объектов возобновляемой энергетики в структуре генерирующих мощностей ЕЭС России составила 1,3%.  

Международное энергетическое агентство заявляет о том, что для достижения углеродной нейтральности к 2050 году она должна достичь 78%. «Если рассматривать задачу со стороны устойчивости функционирования энергосистем, то доля возобновляемых источников энергии не должна превышать 50-60% установленной мощности традиционной генерации, – отметил председатель совета научной молодёжи ИСЭМ СО РАН Дмитрий Карамов. – Тогда система сможет функционировать в рамках номинальных значений, все основные режимные параметры будут удовлетворять требованиям надёжности и безопасности». Проблема кроется в том, что выработка ветровых и солнечных электростанций напрямую зависит от погодных условий. Как следствие, их мощности необходимо резервировать. Наиболее доступным вариантом является традиционная генерация на ископаемом топливе – технологии накопления энергии для этого пока не столь развиты. «В плане энергетической безопасности страны ЕС увеличивали долю возобновляемых источников в том числе для того, чтобы избавиться от зависимости от российского газа, – заметил Шакиров. – Но реалии последних месяцев – в Европе было безветренно, и выработка ветровых электростанций резко снизилась – показали другую сторону медали: уходя от поставок ископаемых энергоресурсов, можно получить серьёзные проблемы в экономике. Так что ситуация с тем, как возобновляемые источники влияют на энергетическую безопасность и надёжность, неоднозначна». Проблема может быть решена за счёт развития интеллектуальных технологий управления, позволяющих повысить управляемость энергосистем и более эффективно использовать генерирующие мощности, и технологий накопления энергии. Однако большая часть последних, как и в случае с водородной энергетикой, в лучшем случае находятся на стадии прототипов, а то и вовсе ещё не разработаны.