Відновлювана енергетика: альтернативи немає

Дуже повчально спостерігати, як засоби масової світової інформації висвітлюють світову енергетичну кризу. З початку осені, ще задовго до зими та опалювального сезону, стрічки новин переповнилися тривожними заголовками: «У Китаї посилюється енергетична криза: зупиняються заводи, в містах не працюють світлофори», «Катар не може допомогти перегрітому ринку газу, оскільки видобуток на максимумі», «У штатах Індії відключили електрику через скорочення запасів вугілля», «Єврокомісія рекомендувала країнам ЄС самим допомогти постраждалим від зростання цін на газ громадянам» і так далі.

Залякані не стільки поточними, скільки очікуваними рахунками за газ, гарячу воду та електроенергію, обивателі починають панікувати і поширювати подібні повідомлення. Чим це загрожує — цілком зрозуміло. Таке інформаційне тло радує, передусім, спекулянтів. Судіть самі: два повідомлення «ціни на газ у Європі наблизилися до 2000 доларів» і «ціни на газ у Європі знизилися до 1045 доларів за тисячу кубометрів» розділені навіть менше ніж однією добою, і далеко не всі читачі стрічки новин звертають увагу, що йдеться про торгівлю ф’ючерсами, а не реальним газом, і що сума угод є відносно невеликою. Проте зростання цін на газ, як і на інші енергоносії, справді стало тенденцією останніх місяців — на середину грудня ціна становила 1100-1500 доларів за тисячу кубометрів.

Звичайно, все це не залишається без наслідків для всієї світової економіки. Як серйозні дослідники, так і впливові блогери, наприклад американець Майкл Снайдер, попереджають, що глобальна енергетична криза виведе брак усього на абсолютно новий рівень. Уже, як завжди у скрутних ситуаціях, починається пошук винних: путінська Росія з її енергетичними амбіціями, Китай та «азіатські тигри», що скупили всі енергоносії, США, які обдурили зі сланцевим газом, або Катар, який не постачає очікуваної кількості газу, — список легко продовжити.

Але проблема в тому, що в цьому переліку дедалі частіше опиняється й зелена енергетика. І тут хотів би зупинитися та серйозно обговорити причини кризи та перспективи відновлюваної енергетики.

Почнемо з кризи. У неї є короткострокові та середньострокові причини, а також стратегічні передумови. До короткострокових належать: відносно холодна зима 20/21 років; спекотне літо (парадоксально — але використовуються кондиціонери); тривалі періоди слабких вітрів чи похмурих днів та інші погодні феномени. Людина поки що не має влади над стихіями природи. Звичайно, все це викликає підвищену витрату газу, що веде до спустошення газосховищ. А от причини, чому спорожніли газосховища, належать до середньострокових обставин, у корені яких лежать правильні чи хибні дії людей. Справа в тому, що виробництво енергії не може змінюватися так само швидко, як погода. Газові родовища треба розвідати, облаштувати, видобутий газ очистити, побудувати заводи зі зрідження, танкерний флот чи трубопроводи, транспортувати та розподілити. Тобто потрібен час, ресурси й те, що називається «тривалим інвестиційним циклом», в основі якого має бути впевненість в окупності витрат та одержанні прибутку. Саме цей момент і гальмує в Україні нарощування видобутку власного газу, що веде до бажаної енергетичної незалежності: багато родовищ виснажені, а наявні запаси газу вимагають найновіших технологій видобутку. Це — об’єктивна реальність і їй найкраще відповідає робота за довгостроковими контрактами зі стабілізованими цінами.

