Чистые технологии для устойчивого будущего Евразии

Совместный доклад Евразийского банка развития и Ассоциации «Глобальная энергия»

Доклад подготовлен при участии ключевых международных отраслевых экспертов и молодых ученых, содержит результаты технических иссле­дований, направленных на решение современных вызовов в энергетике и содействующих снижению углеродного следа в Евразии. В фокусе внимания – водородная энергетика и накопители, в том числе в применении к водно-энергетическому комплексу Центральной Азии, офшорная ветроэнергетика, гибридные материалы для альтернативной энергетики, а также технология улавливания, хранения и транспортировки СО₂. Доклад направлен на популяризацию и поддержку исследований и раз­работок чистых технологий в области энергетики, а также содействие расширению энергетического сотрудничества на пространстве ЕАЭС.

Евгений Винокуров. Впереди – масштабный энергетический переход

На глобальном уровне энергетический сектор генерирует на сегодняшний день порядка 75% выбросов парниковых газов в мире. Его трансформация является ключом к предотвращению негативных послед­ствий изменения климата. Достижение углеродной нейтральности и сокращение глобальных выбросов углекислого газа (СО₂) до нуля к 2050 г. является международно признанным решением, которое позво­лит ограничить повышение средней глобальной температуры планеты в пределах 1,5°C и тем самым предотвратить необратимые изменения климата. В этом контексте достижение поставленных глобаль­ных целей требует полной трансформации того, как мы производим, накапливаем, транспортируем и потребляем энергию. Эта масштабная трансформация не означает простой замены одних источников энергии на другие – она призвана также решать проблему роста энергопотребления в человеческой цивилизации. Для роста экономики нужна энергия. Это еще одна причина нашей уверенности в том, что ближайшие 30 лет станут временем масштабной трансформации мировой энергетики.

Усиливающийся во всем мире политический консенсус о необходимости энергетического перехода, основанного на возобновляемых источниках и технологиях, повышающих эффективность и энергосбе­режение для достижения углеродной нейтральности, вызывает значительный оптимизм в отношении прогресса, которого может достичь мир. Согласно данным Международного агентства по возобновля­емой энергии, в период с 2012 по 2020 г. вводимые в эксплуатацию объемы новых генерирующих мощ­ностей на основе возобновляемых источников энергии в мире ежегодно (кроме 2014 г.) превосходили объемы всех новых мощностей, функционирующих на основе ископаемого топлива и ядерной энергии.

В 2020 г. объем новых генерирующих мощностей на основе ВИЭ достиг исторически рекордного значения в 260 ГВт, что более чем в четыре раза превысило новые мощности на основе традицион­ных источников. Объем выработки электроэнергии ВИЭ в Европе в течение года впервые стал пре­восходить объем традиционных тепловых станций, обеспечивая порядка 40% совокупного объема производства электроэнергии.

Изменение инвестиционного портфеля энергетического сектора в пользу ВИЭ в мире нахо­дит свое объяснение в значительном потенциале и технической доступности этих видов энергии. Инвестиционные решения на государственном уровне и связанное с ними технологическое развитие привели к снижению себестоимости производства электрической энергии из возобновляемых источ­ников – теперь она сопоставима или ниже себестоимости производства энергии из ископаемого топлива во многих странах ОЭСР.

Инновационные технологические решения преобразуют глобальную энергетическую систему и про­кладывают путь в декарбонизированное будущее. Инновации в области технологий и регуляторики внедряются во всем мире. Помимо развития ВИЭ, мы видим значительный прогресс в области элек­трического вида транспорта, накопителей энергии, цифровых технологий и искусственного интеллек­та. Эти технологии, являющиеся также основой для реализации структурного сдвига, способствуют развитию новых направлений в секторе. Так, они содействуют увеличению инвестиций в экологиче­ски устойчивое использование редкоземельных элементов и других полезных ископаемых, а также в экономику замкнутого цикла. Развитие интеллектуальных электрических сетей позволяет решить проблему высокой производственной волатильности ВИЭ. Расширение поля использования ВИЭ, в том числе биоэнергетики и водорода, приносит новые решения в области транспорта, строитель­ства и промышленности.

Быстрое распространение ВИЭ в мире и других технологических решений в энергетическом секторе является многообещающим трендом для будущей декарбонизации электроэнергетики. Но так ли радужна общая перспектива ее развития? Несмотря на изменение инвестиционных приоритетов, текущее состояние многих других показателей свидетельствует об отставании декарбонизации энер­гетического сектора от динамики, необходимой для достижения целевого показателя в 1,5°C к 2050 г. Международное агентство по возобновляемой энергии ожидает, что выполнение мероприятий, за­ложенных в существующие государственные планы и цели в области энергетики в мире, сможет содействовать только стабилизации уровня глобальных выбросов с последующим его небольшим снижением к 2050 г. Так, несмотря на явные доказательства влияния антропогенного фактора на изменение климата, широкую поддержку Парижского соглашения и динамичное развитие экологи­чески чистых, экономичных и устойчивых источников энергии, выбросы СО₂, связанные с энергетикой, увеличивались в среднем на 1,3% ежегодно в период с 2014 по 2019 г. Ископаемое топливо – уголь, нефть и газ – сохраняет стратегическое значение в качестве основного источника энергии для всего человечества. По данным обзора ОПЕК World Oil Outlook 2020, на него приходится 72,5% мирового энергобаланса.

