Поумневшие киловатты
«Отказ от углеводородов в энергетике может вернуть человечество обратно в пещеры», – заявил 20 ноября президент РФ Владимир Путин. С этим утверждением могли бы поспорить участники конференции ООН по изменению климата, которая проходит на этой неделе в Мадриде и посвящена как раз отказу от ископаемого топлива в пользу возобновляемых источников энергии (ВИЭ). О нем говорят уже десятилетиями, но до недавних пор перемены действительно казались маловероятными. Что же изменилось?
Ответ кроется в достижениях IT-отрасли, находящих все большее применение в энергетике. На фоне всеобщей цифровизации переход на ВИЭ становится не самодостаточным трендом, а частью общей трансформации отрасли. Технологии с неизбежностью меняют бизнес-модели производства энергии, управления энергосетями. Электрификация, энергосбережение, распределенная энергетика, удешевление ВИЭ, разработка накопителей – эти процессы протекают независимо друг от друга, но вместе создают синергетический эффект. Для его описания придуманы различные концепции: «энергетический поворот», «энергетика 4.0», «энергетика трех Д» (децентрализация, диджитализация, декарбонизация) и прочие.
В конечном итоге перестройка энергетики на «зеленый» лад все больше стимулируется рыночными факторами. Если многие годы обсуждение этой темы сводилось к экологической политике, декларациям правительств, субсидиям, тарифам и налогам, а на практике дороговизна «зеленой» энергии сильно тормозила процесс, то теперь она действительно становится экономически привлекательной.
Вместе с тем к «новой энергетике» остается немало вопросов. Достаточно ли пересмотреть механизмы получения и обмена энергией для победы над климатическим кризисом? С какой скоростью будут замещаться традиционные виды топлива? Отсутствие однозначных ответов на них пока дает основания для скептических заявлений. И все-таки недооценка зарождающихся перемен может дорого обойтись в будущем, предупреждают опрошенные «Профилем» эксперты.
Электрические сны наяву
Мир вступает в фазу четвертого энергетического перехода. Первый переход случился в конце XIX века, когда уголь вытеснил в качестве главного источника топлива древесину. Второй пришелся на первую половину XX века, когда началось освоение нефтяных месторождений: с 3% в 1915 году доля нефти в мировом энергетическом балансе выросла до 45% в 1975‑м. Третий переход связан с постепенным замещением нефти природным газом, доля которого начала расти в середине XX века и сегодня составляет более 20%.
Как известно, каменный век закончился не потому, что человечество израсходовало все камни. Так же и с чередой энергопереходов: эры угля, нефти и газа наступали в силу того, что появлялась более прогрессивная технология. При этом энергетическая модель предыдущей эпохи замещалась не полностью, а частично.
Эту концепцию разработал чешско-канадский исследователь Вацлав Смил, описывая «энергетический переход» как «изменение структуры первичного энергопотребления», выражаемое в сокращении доли одного из энергоресурсов на 10% за 10 лет. О том, что следующий переход будет связан с возобновляемыми источниками, в первую очередь с получением электричества из энергии солнца и ветра, впервые заговорили в Германии. В 1980 году идея Energiewende была обоснована в исследовании «Рост и благосостояние без нефти и урана», а в 1983‑м партия «зеленых» впервые вошла в состав бундестага. Но вплоть до начала 2000‑х реального развития ВИЭ не наблюдалось: не позволяли технологии. Здесь уместно вспомнить, что еще в начале XX века в продаже появились электромобили. Но очень скоро они уступили рынок более экономичным моделям с ДВС, да и в целом оказалось, что применение электричества имеет определенные границы. «Особенность электроэнергетики в том, что ее «продукты» невозможно хранить в промышленных масштабах.
В каждую единицу времени должно производиться столько единиц энергии, сколько нужно потребителю. Чтобы убрать эту привязку, необходимы или дорогие резервные генерирующие мощности, или сложные географически распределенные энергосистемы», – объясняет директор по отраслевым решениям «Крок» в энергетике Алексей Борисов.
Новое дыхание у электроэнергетики открылось благодаря компьютеризации, проникновению гаджетов во все сферы жизни. По оценке Scheider Electric, IT-отрасль послужит главным драйвером двукратного увеличения спроса на электричество в течение следующих 20 лет (для сравнения: за предыдущие 30 лет рост составил 65% – с 8500 ТВт•ч до почти 14000 ТВт•ч). А поскольку потребление других видов энергии стабилизируется, доля электричества в мировом энергобалансе в результате возрастет с нынешних 20% до 40%. Предполагается, что к середине XXI века электрификация охватит 2,7 млрд человек в развивающихся странах (которые сегодня до сих пор живут «на дровах»), а дополнительные 1,6 млрд потребителей обеспечит прирост мирового населения. Будущее для бережливых
Эти цифры дают представление о масштабности перехода, по отношению к которому общественная повестка («декарбонизация», «устойчивое развитие», «углеродно-нейтральная экономика», «экологическое мышление» и проч.) скорее выглядит идейным оформлением, а не первопричиной. Иными словами, проводя политику в сфере ВИЭ, государства предпочитают возглавить объективно существующий тренд, а не сопротивляться ему.
