Блог компании FirstVDS. Автор: klimensky. Переход на зелёные, или альтернативные источники энергии — острая тема последних лет. Даже в самые турбулентные годы разговоры про новые ветряки и солнечные панели не прекращаются. Самые разные страны — от небольшого Азербайджана до огромного Китая — ставят себе цели по переходу на возобновляемые источники энергии.

И всё бы хорошо, но красивая картинка не всегда соответствует действительности. Разберёмся, почему из-за высокого спроса на батареи портится питьевая вода в Андах, а мода на солнечные батареи создала токсичные свалки. И почему не всегда она такая зелёная эта зелёная энергетика.

Зелёная, безуглеродная, возобновляемая

Для начала разберёмся с терминами. Путаница начинается уже на этапе, когда мы пытаемся сформулировать определение «зелёная энергия». Рассмотрим три варианта определений:

1. электроэнергия, добываемая из источников, которые возобновляются быстрее, чем расходуются;
2. электроэнергия, при производстве которой не выбрасывается или почти не выбрасывается углекислый газ;
3. электроэнергия, производство которой не вредит природе, экологии, внешней среде.

Первое определение ближе всего к тому, что принято называть «возобновляемые источники энергии», или ВИЭ. Иногда этот сектор называют альтернативной энергетикой. К ней относятся солнечные и ветряные электростанции, геотермальная энергия, энергия приливов и малые гидроэлектростанции, а также биоэнергия.

Самыми тиражируемыми видами ВИЭ остаются солнечные и ветряные электростанции, а лидером по их вводу — Китай. Ситуация, скорее всего, не изменится в 2023 и 2024 годах

По прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), в 2023 году в мире появится ещё 107 ГВт новых мощностей ВИЭ — это рекорд по абсолютному приросту. Лидер этого энергоперехода — Китай. По тем же прогнозам, к 2024 году на него будет приходиться больше половины всех уставных мощностей ВИЭ в мире.

Если есть альтернативная энергетика, то должна быть и традиционная. К этому сектору относится всё то, к чему мы привыкли:

1. тепловые электростанции, или ТЭС на угле, газе, дизельном топливе, которые работают за счёт тепла от сжигания топлива;
2. крупные гидроэлектростанции, или ГЭС мощностью выше 25 МВт, для работы которых нужно создавать большой напор воды;
3. ядерная энергетика.

Разделение между традиционной и альтернативной энергетикой провести довольно легко. Альтернативные источники энергии восстанавливаются быстрее, чем человек успевает их использовать.

В традиционной энергетике топливо конечно, его запасы ограничены. Исключение — крупные ГЭС, но о причинах, почему их обычно не относят к ВИЭ, мы расскажем чуть позже.

Традиционная энергетика всё ещё лежит в основе мировой энергосистемы. Причём самая значительная её часть приходится на неэкологичный уголь

Второе определение употребляется, когда «зелёная энергия» равна «безуглеродной энергии». К ней относят все виды ВИЭ плюс гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС). При этом и атомная, и гидроэнергетика претендуют на «зелёность», но обычно до неё не дотягивают.

Примерная схема работы атомного реактора. За счёт реакции контролируемого распада греется вода, и пар вращает турбину. В процессе не выделяется углекислый газ

В основе работы АЭС лежит простой принцип парового двигателя. В реакторе происходит постоянная реакция деления ядер урана, выделяется много энергии. Она переходит в тепло и нагревает поступающую к реактору воду. Та превращается в пар, вращает турбину и вырабатывает электричество.

Всё бы хорошо, но в процессе образуются радиоактивные отходы. Пока полностью обезопасить их не получается, так что до звания зелёной АЭС пока далеко. Более того, по прогнозу World Nuclear Association, уже к 2035 году может возникнуть дефицит топлива для атомной энергетики.

Если мы говорим про ГЭС, для её работы нужен напор воды, который вращает турбину. Обычно его получают с помощью строительства плотины или других конструкций, которые меняют течение реки. Если для работы ГЭС нужно создать водохранилище, то это может сильно изменить экологию территории.

ГЭС работают за счёт напора воды, который приводит в движение турбину, а она, в свою очередь, запускает генератор

Из-за этого в России принято считать ВИЭ только малые ГЭС — мощностью до 25 МВт. К ним, в том числе относятся приливные электростанции, или ПЭС. Работают они точно так же, но устанавливаются в прибрежной территории.

В России работает единственная приливная станция — Кислогубкая ПЭС, которая находится на Кольском полуострове

Самое сложное определение зелёной энергетики — третье. С одной стороны, его как будто можно приравнять с первым. С другой, очень сложно оцифровать влияние на природу и экологию. К тому же, если посмотреть совсем вглубь, такого просто не бывает.