На жаль, прагнення поставити ідеологію та політику попереду економіки, трохи заощадити на короткострокових падіннях цін призвело до рішення європейських лідерів щодо переведення покупки газу на біржову основу з поступовим скороченням ролі довгострокових контрактів. Ще однією обставиною є динаміка споживання традиційних енергоносіїв. Загальносвітовою тенденцією є скорочення частки вугілля та нафти. Для газу ситуація неоднозначна: на «зрілих» ринках, таких, як Західна Європа, спостерігається багаторічна тенденція стагнації та падіння попиту на енергоносії, тоді як на азіатських ринках споживання останніми роками стабільно зростало і ціни там помітно вищі за європейські. Відповідно й виробники переорієнтовуються на ці ринки.

Обмеження пандемії COVID-19, падіння ділової активності, падіння попиту та цін, їх непередбачувані коливання зробили вкладання у традиційну енергетику ризикованими і уже призводять до скорочення геологорозвідки, уповільнення або припинення будівництва необхідної інфраструктури, скорочення фінансування наукових досліджень та технологічного прогресу.

Наступною помилкою (хронологічно — першою) були емоційні рішення низки країн про прискорене закриття атомних електростанцій — причиною стала аварія у Фукусімі, пов’язана з природним явищем, а не ненадійністю атомної енергетики як такої. У результаті атомна енергетика не змогла допомогти тоді, коли це стало особливо необхідно.

Стратегічними причинами світової енергетичної кризи, набагато масштабнішої, ніж нинішня, є обмеженість запасів енергоресурсів, дорожчання їх видобутку, досягнення піків видобутку й енергоспоживання, що їх перевищує, віддаленість термоядерної альтернативи. Звідси — стратегічний  висновок: якщо залишити все, як є, криза — невідворотна. Отже, виходить, що відновлювану енергетику слід розвивати, бо це єдина можливість якщо й не уникнути кризи, то хоч би пом’якшити її наслідки. Таке розуміння дозволяє з правильних позицій та у правильній перспективі оцінити стан і можливості відновлюваної енергетики

І, нарешті, набуває характеру нової ідеології і навіть релігії екологічний рух. Погіршення екологічної ситуації об’єктивно пов’язані з діяльністю людини. Упродовж останніх десятиліть вжито дуже серйозних заходів, і екологічна обстановка в країнах Європейського Союзу помітно оздоровилася — і з цього погляду переваги відновлюваної енергетики є незаперечними. Інша справа теорія глобального потепління, де це явище (досить суперечливе і не підтверджене спостереженнями тривалістю хоча б у кілька сотень років) пов’язується з діяльністю людини, зокрема з викидами вуглекислого газу та інших парникових газів. Киснева катастрофа (2,5 мільярда років тому), глобальне Гуронське заледеніння (2,3 мільярда років тому), Велике пермське вимирання (близько 252 мільйонів років тому вимерло до 95% всіх видів тварин і рослин), вимирання динозаврів (66 мільйонів років тому)) — усі ці та багато менш відомих екологічних, атмосферних та кліматичних катастроф за своїм масштабом непорівнянні із сучасним «глобальним потеплінням» і ніяк не пов’язані з людською діяльністю. Їхні причини слід було б ретельно вивчити. Тоді стало б зрозумілим значення поточних кліматичних змін і стало б можливим вироблення адекватного до них ставлення та науково обґрунтованої енергетичної політики. Але як неможливо було критикувати релігійні догми, так стало неможливо критикувати й теорію глобального потепління, що призводить до неприпустимого поспіху: вугільна та нафтова генерація мають бути обкладені «вуглецевим податком» та заборонені. Навіть атомна енергетика має просити про визнання свого «низьковуглецевого» статусу: на сьогоднішній день десять країн Євросоюзу звернулися до Брюсселя з проханням визнати ядерну енергію зеленою. У результаті і тут не знайшлося резерву, достатнього для стабілізації цін.

