В последнее время я много писал о глобальном потеплении и энергетической инфраструктуре. Отчасти это связано с тем, что с COP27 поступает много новостей, но также и потому, что как здесь, так и на SGU состоялось оживленное и содержательное обсуждение этого вопроса. Кроме того, это очень сложный вопрос, и по мере того, как люди поднимают новые вопросы, я получаю новые источники информации. Я пытаюсь составить как можно более полную и объективную картину ситуации.
Цель, конечно же, состоит в том, чтобы быстро обезуглерожить энергетическую инфраструктуру мира. Нам нужно не только сделать это, но и сделать это быстро и с минимальными затратами. Кроме того, нам нужен план на следующие 30 лет, и, по сути, у нас не осталось никаких вторых шансов. Если мы хотим, чтобы температура оставалась как можно ниже 2,0 ° C, и даже если у нас есть быстро угасающая надежда на то, что температура будет ниже 1,5 ° C, у нас есть только один шанс. Это означает, что если нам придется скорректировать курс через 20 лет, это все еще может улучшить ситуацию, но, скорее всего, будет слишком поздно для достижения наших целей в области климата.
Я считаю, что наиболее убедительными аргументами экспертов являются те, которые выступают за то, чтобы делать все, что в их силах. Мы должны выбирать низко висящие плоды, делать все, что в наших силах, но в то же время подстраховываться. Если мы хотим что-то переплюнуть.
Одним из спорных вопросов было то, возможно ли и целесообразно ли планировать инфраструктуру 100%-ной возобновляемой энергетики. Разговор осложняется некоторыми техническими терминами, поэтому позвольте мне дать им определение.
“Возобновляемые источники энергии” включают в себя ветровую, солнечную, гидроэлектрическую, геотермальную, приливную энергию и биомассу. Низкоуглеродная энергия включает в себя все это, а также ядерную энергию, которая технически не возобновляема, поскольку использует топливо. “Непостоянными” источниками являются ветер и солнечная энергия, потому что мы не можем контролировать, когда светит солнце или когда дует ветер. Одна из самых больших ошибок в общении, с которой я сталкиваюсь, – это путаница между “возобновляемыми” и “непостоянными” источниками, поэтому я хочу, чтобы эти термины были понятны.
Моя цель здесь – просто понять, что говорят эксперты и каковы доказательства. В остальном, как говорится, я не участвую в этой охоте с собакой. Насколько я понимаю, хотя ветер и солнечная энергия являются самыми дешевыми новыми источниками энергии, они становятся все более дорогими и проблематичными по мере увеличения их доли в производстве электроэнергии. Но, опять же, мою позицию часто искажают, поэтому позвольте мне пояснить.
Нет никаких сомнений в том, что при проникновении ветровой и солнечной энергии выше 30% или около того стоимость новых мощностей возрастает. Это связано с тем, что для работы с более высоким процентом непостоянных источников требуются избыточные мощности и сетевые хранилища. Это геометрическая прогрессия, с точкой перегиба где-то около 30%. Это не предел или потолок, это точка перегиба. На самом деле кривая начинает подниматься примерно на 60%.
Некоторые эксперты обеспокоены (и я разделяю их обеспокоенность) тем, что, если план на ближайшие 30 лет будет полностью основан на ветроэнергетике и солнечной энергии, мы можем столкнуться с практическими верхними пределами без плана Б. Эти пределы включают подходящие места для ветроэнергетики и солнечной энергии, а также необходимость увеличения капиталовложений, наличие сырья, а также необходимость обновления сети (чтобы сделать ее более умной и надежной). Очевидно, что мы должны обновлять сеть по мере необходимости, но если это не соответствует потребностям, это может стать проблемой.
Другой важной переменной является сетевое хранилище. При достаточном количестве сетевого хранилища, хорошо распределенного, мы можем на 100% использовать ветровую и солнечную энергию. В настоящее время у нас нет такого сетевого хранилища, поэтому мы снова делаем ставку на будущую мощность, которой у нас в настоящее время нет. Сетевое хранилище также должно иметь возможность регулировать производство энергии в соответствии с потребностями в течение нескольких часов, дней и даже сезонов (для солнечной энергии).
Опять же, вопрос в том, какова вероятность того, что 100%-ная схема возобновляемых источников энергии (которая должна включать около 80% энергии ветра и солнечной энергии) будет успешной, а это означает, что у нас будет достаточное количество обновлений энергосистемы и сетевых хранилищ? А если это не удастся, каков наш план Б? Стандартный план “Б” заключается в сжигании ископаемого топлива, и это будет стоить нам достижения наших целей в области климата. Вот почему я нахожу убедительными аргументы экспертов, которые говорят, что нам нужно сохранить, по крайней мере, наши ядерные мощности и, возможно, даже немного расширить их, чтобы снизить вероятность того, что нам придется сжигать ископаемое топливо, чтобы восполнить любой недостаток в 100% возобновляемой схеме. Это также означает, что нам нужно развивать ядерный потенциал сейчас, потому что через 20 лет будет слишком поздно.
