Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
Обобщение различных прогнозов и сценариев развития энергетических рынков и ветряного сегмента возобновляемой энергетики показывает интервал от 7 до 30,6 % – такую долю в мировом производстве электричества может занять ветроэнергетика к 2050 г.[94] При этом во многих технологически развитых странах доля ветроэнергетики может приближаться к верхней границе указанного интервала или даже превосходить ее. Дания, как мы видели, уже производит порядка 40 % электричества посредством энергии ветра, а по мнению министерства энергетики США в 2050 г. ветроэнергетика может вырабатывать 35 % американской электроэнергии[95]. Здесь, как и в других сегментах возобновляемой энергетики, дальнейшее развитие во многом будет зависеть от совершенствования технологий и развития сравнительных экономических преимуществ.
Биоэнергетика
Я не понимаю, чем вы будете топить. Газа вы не хотите, атомную энергетику не развиваете. …Дровами, что ли?
В. В. ПутинБиоэнергетика – выработка тепловой и электрической энергии на основе быстро возобновляемого органического сырья (биомассы). Биомассу называют накопленной солнечной энергией, подразумевая решающую роль солнца в образовании органических веществ.
Старейшим примером биоэнергетики (да и энергетики вообще) является сжигание дров для обогрева и приготовления пищи. Когда вы готовите шашлыки на дачном мангале, вы в общем-то тоже участвуете в биоэнергетическом процессе. Для обозначения такого способа выработки энергии, являющегося по нынешним критериям не самым эффективным и экологически чистым, используется термин «традиционная биомасса». Специалисты разделяют «традиционную биомассу» (traditional biomass) и «современную биомассу» (modern biomass) для того, чтобы отличать, в том числе и для целей статистики, возникшие недавно эффективные формы биоэнергетики от известного с начала времен использования растительного сырья для разведения огня. Традиционная биомасса покрывает сегодня 9 % мирового потребления энергии. Столь внушительная доля обусловлена тем, что порядка 2,6 млрд жителей Земли не имеют доступа к современным благам цивилизации и используют «подручное» сырье растительного происхождения для обогрева и приготовления пищи.
Хотя вездесущая статистика учитывает любые формы и подвиды использования биомассы, нас больше интересуют современные виды биоэнергетики, нежели разведение костров. Поэтому основное внимание мы уделим здесь именно современным способам освоения биологических источников, создающим конкуренцию углеводородам.
Совершенствование техники извлечения энергии из биомассы, повышение КПД энергоустановок, а также учет экологических факторов для снижения негативных последствий для экосистемы являются отличительными признаками современной, «новой» биоэнергетики, основными источниками которой являются:
1. Твердое топливо – древесина, древесные гранулы (пеллеты), производимые из отходов деревообработки и используемые для выработки тепла и электроэнергии.
2. Биогаз, получаемый из биологических отходов, специально выращиваемых «энергетических растений» (рапс, кукуруза), силоса, навоза, птичьего помета и т. п.
3. Жидкое биотопливо (спирт, биодизель), производимое из сахарного тростника, кукурузы, сои, сахарной свеклы, пальмового масла и т. п.
Разнообразие источников биологической энергии и современных методов их переработки позволяет применять биологическое возобновляемое сырье практически во всех сферах жизнеобеспечения: в производстве тепла, электроэнергии, транспортного топлива.
В отличие от солнечной и ветряной генерации выработка энергии из биологических источников является процессом, полностью контролируемым человеком. В этом плане биоэнергетика сходна с энергетикой традиционной. Технологический процесс производства энергии из возобновляемого органического сырья также почти не отличается от процессов газовой или угольной генерации. По сути биоэнергетика отличается от традиционной углеводородной энергетики только видом используемого сырья.
Возобновляемое растительное сырье обеспечило в 2013 г. 10 % мирового предложения первичной энергии – примерно 56,6 ЭДж (эксаджоулей)[96]. На «традиционную биомассу» в этой величине приходится 60 %. Доля «современной биомассы» складывается из 13 ЭДж, направляемых на цели отопления, и по 5 ЭДж используется для производства электроэнергии и биотоплива.
Таким образом, «современная биомасса» используется в первую очередь для производства тепловой энергии: 296 ГВт – совокупная мощность тепловой (био) генерации в мире[97]. Установленная мощность электрической генерации в мировой биоэнергетике в 2013 г. составила 88 ГВт с годовой выработкой 396 ТВт · ч. Прогноз роста к 2020 г. – 133 ГВт (615 ТВт · ч в год)[98]. Жидкое биотопливо покрывает 2,7 % потребностей мирового транспорта (2013 г.).