І ось тут потрібно тверезо подивитися на стратегічні передумови. Головна з них: усі перелічені вище види енергетики ґрунтуються на невідновлюваному паливі. При цьому, згідно з даними British Petroleum, доведені світові запаси нафти оцінюються в 1,734 трлн барелів або 244,6 млрд т. Доведені світові запаси газу оцінюються в 196,8 трлн. Доведені світові запаси вугілля оцінюються в 1069636 млн т (антрацит і кам’яне вугілля — 749167 млн т, 320469 млн т). Доведені світові запаси урану оцінюються в 6 147 800 т. Начебто обсяг доведених запасів достатній, щоб у найближчі десятиліття не турбуватися про їх брак (особливо це стосується вугілля), крім того, прогрес технологій дозволяє видобувати ресурси, які раніше належали до тяжковидобувних (наприклад, сланцевий газ). Але тут має місце друга причина: їх видобуток досить затратний, особливо там, де (майже всі) нові родовища містяться у важкодоступних і малонаселених місцевостях, що вимагає створення інфраструктури з нуля.

За наявних рівнів видобутку та вичерпання старих родовищ — і це третя передумова — вже стоїть питання про піки видобутку ресурсів. За песимістичними оцінками, світові піки видобутку нафти, газу, урану пройдено або буде пройдено до середини 30-х років. Пік видобутку нафти та ліцензійного конденсату пройдено 2018 року. Крім нафти та конденсату пройдено також світові піки видобутку вугілля та урану. Проходження світового піку видобутку газу очікується у найближчі десять-двадцять років. Максимум видобутку енергоносіїв (нафта + газ + вугілля + уран) у світі буде досягнуто 2035 року. Спроби використовувати термоядерні реакції  як «невичерпне джерело «мирної» енергії» (як це вбачалося в 60-х роках XX сторіччя) досі не вийшли за межі експериментів (четверта передумова), які не дали вирішального результату. Технології замкнутого ядерного циклу, що дійшли до стадії дослідно-промислової експлуатації, наражаються на кампанію проти ядерної енергетики. Інших же перспективних технологій, здатних покрити світові потреби, поки не існує.

До чого я веду?  Короткострокові обставини не мають бути причинами енергетичних криз. Середньострокові помилки та спекуляції, що стали реальною причиною сучасної кризи, повинні й можуть бути виправлені. Стратегічними причинами світової енергетичної кризи, набагато масштабнішої, ніж нинішня, є обмеженість запасів енергоресурсів, дорожчання їх видобутку, досягнення піків видобутку й енергоспоживання, що їх перевищує, віддаленість термоядерної альтернативи. Звідси — стратегічний  висновок: якщо залишити все, як є, криза — невідворотна. Отже, виходить, що відновлювану енергетику слід розвивати, бо це єдина можливість якщо й не уникнути кризи, то хоч би пом’якшити її наслідки. Таке розуміння дозволяє з правильних позицій та у правильній перспективі оцінити стан і можливості відновлюваної енергетики.

Про що йдеться? Спочатку з’ясуємо термінологію. «Зелена енергетика» — деякий ідеал екологічних рухів, що має на увазі абсолютно безпечне вироблення енергії за відсутності виділення вуглекислого й інших парникових газів, а також і всіх інших забруднень і негативних екологічних наслідків. Як і будь-який ідеал, така енергетика недосяжна. «Відновлювана енергетика» — це енергетика, заснована на відновлюваних джерелах. До них належать сонце, вітер, енергія водних потоків, хвиль, течій, припливів, геотермальна енергія, біопаливо. Відповідно, йдеться про сонячну або геліоенергетику, гідроенергетику  тощо. Її основні переваги: відновлюваність джерел, безкоштовність і повсюдна доступність ресурсів (за, на жаль, нерівномірного їх розподілу), короткий інвестиційний цикл (за винятком «великої» гідроенергетики), прийнятний екологічний тиск на довкілля, для вітрової та сонячної енергетики — відсутність води у виробничих процесах. Це дуже істотні переваги, тому частка відновлюваної енергетики у світовому енергетичному балансі, зокрема, у виробництві електроенергії, постійно зростає. У Норвегії практично вся електроенергія, що виробляється, базується на відновлюваних джерелах, попри наявність багатих запасів газу. Україна з її нинішньою часткою близько 9,2% поступається не лише передовим країнам, але й деяким пострадянським (Росія — 20,3%, Казахстан — 11,7%, Узбекистан — 10,3%).