Более того, «зеленые» инициативы не раз критиковались за то, что они искусственно сдерживают рост экономики. Но теперь экологи и бизнесмены, кажется, находят общий язык: на первый план выходит разделяемая обоими идея энергоэффективности.
По расчетам Schneider Electric, потенциал энергосбережения в мире составляет свыше 30%. Если удастся сэкономить энергию, которая зря уходит «в воздух», это уже станет прорывом в борьбе с глобальным потеплением, говорит «Профилю» президент холдинга Mikro Kapital и General Invest Винченцо Трани.
«Раньше об экономии мало задумывались, но теперь она стала актуальной темой в связи с ростом энергопотребления, – говорит эксперт. – Ведь у нас не так много вариантов. Можем продолжить полагаться на ископаемое топливо, но это невозобновляемые ресурсы, эксплуатация которых наносит вред биосфере. Можем перейти к большей зависимости от ядерной энергии. Но здесь проблема в радиоактивных отходах, которые еще не научились утилизировать безопасно для окружающей среды. Еще один вариант –гидроэлектростанции, но и тут вреда не избежать: их строительство приводит к затоплению сельскохозяйственных земель, разрушению экосистем. Поэтому самая разумная альтернатива – рост эффективности и снижение общего спроса на электроэнергию. Это ответственность каждого из нас».
Потенциал энергосбережения в мире составляет свыше 30%. Эксперты надеются, что его помогут реализовать новые технологии, в том числе контроль температуры и освещения с помощью систем «умного дома»Shutterstock / Fotodom
Первые результаты политики энергоэффективности уже есть. По расчетам Института энергетических исследований (ИНЭИ) РАН, если в 1950–2000 годах рост первичного энергопотребления составлял 3,1% в год, то в 2000–2016 годах темп сократился до 2%, а к 2040‑му составит 0,3%. Особенно тренд заметен в развитых странах: по сравнению с 1990 годом ВВП США вырос почти вдвое, Швеции и Великобритании – на 60%, Германии – на 40%, Японии – на 20%, в то время как расход энергии этими странами остался на прежнем уровне или снизился. Даже Китай, за 30 лет увеличивший ВВП более чем в 10 раз, добился этого за счет двукратного роста энергопотребления.
Потребляй, но проверяй
Какую роль в нынешнем энергопереходе играют цифровые технологии? Они способствуют повышению эффективности процессов, а это главное условие разумного энергопотребления. Первый этап трансформации энергетики – автоматизация. На бытовом уровне с ним знакомы все: устройствами защитного отключения (УЗО) сегодня оборудована каждая квартира. На предприятиях автоматическое управление энергоснабжением обеспечивает контроль инфраструктуры, недопущение отказов и быстрое восстановление в случае аварий.
По словам экспертов, это позволяет исключить большую часть энергопотерь, связанных с человеческим фактором: неправильную балансировку нагрузки, избыточное резервирование, ошибки в эксплуатации. «Цифровизация производств – например, внедрение средств мониторинга загрузки станков – автоматически влечет за собой снижение расхода энергии, – отмечает глава центра промышленного инжиниринга «Техносерв» Владимир Овчаров. – Также возникает простор для использования оборотного водоснабжения, теплообменников и других технологий, позволяющих не просто контролировать энергетические потоки, но также создавать их и повторно использовать».
Следующий этап эволюции начинается с внедрением подключенных устройств – интернета вещей (IoT). «Промышленный IoT – тенденция последних лет, которая обязана своим появлением развитию технологий связи и автономного питания, – отмечает руководитель проектов IoT Энергетика «ЭР-Телеком Холдинг» Александр Бочаров. – Появление портативных устройств, способных работать годами без замены батареек, а также беспроводных сетевых протоколов позволяет контролировать те участки производства, где ранее это было невозможно».
В среднем технология IoT сокращает потребление электроэнергии на 24%, рассчитали в Schneider Electric. Но и это не всё. «Умные» счетчики, сенсоры и датчики позволяют наладить сбор «больших данных» для обработки с помощью нейросетей, говорит менеджер по автоматизации в энергетике компании Денис Тихонов.
«Собранная информация позволяет определить процессы, где есть потенциал для повышения энергоэффективности, предотвратить простои и поломки оборудования», – поясняет он. Энергетике XX века такие инструменты были недоступны: собрать вручную информацию со всех счетчиков на большом предприятии невозможно, а «виртуальных двойников» или компьютерных программ, предсказывающих развитие событий, попросту не существовало.
