Военные действия России на территории Украины спровоцировали первый в истории мировой энергетический кризис. Необходимость переустройства топливно-энергетической системы обсуждалась и ранее, в связи с изменением климата и заявленными целями стран в этом направлении. Однако действия России привели к необходимости срочного преобразования системы. Это беспрецедентная по сложности и срокам задача.

Россия была крупнейшим поставщиком углеводородов в Европу, и резкое изменение цепочек поставок и игроков приведет к глобальному переустройству рынка энергоресурсов. Однако, несмотря на колоссальные сложности, связанные с трансформацией системы, это еще и шанс для масштабного перехода на альтернативные источники энергии.

В этой статье мы рассмотрим некоторые технологии, которые уже сейчас могут применяться, планируются к масштабированию и в ближайшем будущем могут быть запущены для решения энергетического кризиса и зеленой трансформации системы.

Европу и Россию связывают длительные торговые отношения, в частности это касается энергетического сектора и промышленной отрасли. Резкое сокращение поставок чревато как нарушением производственных процессов, так и увеличением стоимости конечных товаров и сервисов для европейских потребителей.

Но, несмотря на ресурсную зависимость Европы от России и возможные риски на всех этапах энергетического кризиса, европейские политики приняли решение по отказу от российских ресурсов и товаров, чтобы таким образом не спонсировать российский режим в его действиях в Украине.

Объем экспорта товаров из России в Европу в 2022 году значительно сократился по причине военных действий России в Украине и последующих санкций, наложенных на РФ Евросоюзом.

Доля всех российских товаров в европейском импорте снизилась с 9,5 до 4,3% в период с февраля по сентябрь 2022 года. Интересно посмотреть на снижение доли ключевых продуктов: объемы поставки угля уменьшились с 45% в 2021 году до 21% в 2022 году, газа – с 36 до 21%, железа и стали – с 16 до 10%, удобрений – с 29 до 21%.

Отказ от российских товаров происходил и происходит не одномоментно, а с каждым новым принятым пакетом санкций Евросоюза в отношении России. У Европы все же было немного времени в течение года, чтобы подготовиться к возможному энергетическому кризису, планируя все большее сокращение поставок энергоресурсов из России. В течение 2022 года страны ЕС почти полностью заполнили свои газовые хранилища, чтобы как можно более безболезненно снижать закупки газа в России.

Согласно отчету ЦБ РФ за IV квартал 2022 года объем поставок энергоносителей из России в Европу сокращался с каждым месяцем. Падение поставок нефти составило в годовом исчислении (г/г) 30% в октябре. В III квартале 2022 года оно составляло 23% г/г. Поставки угля прекратились совсем с 10 августа в связи с запретом на его импорт. Падение экспорта природного газа в страны дальнего зарубежья в IV квартале ускорилось по сравнению с III кварталом (61%) до 64% г/г в основном по причине прекращения поставок газа в ЕС по трубопроводу «Северный поток – 1» в августе.

Европа держит уверенный курс на отказ от российских товаров и энергоресурсов. Это можно осуществить тремя способами: найти альтернативу на других рынках, нарастить собственное производство или снизить потребление. Все три пути сейчас прорабатываются.

Но есть и четвертый путь, который связан со снижением потребления энергоресурсов в традиционном виде, – это новые зеленые технологии, модернизация инфраструктуры энергосистемы, новые решения для ресурсоемких отраслей. Все то, что меняет существующую модель потребления в тех отраслях, где требуется большое количество ископаемого топлива. Об этом, четвертом, пути мы и поговорим.

Большинство технологий, о которых пойдет речь, уже многие годы изучаются, тестируются и даже применяются, однако энергетический кризис сделал их более видимыми, а также поставил вопрос о необходимости дополнительных инвестиций в развитие технологий для уменьшения стоимости электроэнергии.

Необходимость срочного поиска новых игроков и технологических решений коснулась всех отраслей и уровней – от домохозяйств и небольших компаний до крупнейших предприятий и энергетической инфраструктуры. Новые технологии внедряются и разрабатываются повсеместно. Это переход на чистую электроэнергию и модернизация текущих сетей для интеграции альтернативной энергии в сеть, поиск новых энергоносителей – водород, зеленый аммиак и метанол и переход на электротранспорт, поиск решений для сложных для декарбонизации видов транспорта, повышение энергоэффективности зданий и использование энергии внутри зданий, в первую очередь за счет отопления и кондиционирования, а также уменьшение потерь энергии.

Согласно отчету Международного энергетического агентства (МЭА) за 2022 год производство и сбыт товаров для некоторых ключевых технологий, включая аккумуляторы, фотоэлектрические солнечные батареи и электролизеры, осуществляются такими темпами, которые позволяют оптимистично смотреть на развитие альтернативной энергетики в мире.