Я по-прежнему считаю, что это наиболее разумная позиция. Однако недавно я изменил свое представление о том, насколько вероятно, что мы сможем создать достаточное количество сетевых хранилищ, благодаря недавнему анализу конкретной стратегии сетевого хранения – гидроэлектростанции с замкнутым контуром перекачки.
Гидроэлектростанция с насосом всегда была одним из лучших вариантов хранения электроэнергии в сети, и сегодня на ее долю приходится 99% всей электроэнергии в сети. Идея состоит в том, чтобы перекачивать воду из нижнего резервуара в верхний, когда в сети появляется избыток энергии, а затем перекачивать воду из верхнего в нижний через турбины для выработки электроэнергии, когда это необходимо. При этом энергоэффективность в обоих направлениях составляет около 80%, что довольно неплохо для сетевых аккумуляторов. Только литий-ионные аккумуляторы лучше – около 92%.
Проблема с гидроэлектростанциями с насосом заключается в том, что количество подходящих мест ограничено, а речные гидроэлектростанции, как правило, разрушают местные экосистемы, поэтому их значительное расширение не является хорошей идеей.
Однако внимание переключилось на гидроэлектростанции с насосом замкнутого цикла. Эти сооружения не подключены к реке и не могут использоваться в качестве источника гидроэлектроэнергии. Они выполняют исключительно функцию сетевого хранилища. Их можно строить везде, где есть два резервуара с водой, которые расположены достаточно близко и имеют достаточный перепад высот (так называемый верхний уровень). Если, например, резервуары имеют напор 300 метров и расположены на расстоянии 1 км друг от друга, это хорошее место для системы с замкнутым контуром. Есть и другие важные геологические детали. Два резервуара соединены туннелями или трубами, поэтому важно, какой объем породы потребуется пробурить.
Недавний анализ глобального потенциала в области гидроэнергетики с замкнутым контуром позволяет выявить 616 000 потенциальных объектов по всему миру. Они также пришли к выводу, что нам нужно всего 0,1% этих участков для создания достаточного количества гидроаккумулирующих систем для обеспечения ветровой и солнечной энергии. Это означает, что мы можем выбрать лучшие 0,1% участков для строительства. Они также утверждают, что предыдущие анализы потенциала гидроэлектростанций с гидронасосами не учитывали потенциал неречных систем с замкнутым циклом.
Анализ потенциальных объектов в США включает интересное обсуждение. Во-первых, это также свидетельствует о большом неиспользованном потенциале, который составляет 35 тераватт-часов мощности. Но они также отмечают, что такие расчеты чрезвычайно чувствительны к техническим предположениям о пригодности и стоимости разработки конкретных участков.
Я надеюсь, что эти анализы в целом верны и что гидроэлектростанции с замкнутым контуром – это то решение для хранения энергии, которое мы искали. Это значительно облегчит и повысит вероятность достижения наших целей в области климата. У меня есть общее опасение, основанное на моем опыте, что первоначальный энтузиазм по поводу новых идей и технологий не всегда реализуется. Посмотрим, что произойдет, когда идея привлечет больше внимания, а другие эксперты обратят внимание на детали. Нам также нужно посмотреть, что произойдет, когда будут разработаны подходящие участки – сколько времени это займет на самом деле и сколько это будет стоить на самом деле?
В США самое современное гидроаккумулирующее сооружение было построено более 50 лет назад, а последнее – 30 лет назад. Таким образом, мы, как ни странно, находимся в том же положении, что и в случае с ядерной энергетикой. Кроме того, процесс регулирования очень медленный, занимает минимум 5 лет, а часто и гораздо больше (для этого необходимо получить одобрение как на уровне штата, так и на федеральном уровне). С 2018 года действует ускоренный процесс утверждения на 2 года, но объекты не всегда соответствуют требованиям качества и по-прежнему нуждаются в более длительном процессе. Закон о снижении инфляции предусматривает общую налоговую поддержку проектов по хранению энергоресурсов, но в остальном ничего не делает конкретно для гидроэлектростанций. И суть в том, что в настоящее время в США не планируется строительство большого количества гидроэлектростанций с замкнутым циклом работы.
Но, ознакомившись с этими исследованиями, я в целом стал более оптимистичным. Надеемся, что к концу этого десятилетия мы увидим несколько новых гидроустановок с насосом замкнутого цикла, которые предоставят дополнительную информацию для дальнейшего развития. Если этот процесс будет продолжаться в том же духе, то нам нужно будет вложить серьезные ресурсы в разработку установок, а также оптимизировать процесс регулирования и рассмотреть способы облегчения доступа к финансированию. Это именно те инвестиции, которые могут существенно повлиять на достижение наших целей в области изменения климата.