Таким образом, сама логика конкуренции толкает компании на путь экологичного развития, делает вывод Алексей Борисов: «Убрав часть издержек, производитель может снизить цену товара и получить преимущество на рынке. Особенно это актуально для отраслей, где большую часть себестоимости составляют затраты на энергию: химии и нефтехимии, металлургии, производства строительных материалов, машиностроения».
Солнечное настроение
Аналогичным образом технологии стимулируют развитие «зеленой» энергетики. По данным Bloomberg New Energy Finance (BNEF), с 2009 года стоимость ветровой энергии снизилась с $1,94 млн до $1,03 млн за мегаватт. Еще быстрее дешевеют фотоэлектрические панели для солнечных электростанций (СЭС): это область кремниевых технологий, где инновации идут непрерывно. В результате с начала 2010‑х стоимость «солнечного» электричества сократилась в четыре–шесть раз. Так, если в 2015 году самым выгодным предложением было 5,84 цента за кВт•ч в Дубае, то спустя два года в Мексике цену «сбросили» до 1,77 цента (около 1 руб./кВт•ч).
Как ожидают в международном агентстве по возобновляемой энергии (IRENA), достижение ценового паритета с традиционной электроэнергетикой – вопрос ближайших лет. Другими словами, на «зеленую» энергию переходят не из-за требований чиновников или обещанных субсидий, а просто потому, что она становится выгодной.
В этом смысле показательна статистика инвестиций от REN21: если в 2007 году «зеленая» энергетика привлекла $159 млрд, то через 10 лет вложения составили уже $280 млрд (для сравнения: проекты по ископаемому топливу в 2017 году были профинансированы на $103 млрд, по ядерной энергии – на $42 млрд). Сегодня ВИЭ составляют самый быстрорастущий сегмент энергетики: по оценке Международного энергетического агентства, на солнце и ветер приходится около половины запускаемых в этом году генерирующих мощностей.
В Европе энергетический переход развивается даже быстрее намеченного: власти ФРГ изначально предполагали добиться к 2020 году 35‑процентной доли альтернативных источников в национальном энергобалансе, но к началу 2019‑го показатель уже превысил 40%. А по итогам 10 месяцев этого года объем производства «зеленой» энергии в Германии даже превысил выработку электростанций, работающих на основе ископаемого топлива.
Также среди лидеров ЕС значатся Португалия (доля солнца и ветра в энергобалансе 2018 года – 23,4%), Испания (23,3%) и Великобритания (21%; статистика Enerdata). За пределами Европы активнее всего «зеленеют» Китай, на долю которого приходится половина мировых инвестиций в ВИЭ, и США, которым скандальное решение Дональда Трампа о выходе из Парижского соглашения по климату отнюдь не мешает вводить солнечные электростанции.
По расчетам BNEF, нас ожидает ускоренное «озеленение»: если в 2018 году суммарная мощность солнечных и ветровых электростанций достигла 1 тераватта, на что потребовалось 40 лет с момента их появления, то отметка 2 тераватта будет пройдена уже в 2023 году. Доля всех ВИЭ в производстве электричества (включая ГЭС) в 2018 году составила 26%, а к 2040‑му должна вырасти до 40%.
Хранение в промышленных масштабах энергии, выработанной на солнечных и ветровых электростанциях, – по-прежнему узкое место «зеленой» энергетики. Необходимы накопители нового типа, разработка которых идет полным ходом в IT-корпорациях и научных институтахJens Buettner / EPA / Vostock Photo
Что касается мирового энергопотребления в целом, тут показатели скромнее: нынешние 15% должны за следующие 20 лет увеличиться до 20–25% в зависимости от сценариев прогноза. То есть электростанции возглавляют переход, а вот два других «крыла» энергетики – теплоснабжение и транспорт – в силу большей инерционности отстают. А значит, несмотря на весь оптимизм инноваторов, «зеленая» энергия еще долго будет сосуществовать с «вредной».
В этом контексте слова Владимира Путина про «возвращение в пещеры» звучат по-другому. «На сегодняшний день технологии таковы, что без углеводородного сырья, без атомной энергетики, без гидроэнергетики человечество не сможет выжить, сохранить свою цивилизацию», – уточнил президент. С этим действительно не поспоришь.