Зелёный тупик

Дальше мы будем говорить про зелёную энергетику как про систему, в основе которой находятся возобновляемые источники энергии, или ВИЭ.

Так называемый энергетический переход — это увеличение доли зелёной энергии в мировой энергосистеме. Сюда же можно включить такие технологии, как, например, замена традиционного транспорта на электрокары.

Китайский производитель электроавтомобилей BYD стал лидером по производству автомобилей в 2022 году, обогнав Tesla по доле рынка

Но чем активнее экономика внедряет ВИЭ, тем больше требуется металлов для производства комплектующих, аккумуляторов и другой инфраструктуры. Почти весь этот спрос (около 95%) приходится на три металла — железо (конкретнее — сталь), медь и никель.

Может случиться так, что мировая экономика не будет покрывать этот растущий спрос. Не так давно Financial Times предупредила, что добываемой сейчас меди не хватает, и её производство будет и дальше сокращаться. Это связано с падением цен на металл (с $10 000 на пике год назад до $8 000 сейчас). Новые шахты просто невыгодно открывать, а старые будут закрываться.

Но это проблемы в долгосрочной перспективе. Электростанции на ВИЭ очень сильно зависят от природных условий.

Например, приливные электростанции, ПЭС, могут работать только в связке с более стабильными источниками энергии. Выработка на ПЭС сильно колеблется даже в течение суток. Поэтому рассчитывать только на ВИЭ пока нельзя, и в пару к ним часто идут «сомнительные» с точки зрения экологии АЭС или даже «грязные» тепловые электростанции.

Бывает и наоборот, когда энергии вырабатывается слишком много. Разберём на примере ветряных электростанций, или ВЭС. Если скорость ветра высокая и держится достаточно долго, то ВЭС вырабатывают слишком много электроэнергии. Это приводит к отрицательным ценам: потребителям платят за то, чтобы они приняли электричество. Такое часто происходит в странах с большой долей ВИЭ в энергосистеме — в Дании, Нидерландах, Финляндии, Германии или Бельгии.

Когда на оптовом рынке слишком много электроэнергии, баланс спроса и предложения смещается в зону отрицательных значений

Избыток энергии можно хранить, хотя такие системы и увеличивают стоимость электроэнергии. В основе систем хранения лежат обычно литий-ионные аккумуляторы. Наряду с электромобилями, хранилища зелёной электроэнергии стимулируют спрос на этот металл.

Больше половины мировых запасов лития находятся в Боливии, Аргентине и Чили. На границе трёх этих стран, в Андах, расположился так называемый Литиевый треугольник.

Примерное расположение знаменитого Литиевого треугольника — зоны на границе трёх латиноамериканских стран

В основном литий добывают из подземных рассолов. Богатую солями воду выкачивают в наземные бассейны, где хлорид лития «выпаривается» на солнце. Но пока идёт этот процесс, едкие соли разносит ветром. Они вредят почве, портят питьевую воду и могут даже ослепить животных. Такова цена энергетического перехода.

Так выглядят поля бассейнов с литиевыми рассолами

Иногда влияние ВИЭ может быть настолько негативным, что от строительства электростанций вовсе отказываются. Например, уже много лет идут разговоры о строительстве в Сахаре солнечной электростанции. Панели могли бы покрыть более 20% пустыни.

Но проект до сих пор не был реализован, и причин тому две. Прежде всего, солнечные панели изменят так называемое альбедо — отражающую способность местности. У песка она достаточно высокая, а у солнечных панелей — ниже. Из-за этого Сахара может нагреться ещё больше.

Вторая причина совсем банальная — плохая инфраструктура. При передаче электроэнергии в населённые части Африки будет теряться одна пятая энергии. Рентабельность такого проекта очень сомнительна.

Ещё одна острая проблема — утилизация, и особенно часто о ней вспоминают, когда говорят о солнечных панелях. К 2050 году в мире может накопиться от 60 до 78 млн тонн таких отходов.

Страны с большой долей СЭС в энергосистеме первыми ощутят на себе влияние «солнечных» отходов

Хотя срок службы панелей довольно высок, потребители-частники не всегда дожидаются его окончания и покупают новые панели. Если старые сдали на переработку, то уже хорошо. Если же их отправили на свалку, то они могут отравлять почву тяжёлыми металлами.

Зелёные страшилки

Хотя у зелёной энергии не всё так гладко, излишне демонизировать её не стоит. Но с этим мнением согласны не все, поэтому мифов вокруг ВИЭ гигантское количество. Особенно обывателей пугают ветряки — больше всего баек и легенд именно про них.