Поновлювана енергетика залежить від погодних умов (передусім геліоенергетика та вітрогенерація), наявний нерівномірний територіальний розподіл ресурсів (як і для традиційної енергетики), відносно низький ККД сонячних панелей (від 5-7% для панелей із аморфного кремнію до 22% для панелей із дорогого монокристалічного кремнію).

Засобом компенсації нерівномірної генерації та розподілу є якомога ширше об’єднання енергомереж, а також щонайбільше зниження втрат енергії при передачі — заходи дуже корисні та можуть здійснюватися навіть поза зв’язком з особливостями вітро— чи сонячної генерації. Когенерація з використанням декількох джерел (наприклад, сонце + мала гідростанція, вітер + біопаливо), а також таких пристроїв, як теплові насоси та сонячні колектори, частково вирішує проблеми залежності від погоди. Розширення використання декількох джерел поки гальмується через вартість пристроїв, що входять у систему, досить високу для домогосподарств. Нинішня відсутність дешевих акумуляторів і швидкодіючих зарядних станцій не означає їх відсутності в майбутньому, і такі розробки активно ведуться, те ж саме можна сказати і про створення ефективних сонячних панелей.

Що ж можна було б запропонувати на майбутнє?

По-перше, не слід панікувати: поточна криза поки ще не справжня; справжня почнеться тоді, коли буде вже неможливо компенсувати падіння видобутку традиційних ресурсів, вичерпаються джерела традиційних видів палива або їх видобуток стане абсолютно нерентабельним. Щонайменше, декілька десятиліть у людства в запасі ще є.

По-друге, час, що залишився, потрібно використати  продуктивно: об’єднувати мережі, зменшувати втрати, відпрацьовувати нові технології відновлюваної енергетики (та інших її видів). Отож чималу частину коштів, які витрачаються на форсування енергопереходу, слід було б вкласти в наукові дослідження. Їх напрямки очевидні. Енергетичний баланс має бути точно прорахований. Ефективні сонячні панелі та вітрові турбіни, а також місткі та довговічні акумулятори повинні робитися на основі нових матеріалів і технологій, досить дешевих і простих щодо утилізації. Когенерація та розподіл енергії мають бути оптимізовані. Перехід на поновлювану енергетику слід здійснювати на основі технологій наступних поколінь. І для цього потрібні наукові відкриття в різних галузях природничих наук, досконалі математичні моделі, інноваційні прикладні результати.

По-третє, необхідно враховувати регіональні особливості — і в масштабі континентів,  і окремих країн. І Європа (за винятком хіба що Норвегії), і Україна знаходяться в непростій ситуації, не маючи стратегічних запасів газу та зазнаючи енергетичного тиску східних сусідів. Причому, в Україні склалося ще й несприятливе екологічне становище. Тому надзвичайно важливими є дослідження та розробки Інституту відновлюваної енергетики НАН України, що системно акумулюють світові досягнення та вітчизняний досвід створення енергетичних програм. Згідно з останніми розрахунками ІВЕ НАНУ, якщо  2015 року частка відновлюваних джерел енергії у виробництві електроенергії в Україні складала 5%, то  2020 року вже досягла 9,2%, і якщо підтримка з боку держави та бізнесу не послабне,  2025-го повинна скласти 13,1%, а  2035-го — 20,3%.

Ця перспективна частка-2035 буде ще вчетверо меншою, ніж уже зараз у Норвегії, Бразилії та Новій Зеландії та вдвічі меншою, ніж у Німеччині, Іспанії та Румунії. Але головне на сьогодні для відновлюваної енергетики — це зберегти цю тенденцію росту та підтримувати її на всіх рівнях, від наукового до державного.