Достигнутый в последние годы прогресс в развитии ВИЭ и новых технологий в энергетическом секторе в мире был значительным, но неравномерным. Он затронул не все регионы мира и сконцентрировался преимущественно в крупных развитых и быстро развивающихся странах, имеющих значительный вес в мировом энергетическом балансе. Во многих других регионах мира широко распространена энер­гетическая бедность, которая продолжает сдерживать экономический прогресс и социальное благо­получие. В 2020 г. на Европу, США и Китай приходилась самая большая доля новых возобновляемых мощностей, в то время как на Африку – всего 1% от общемирового объема. Государства – участники ЕАЭС также отстают от мирового тренда. Наиболее серьезные усилия в области ВИЭ прикладывает Казахстан. При этом объем установленных мощностей на основе ВИЭ ЕАЭС составляет порядка 70,7 ГВт, или всего 2,5% общемирового объема, несмотря на его значительный потенциал и высокую актуальность вопроса развития широкого доступа к современным формам энергии с позиции до­стижения углеродной нейтральности. Этому есть и объективные причины в виде огромных запасов ископаемого топлива и уже сделанных капитальных вложений. Однако, как мы отметили, на горизонте 30 лет и евразийскому региону предстоит масштабный энергетический переход.

Трансформация глобального энергетического сектора, необходимая для достижения цели по сниже­нию выбросов и углеродной нейтральности к 2050 г., требует дальнейшего изучения. Чтобы воплотить в жизнь долгосрочные планы на 30‑летнюю перспективу, необходимо проделать огромную работу, особенно с учетом значительных различий между странами, в том числе с позиции их инвестиционных и технологических возможностей. Последние тенденции показывают, что разрыв между тем, где мы находимся, и тем, где мы должны быть, увеличивается.

Вызов современности, где человечество берет на себя ответственность по ускоренному переходу к экологически чистым энергетическим технологиям, представляет актуальное исследовательское поле для ученых и специалистов по всему миру, работающих в разных областях энергетики или на их стыке. Научно-исследовательские центры России, Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана, Узбекистана и других стран Евразии продолжают разрабатывать комплексы знаний и практически применимых технологий для решения задач в рамках развития безопасного и устойчивого энергети­ческого будущего. При этом такие важнейшие темы, как развитие водно-энергетического комплекса Центральной Азии, являются трансграничными по своему характеру и обуславливают устойчивое развитие целого региона.

В долгосрочной перспективе активизация развития сектора ВИЭ в ЕАЭС выглядит оптимальным ре­шением, которое будет способствовать не только технологическому развитию промышленности, но и повышению доли чистой энергии. Это является важной задачей в условиях, когда активизируются мировые усилия для борьбы с изменением климата и перехода в высокоэффективное и устойчивое будущее. Ключевыми направлениями в этой связи являются: водородная энергетика, офшорная ве­троэнергетика, новые материалы для альтернативных источников энергии, технологии улавливания, хранения и транспортировки СО₂. Эти темы были проанализированы признанными профильными специалистами в рамках доклада. Ведущие научные коллективы и правительственные организации евразийского региона уделяют особое внимание разработкам во всех перечисленных и значимых на сегодняшний день областях энергетики.

В докладе рассмотрена тематика промышленного применения в среднесрочной перспективе во­дородной энергетики наряду с другими видами энергии. Применение водорода в качестве энер­гоносителя, разработка методов его хранения и транспортировки, обнаружение новых способов выработки энергии из водорода, а также создание соответствующих им видов установок и топливных элементов – ряд задач, решение которых способствует не только развитию водородной энергетики как дисциплины, но и удовлетворению устойчиво растущих потребностей человечества в возобновляемой и экологически чистой энергии. Учитывая имеющиеся возможности, тема водородной энергетики особенно интересна для евразийского региона.

Другая эффективная и экологически безопасная технология производства энергии – офшорная ветро­энергетика, играющая ключевую роль в переходе на ВИЭ. Она имеет свои преимущества, проблемы и перспективы развития. Сильный и устойчивый морской ветер, обширная территория для установки сверхбольших и плавучих ветряных турбин для более глубоких зон способствуют выработке большого количества энергии. Однако наряду с этим – дорогостоящее техническое обслуживание, более высо­кий уровень отказов турбин, высокая себестоимость этой энергии (в настоящее время снижается). На техническое совершенствование оборудования для офшорной энергетики направлена разработка и актуализация комплекса знаний по строительству более крупных и высоких ветряных турбин, ве­тропарков и плавучих ветроэнергогенераторных платформ, менее дорогих в обслуживании, а так­же по решению проблем гибридной ветроэнергетики, систем производства водорода, накопления и хранения энергии.

Коммерциализация инновационных разработок и создание эффективных способов использования энергии невозможны без применения новых стабильных материалов для альтернативных источни­ков энергии, способных обеспечить плавный и бескризисный переход к безуглеродной экономике. Особый интерес представляют гибридные материалы, состоящие из природных и синтетических компонентов, незаменимые при разработке высокоэффективных систем хранения и транспортировки энергии, в частности водорода. Перспективная область применения гибридных материалов связана с возможностью опреснения морской воды с использованием солнечной энергии. С этой точки зрения наибольший интерес представляет разработка технологий, имитирующих естественные (природные) процессы.

Приближение к углеродной нейтральности обеспечивается в том числе благодаря тому, что для реше­ния масштабных задач по снижению выбросов углекислого газа научное и инженерное сообщество на постоянной основе создает новые технологии по улавливанию и хранению СО₂. Они хотя и находятся на начальной стадии своего развития, однако открывают дополнительные пути к декарбонизации энергетического сектора.

Подробнее с содержанием доклада «Чистые технологии для устойчивого будущего Евразии» можно ознакомиться на сайте ЕАБР.