По итогам 2023 года глобальные мощности возобновляемой энергетики (ВИЭ) выросли на 50% по сравнению с 2022-м. В 2028 году на долю ВИЭ, по прогнозу, будет приходиться более 42% мировой электрогенерации.
Как обстоят дела с альтернативной энергетикой
Альтернативные источники энергии — возобновляемые ресурсы, которые в отличие от ископаемого топлива не истощаются. К ним относятся солнечная, ветровая, геотермальная энергия, гидроэнергия, энергия океана, биоэнергия. Эксперты считают, что в будущем именно солнце и ветер будут главными источниками энергии.
По данным доклада Международного энергетического агентства (МЭА):
- в 2024 году ветровая и солнечная энергетика в совокупности начнут производить больше электричества, чем гидроэнергетика:
- в 2025-м все возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в целом станут крупнейшим источником электроэнергии, превзойдя угольную генерацию;
- ветряные электростанции обгонят по выработке АЭС в 2025-м, а солнечные — в 2026-м;
- в 2028 году на долю ВИЭ будет приходиться более 42% мировой электрогенерации, а доля ветра и солнца удвоится до 25%.
Хотя мы постоянно слышим заявления, что миру нужно перейти к возобновляемой энергетике, пока доля электричества, получаемого из возобновляемых источников, остается не очень высокой: около четверти в среднем в мире. Однако этот показатель очень разнится в зависимости от региона: от 0% на Мальдивах, в Палестине, Южном Судане и некоторых других странах до 100% в Албании, ЮАР, Непале, Парагвае, Бутане и Лесото. В России при помощи возобновляемых источников генерируется 19% электричества.
Если смотреть на общее энергопотребление, то есть не только на электричество, но также транспорт и отопление, доля возобновляемых источников еще ниже — 11% в среднем по миру. Самые высокие показатели в Исландии (87%) и Норвегии (72%), самые низкие — в Туркменистане, Тринидаде и Тобаго (по 0,01%), Саудовской Аравии (0,02%).
Среди стран, где доля электричества из возобновляемых источников в 2011 году составляла больше 5%, быстрее всего на зеленую электроэнергию переходит Люксембург: за последнее десятилетие ее доля выросла с 7% до 46%. Следом идeт Эстония (9% в 2011, 46% в 2021) и Великобритания (10% в 2011, 39% в 2021).
Когда возможен полный переход на возобновляемые источники
По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, чтобы предотвратить худшие последствия глобального потепления, нужно достичь нулевого уровня выбросов парниковых газов к 2050 году. Эксперты сходятся во мнении, что 100% переход на альтернативную энергетику к 2050 году возможен, но требует значительных усилий.
Чтобы критически сократить выбросы парниковых газов, нужно электрифицировать такие области, как транспорт и теплосети. Это значит, что потребление электричества может вырасти на 150% к середине столетия и в основе этой всеобщей электрификации должны быть альтернативные источники энергии.
Стоимость возобновляемой энергии с каждым годом становится все меньше, и сейчас это самый дешевый источник, говорится в отчете Международного агентства по возобновляемым источникам энергии. За последние десять лет стоимость электричества, полученного с помощью солнечных панелей, упала на 85%, с помощью гелиоконцентраторов — на 68%, береговых ветрогенераторов — на 56%, оффшорных (находящихся в водоемах, обычно в море) ветрогенераторов — на 48%.
Однако хотя сама по себе энергия из альтернативных источников стоит дешевле ископаемого топлива, переход на возобновляемую энергетику требует значительных инвестиций. По подсчетам Всемирного банка, развивающимся странам нужно увеличить инвестиции в «чистую» энергетику в среднем больше, чем в семь раз: со $150 млрд в 2020 до $1 трлн к 2030. Но в 2020 году соответствующие инвестиции упали на 8%.
Исследователи из Стенфордского университета в 2015 году разработали план 100% перехода на возобновляемую энергетику для каждого штата США — и пришли к выводу, что для этого нужны серьезные изменения и в инфраструктуре, и в способе потребления энергии. Зато, по их прогнозам, полный переход на возобновляемые источники сократит конечное потребление на 39% к 2050 году.
Что мешает перейти на альтернативную энергетику
Одна из главных проблем возобновляемых источников энергии, в частности, ветра и солнца, на которые человечество рассчитывает в первую очередь, в том, что они изменчивы. Солнечная энергия, например, недоступна ночью, менее доступна в облачные дни, а в солнечные, наоборот, возникает ее избыток.
С ветром ситуация не лучше. В 2021 году Европа испытала «ветровую засуху» — скорость ветра почти по всему континенту снизилась по сравнению с периодом 1991-2020 годов. Эффективность работы ветрогенераторов тоже снизилась. Крупнейшая датская энергетическая компания Ørsted сообщила, что ее потери из-за этого явления составили €380 млн. Межправительственная группа экспертов по изменению климата предсказывает, что в будущем снижение скорости ветра может стать более частым явлением.
Операторам систем передачи приходится иметь дело с огромными перепадами — им нужно корректировать нагрузку так, чтобы равномерно распределять энергию в течение всего дня. Например, когда солнечные панели в какой-то день вырабатывают больше энергии, чем нужно, операторы отключают часть из них — излишки энергии фактически выбрасываются.
Решить эту проблему можно, если придумать, как хранить излишки генерируемой энергии. Сейчас для этого нет хорошего способа: традиционно используемых литий-ионных аккумуляторов хватает ненадолго, а их емкость со временем снижается. С ними связана и еще одна проблема: для производства нужен кобальт, а 70% всего кобальта в мире добывают в Демократической Республике Конго. Это значит, что цепочка поставок очень неустойчивая — любое происшествие приведет к срыву производств по всему миру. К тому же само по себе производство кобальта требует много воды и энергии, а добывающие компании часто используют детский труд, так что назвать этот процесс ответственным и экологичным сложно.
Технологии, которые позволяют сделать альтернативные источники энергии более стабильными, уже существуют. Это, например, гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), которые используются для выравнивания суточного потребления электроэнергии. Когда нагрузки на сеть минимальные, избыток электроэнергии используется для перекачки воды в верхний резервуар, а в моменты пиковых нагрузок сбрасывается в нижний, генерируя электроэнергию, то есть по сути возвращая накопленные излишки.
Другая технология — хранение энергии с помощью сжатого воздуха. Принцип похож на ГАЭС: избыток энергии идет на подачу воздуха в резервуар, где тот хранится под давлением, а в моменты пиковых нагрузок выпускается и используется для вращения турбин, которые генерируют электричество. Есть также железо-воздушные аккумуляторы, батареи на расплавах солей.
Однако все эти технологии требуют масштабирования. Отрасль нуждается в значительно большем объеме инвестиций, чем есть сейчас, считает Ширли Менг, специалист по материаловедению и инженер в Университете Чикаго. «По сути мы пытаемся перепридумать всю систему электросетей», — констатирует она.