Один из самых популярных мифов — про гул ветряных станций. Якобы инфразвук, который создают лопасти при вращении, негативно влияет на здоровье, вызывает головные боли и мигрени. Никакого научного подтверждения этому нет.

Ветряные электростанции шумят не сильнее, чем обычные бытовые приборы. Максимум — как газонокосилка

Другой миф, связанный со здоровьем — про вспышки света из-за движения лопастей. Считается, что из-за того, что они создают колебание тени и света, у некоторых людей могут возникать эпилептические приступы. Этот миф мало кто воспринимает всерьёз.

Другая история — полумиф-полуправда. Работа ветряков может сказаться на среде обитания диких животных. Прибрежные ветряки в США недавно обвинили, что из-за них киты выбрасываются на берег. Прямых доказательств этому нет. Но экоактивисты говорят, что такое могло случиться из-за того, что оффшорные (прибрежные) ветряки дезориентировали китов.

Экоактивисты связали строительство морских ВЭС и гибель морских животных. Погибло как минимум 25 млекопитающих

А вот на птиц действительно ветряки могут влиять, особенно если лопасти перерезают маршрут перелётным птицам. Чтобы снизить влияние лопастей на пернатых, применяют разные хитрости. В Нидерландах недавно временно притормозили ВЭС до двух оборотов в минуту, чтобы пропустить перелётных птиц.

Самая смешная история связана с несчастными приливными электростанциями. Существует миф, что ПЭС своей работой замедляют вращение Земли (да, целой планеты) и портят экологию. Где-то у Баренцева моря икнула маленькая приливная электростанция.

Надежда на лучшее

При всех своих недостатках, зелёная энергетика всё-таки остаётся востребованной. Новые станции строятся, а старые проекты доказывают свою эффективность.

Возобновляемые источники энергии могут сделать экономику менее зависимой от ископаемых ресурсов. Например, маленькая европейская страна Черногория с 2016 по 2021 год нарастила долю ВИЭ до 35% в своём энергобалансе, чтобы снизить потребление горючего топлива. Как результат, ещё и сократились выбросы углекислого газа на 20%.

Большие экономики за пределами ЕС не отказываются от идеи углеродной нейтральности (снижение выбросов CO₂ до нуля) даже на фоне турбулентности последних двух лет. Китай поставил цель к 2060 достичь нулевых значений нетто-эмиссий. Китай хочет прийти к такому уровню выбросов, когда они будут естественным образом поглощаться лесами и мировым океаном.

Китай давно обогнал идеологических лидеров зелёной энергетики по темпам ввода ВИЭ

Но несмотря на темпы строительства ВИЭ-электростанций, Китай ещё только идёт к своему пику углеродных выбросов, который ожидается в 2030 году.

Вернёмся к зелёной энергетике. Все те проблемы, о которых мы говорили, остаются. Зелёная энергия всё ещё нестабильна, её хранение делает электроэнергию дороже, а утилизация пока несовершенна. Но все эти процессы постепенно улучшаются.

Иногда появляются довольно забавные разработки. Например, финские компании предложили заменить литий на песок в системах хранения энергии. Своеобразные хранилища из горячего песка должны помочь переводить излишки энергии в отопление.

Изобретение пока не очень эффективно, но идея достойна внимания. Песок — более чем экологичная альтернатива токсичному литию

Много разработок касаются утилизации отходов и их повторному использованию. Два года назад московские учёные из института МИСиС запатентовали технологию, которая позволяет безопасно вскрывать литий-ионные аккумуляторы.

Обычно такие эксперименты заканчиваются взрывом, но московские учёные придумали и запатентовали криогенно-вакуумную установку. По их словам, она же ещё должна сократить себестоимость производства аккумуляторов.

Так или иначе, и у зелёной, и у традиционной энергетики есть как минусы, так и плюсы. По этой причине не стоит очаровываться красивой картинкой. Но и лишняя демонизация технологий ни к чему хорошему не приведёт.

Буквально после написания статьи компания Siemens признала, что зеленая энергетика убыточна, но надеется, что к 2026 году она станет рентабельной. Если в 2023 году зеленая генерация принесла концерну убытки в €4,3 млрд, то в 2024 году принесет уже €2 млрд, а в 2026 производство турбин и строительство ветропарков даже может стать прибыльным. Siemens объявила о реорганизации Siemens Gamesa, которая занимается ветряным бизнесом.

В действительности вся зелёная энергетика в широкой массе глубоко убыточна. А правительства субсидируют около половины ее затрат за счёт налогоплательщиков. Если бы все эти зелёные проекты окупались, то им не требовались бы субсидии и массивные списания.