Трансформация транспортной отрасли также идет достаточно быстро. Ожидается, что к 2030 году каждый второй автомобиль, проданный в ЕС, Китае и США, будет электрическим, хотя для этого потребуются меры государственной поддержки. В то же время многие отрасли требуют более пристального внимания к внедрению новых технологий, вливанию инвестиций, а также к вопросам государственной поддержки и поддержки потребителей.

Рейсвейк бюйтен – современный устойчивый жилой район в Нидерландах, между Делфтом и Гаагой. Первая свая была забита в 2013 году, к 2026 году планируется построить более 3500 новых экологичных домов, разделенных на три района. Уже построены начальная школа, детский сад, спортзал, медицинский центр. Дома отапливаются энергоэффективными тепловыми насосами, электроэнергия вырабатывается солнечными панелями. Озеленение комплекса выполнено из устойчивых материалов и способствует сохранению биоразнообразия Credit: Nanda Sluijsmans

Интеграция альтернативной энергии в сеть

Альтернативные источники энергии покрывают 14,8% общей мировой потребности промышленности в энергии. Однако в основном только для низкотемпературных производств. На тяжелую промышленность – производство железа, стали, цемента, химикатов – энергия, производимая из альтернативных источников, составляет менее 1% совокупного потребления. Такие скромные показатели связаны с нестабильностью возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и неопределенностью выходной мощности, что препятствует масштабной интеграции в существующие сети.

Проникновение альтернативной энергии в существующие сети более чем на 20% может дестабилизировать энергосистему.

Справиться с вызовами по интеграции альтернативной энергии в сети могут системы накопления энергии (Energy Storage Systems, ESS). Такие системы помогают сбалансировать спрос и предложение, выравнивают нагрузку и сглаживают колебания мощности в сети, а также повышают ее надежность. Спрос на системы накопления энергии растет. По оценкам, к 2026 году мировой доход от систем накопления энергии для интеграции ВЭИ превысит $23 млрд.

Широкое распространение на рынке новых технологий по хранению энергии повлияло на значительное уменьшение затрат на производство, особенно литий-ионных аккумуляторов. Например, в Германии стоимость литиевых батарей снизилась на 71% с 2014 по 2020 год.

Согласно данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) к 2030 году затраты на установку могут уменьшиться на 50-60%. Стоимость самих аккумуляторов может упасть еще больше, а срок и производительность повысится благодаря оптимизации производственных мощностей и эффективному использованию материалов. Благодаря этому стоимость литий-ионных аккумуляторов для стационарного использования к 2030 году, по расчетам IRENA, может составить менее $200 за киловатт-час.

Существуют решения как для промышленных мощностей, так и для домохозяйств и малого бизнеса. Например, LG Energy Solutions предлагает батареи для домашнего и коммерческого использования, а также системы для интеграции альтернативной энергии в сеть. Батарея для дома в сочетании с солнечными панелями позволяет генерировать электроэнергию независимо и снижать затраты на ее производство.

Системы для сети устанавливаются на тепловых, солнечных, ветровых станциях и подстанциях для снижения и регулирования нагрузки и мощности. Установки для коммерческого использования сочетают обе функции по регулированию нагрузки на сеть и генерации альтернативной энергии и используются в школах, офисах, на небольших предприятиях.

Литий-ионные аккумуляторы наиболее распространены в системах хранения энергии, однако их производство и утилизация негативно сказываются на состоянии окружающей среды из-за содержащихся в них токсичных веществ.

Стартап Массачусетского технологического университета Form Energy представил железо-воздушные аккумуляторы, для которых ученые нашли способ обращать коррозию металла вспять, чтобы можно было перезаряжать батареи. Железо, в отличие от лития, – доступный и распространенный элемент, производство батарей более экологично, а оценочная стоимость железо-воздушных батарей за киловатт-час в 10 раз ниже литиевых.

Стартап уже получил $800 млн инвестиций, из которых $760 млн пойдет на строительство завода в Западной Вирджинии. Первые аккумуляторы массового производства компания планирует выпустить уже в 2024 году.

Технологии для преобразования тяжелой промышленности

Преодоление зависимости металлургической отрасли от ископаемого топлива – это то, над чем игроки отрасли работали еще задолго до 2022 года. Это связано в первую очередь с планами стран по достижению углеродной нейтральности, где негативный вклад отрасли в глобальные выбросы значителен. На производство стали приходится 7% мировых выбросов СО₂.