Эпоха энергетической демократии
Помимо диджитализации («цифра» на службе энергоэффективности) и декарбонизации (ВИЭ) в основе нынешнего энергоперехода лежит третий «кит»: децентрализация. Традиционная архитектура энергосистем сформировалась в XX веке и отвечала потребностям времени: производство энергии крупными компаниями, централизованное распределение по энергосетям в пределах национальных границ. Теперь же солнечные и ветровые установки создали условия для выработки энергии за пределами этой системы, как можно ближе к конечному потребителю, вплоть до индивидуальных источников генерации. У подобных микроэнергосистем (microgrids) немало плюсов: не нужно строить протяженные ЛЭП, можно ослабить зависимость от центрального энергоснабжения, подстраховаться на случай блэкаутов.
Еще недавно распределенная энергетика была невозможна: классические энергосети передают электричество в одном направлении, инструментов для вовлечения в энергообмен большого количества производителей не существовало. Цифровые технологии решают эту задачу: построение программно-управляемых пиринговых сетей (smart grids) дает возможность «умной» переброски энергии и продажи ее через «виртуальные электростанции» – крупные хабы, в том числе международные.
По словам гендиректора Volts Battery Александра Кияницы, сегодня новая организация энергетики уже не абстрактный, а сугубо практический вопрос. «Необходимо наладить управление энергосистемами в цифровом пространстве. Появление интеллектуальных инструментов сделает возможным этот процесс», – уточняет он. Судя по данным Global Market Insights, он уже запущен: рынок IoT-решений для энергосетей за следующие пять лет увеличится вдвое, составив $15 млрд. Ожидается, что к 2040 году доля распределенной генерации в Германии достигнет 30%, в Австралии – 45%. В результате каждый владелец собственного ветряка или солнечной панели получает возможность продавать излишки выработанной энергии, превращаясь в «просьюмера» (producer + consumer – «производитель» + «потребитель»). Эта модель, активно обсуждаемая в IT-сообществе («блокчейн-энергетика», «uber-энергетика», «интернет энергии»), представляет собой вариант реализации в энергетическом секторе популярной нынче идеи «экономики обмена» (sharing economy).
По словам экспертов, в ближайшие годы ожидается бум новых финансовых практик энергообмена. Смарт-контракты, управление спросом (demand response), онлайн-биржи энергии – эти технологии уже тестируются в небольших микроэнергосистемах на Западе. Итогом станет масштабный передел рынка электроэнергии, считает Александр Кияница: «Постепенно просьюмеры начнут конфликтовать со сложившимися лидерами рынка. Наступает эпоха энергетической демократии. В Германии уже сегодня почти половина рынка возобновляемой энергетики находится под контролем частных домохозяйств. Осталось наладить передачу энергии в сеть».
Предприятия из разных отраслей тоже не останутся в стороне, добавляет Алексей Борисов: выработка энергии может стать для них непрофильным, но априори выгодным бизнесом, если речь идет о продаже излишков. «Многие промышленные потребители уже переходят на собственную генерацию энергии. Как правило, это дешевле, чем брать ее по общему тарифу, в который включены разнообразные издержки сетевых компаний, изношенность инфраструктуры и так далее. Очевидно, что фактор микрогенерации постепенно изменит энергетику», – резюмирует собеседник.
К России, впрочем, эти процессы имеют весьма косвенное отношение. «Наследие СССР – надежная и крупнейшая в мире централизованная энергосистема – не позволяет быстро децентрализовать энергосети страны, – констатирует Владимир Овчаров. – А сравнительно дешевая по мировым меркам энергия и многочисленные регуляторные ограничения не позволяют применять на бытовом уровне альтернативные источники энергии. Исходя из этого, скорой «зеленой революции» в России не будет. Возможен лишь плавный переход по отлаженным технологиям».
Едва ли не первым шагом к трансформации энергетической отрасли «сверху» стал законопроект, разработанный Минэнерго РФ и внесенный год назад в Госдуму. Он открывает возможность физлицам и субъектам малого бизнеса торговать электричеством, выработанным на собственных объектах генерации. Пока документ принят в первом чтении, минувшей осенью стартовало обсуждение поправок к нему. Но и он едва ли обеспечит кардинальную перестройку энергохозяйства, сообщил СМИ первый замглавы комитета Госдумы РФ по энергетике Сергей Есяков. По его словам, доля децентрализованной генерации в России может составить максимум 30%, в целом же традиционная структура поставщиков сохранится.
В то же время россияне проявляют все больший интерес к энергетическим инновациям, в особенности к энергосбережению, говорит Александр Кияница. «Для тех, кто живет в загородных домах, вопрос энергоэффективности действительно актуален. Есть много способов сэкономить на электричестве: светодиодные лампочки, энергосберегающая бытовая техника, многотарифные счетчики, цифровые датчики для систем наружного освещения, установка накопителей, наконец, объединение домашней техники в систему «умный дом». Эти инструменты сегодня становятся доступнее. А наши граждане консервативны, но все же любопытны, готовы к экспериментам», – резюмирует он.