Твердое топливо
Вернемся к словам нашего президента, вынесенным в эпиграф данной главы. Да, современные европейцы и североамериканцы все больше топят «дровами», и древесное топливо занимает все большую долю в топливно-энергетическом балансе экономически развитых стран. Можно сказать, мы являемся свидетелями ренессанса печного отопления на более высоком технологическом уровне. Достаточно бросить взгляд на впечатляющие статистические данные производства и потребления древесных гранул (пеллет).
Если в 2000 г. их производство в Европе и Северной Америке составило 1,5 млн т, то в 2011 г. уже 16 млн т[99]. Другой источник сообщает нам, что в Европейском союзе в 2013 г. было потреблено 15 млн т пеллет (с годовым ростом 1 млн т, начиная с 2010 г.)[100].
Сегодня в Европе древесное отопление конкурирует с остальными способами теплоснабжения (явно превосходя, например, дизельное отопление). При этом, однако, картина его распространения по странам неоднородна. Так, в Австрии на человека приходится 50–60 кг пеллет в год, в Германии – 11 кг[101]. При организации отопления в новостройках пеллетное отопление выбирается в Австрии в 35 % случаев, в Германии – в 6 %. В Швеции биоэнергетика, преимущественно древесное сырье, обеспечивает функционирование более половины отопительных мощностей. Сюда относятся и индивидуальные пеллетные котлы, и крупные тепловые станции систем центрального отопления[102]. В Германии, Австрии и Италии пеллеты используются главным образом для отопления и горячего водоснабжения жилых домов (в год в Европе продается примерно 300 000 индивидуальных пеллетных котлов), в Великобритании, Нидерландах и Бельгии – для промышленной выработки электроэнергии. В Швеции и Дании развиты оба этих сегмента. Древесное топливо является главным источником энергии в Финляндии (обеспечивая примерно 25 % общего потребления), и доля его растет[103].
По данным исследования, проведенного французским Агентством окружающей среды и управления энергией (ADEME), все больше французов выбирает дерево в качестве топлива для своих жилищ. На сегодняшний день примерно 7,4 млн домохозяйств отапливается с помощью древесного сырья. Еще недавно, в 2009 г., их было всего 5,9 млн[104]. Любопытно, но объем сжигаемой древесины при этом не увеличился, поскольку рост энергоэффективности зданий и эффективности теплового оборудования обеспечивают меньшие удельные затраты топлива на обогрев жилищ. И Франция не страдает от истощения своих лесных богатств. Напротив, площадь лесов возрастает: в XX веке она выросла на 6 млн га и в настоящее время составляет 29 % всей территории страны.
Похожая ситуация и в лесном хозяйстве Германии. Несмотря на бум дровяного отопления и доминирующую долю собственного сырья, леса занимают примерно треть территории, а их площадь увеличилась на 0,4 % за последнее десятилетие[105].
В крупной биоэнергетике в качестве топлива используются не только древесные гранулы, но и отходы деревообработки разных видов. Например, в Бельгии в настоящее время реализуется проект крупнейшей в мире теплоэлектростанции (ТЭС) Bee Power Gent, которая будет работать на древесной щепе. Ее электрическая мощность составит 215 МВт, а тепловая – 100 МВт[106]. ТЭС будет вырабатывать примерно 2 % бельгийской электроэнергии и позволит обеспечить электричеством 450 000 домохозяйств.
Кстати, бурное развитие биоэнергетики, основанной на сжигании сырья древесного происхождения, создает хорошие предпосылки для расширения российского экспорта отходов и продуктов из отходов деревообработки. К тому же прогнозируется, что к 2025 г. рынок вырастет примерно в два раза, его размер превысит 50 млн т. В 2013 г. Европа импортировала 6,4 млн т пеллет. При этом доля России составила всего 0,64 млн т, в то время как Канада и США поставили в Европу 2 и 2,8 млн т соответственно[107]. Видимо, отходов российского лесного хозяйства недостаточно для экспорта, поскольку они сжигаются в качестве «порубочных остатков», усугубляя и без того тяжелую экологическую ситуацию, как это происходило в ноябре 2014 г. в Подмосковье…