Один из многообещающих проектов по запуску на рынок безуглеродистой стали – шведский HYPRIT. В 2016 году сталелитейная (SSAB), добывающая (LKAB) и энергетическая (Vattenfall) компании объединились для разработки производства стали без выбросов углерода на всей цепочке – от шахты до выпуска продукции и обеспечения всего процесса альтернативной энергией. И на сегодняшний день это проект, который выпустил первую в мире сталь без выбросов СО₂ на всей цепочке производства.

Избежать выбросов СО₂ позволяет технология замены угля водородом в процессе восстановления руды, в результате вместо выбросов углекислого газа выделяется вода. В процессе добычи железной руды, ее транспортировки и обеспечения производства альтернативной энергией также не происходит выбросов СО₂. Благодаря этому конечная сталь получается не просто зеленой, с меньшими выбросами, а полностью безуглеродистой. Сейчас HYPRIT приступил к дальнейшему тестированию технологии и планирует массово начать выпускать безуглеродистую сталь к 2026 году.

Рейсвейк бюйтен Credit: Nanda Sluijsmans

Технологии для управления энергией в зданиях

На системы отопления и охлаждения приходилась половина энергопотребления ЕС в 2020 году. Однако альтернативные источники энергии в этом секторе покрывали только 23% потребляемой энергии. Помимо систем интеграции альтернативной энергии в сеть, о которых было сказано выше, снизить количество потребляемой зданиями энергии можно за счет новых изолирующих материалов, а также с помощью инструментов контроля за температурой.

Множество стартапов разрабатывают решения по изолирующим материалам из растительных компонентов. Инженеры из Германии и Китая представили материал из нанокристаллов целлюлозы, который за счет своих отражающих свойств может снизить потребность в охлаждении зданий на треть, а швейцарско-бельгийский стартап Gramiterm производит изоляционные панели из скошенной травы.

Уменьшить потери энергии в зданиях можно за счет устранения утечек энергии, таких как непрерывно включенные приборы, например в офисах. Постоянно ходить включать и выключать устройства в больших офисах довольно хлопотно, поэтому стартап Mesurable.energy придумал специальные умные розетки, которые с помощью машинного обучения измеряют и устраняют потери энергии малой мощности.

Розетки отслеживают приборы, которые включены постоянно, предоставляют в реальном времени статистику – мощность и количество энергии, потребляемой подключенными устройствами, а также позволяют отключить их удаленно для уменьшения утечек энергии, которая тратится впустую. Компания заявляет, что их решение окупается в течение двух лет и помогает сократить счета за электроэнергию минимум на 20%.

Не только технологии решают

Отказ от ископаемого топлива сам по себе задача непростая, а в режиме срочности становится в разы сложнее. Несмотря на большое количество стартапов в этой области, технологических решений, знаний и навыков, одних только технологий недостаточно. Технологии были и раньше, но внедрение новых решений откладывалось. Страны рассматривали использование для переходного периода трансформации энергетической системы природный газ. Российский природный газ в первую очередь. В том числе это объяснялось желанием крупных корпораций лоббировать свои интересы на страновом уровне.

Сейчас риторика изменилась. Вопрос о поиске альтернативных решений встал очень остро в том числе из-за попыток преследовать бизнес-интересы в то время, когда это морально еще можно было делать. В настоящее время ситуация непростая не только в технологическом плане. Для преобразования энергетической сети в устойчивую и независимую требуется определенная смелость и отказ от построения единого решения в пользу разделенных решений, допуск на рынок новых игроков, небольших стартапов, что, безусловно, затронет интересы крупных корпораций.

Кроме политической воли потребуется также государственная поддержка и проявление инициативы по привлечению частных инвестиций в энергетический сектор и стратегическое управление процессом. Несмотря на то, что об энергетическом кризисе в первую очередь задумываются страны Европы, которые непосредственно столкнулись с прекращением поставок углеводородов из России, трансформация энергетического рынка сказывается на всех странах мира.

Увеличение стоимости электроэнергии обостряет проблему продовольственной безопасности, особенно в развивающихся странах, где основные затраты домохозяйств приходятся на оплату продуктов питания и электроэнергии. Однако у развивающихся стран по сравнению с развитыми гораздо меньше возможностей по трансформации инфраструктуры и инвестициям в новые технологии. Решение энергетического кризиса и переход энергетической системы к более распределенной, устойчивой структуре – сложная, срочная и коллективная задача, с которой мир столкнулся в 2022 году.

Если у правительств хватит решимости проявить политическую волю по перераспределению зон влияния, а также сил на стратегическое управление, то мы сможем увидеть пример построения распределенной энергетической сети с множеством разных решений, но объединенных в одну систему. Здесь может произойти много интересных коллабораций, а также может появиться понимание того, что разнообразие – ключ к устойчивой энергетике.

Анна Вебстер специально для 86 номера журнала «Экология и Право»