Идея использования возобновляемых источников энергии, безусловно, звучит привлекательно, но само название обманчиво. Большинство возобновляемых источников энергии, за исключением древесины и навоза, на самом деле сильно зависят от ископаемого топлива.
Прежде чем познакомить вас со статьёй Гейл Тверберг, затрагивающей глубокие проблемы альтернативной энергетики, прошу вас обратить внимание на слова Билла Гейтса относительно перспектив «зелёной» энергии, которые, на мой взгляд, довольно точно иллюстрируют положение дел в сфере экологии:
Интервьюер: «Итак, многие люди настроены очень оптимистично, поскольку вы знаете, что затраты на ветровые и солнечные возобновляемые источники энергии снижаются, стоимость батарей снижается. Вы думаете, этого достаточно или нет?».
Билл Гейтс: «Это так разочаровывает, я имею ввиду — это на самом деле разочаровывает. Вацлав вчера сказал, что в Токио живёт 27 млн человек, три дня в году приходятся на циклон.
Знаете, за три дня это 23 гигаватта электроэнергии. Скажите мне, какая батарея, установленная там, сможет обеспечить эту мощность?
Я имею в виду, давайте не будем валять дурака. Вы знаете, что 100 долларов за киловатт-час — это ничто, это не решает проблему надёжности. И помните, что электричество составляет 25% выбросов парниковых газов.
Всякий раз, когда мы произносим термин «чистая энергия», я думаю это запутывает людей, потому что они не знают, что это, они не понимают.
Я был на конференции в Нью-Йорке, не буду её называть, и собравшиеся говорили обо всём этом. Ребята-финансисты вышли на сцену и сказали, что они будут оценивать компании с точки зрения того, сколько эти компании выделяют CO2. И они собираются говорить, что вот эта вот компания выделяет много СО2, и думают, что финансовые рынки, как по волшебству, помогут сократить выбросы CO2 до нуля.
И я подумал, финансисты с Уолл-стрит, как вы сделаете сталь? У вас есть что-то в ваших столах, что поможет отлить сталь?
А что с удобрениями, цементом, пластиком? Откуда это всё возьмётся, вы знаете? Разве самолёт летит по небу из-за каких-то финансовых расчётов, которые вы рассчитали в Excel-таблице?
И они… это сумасшествие, называют это финансовым решением… я этого не понимаю, я просто этого не понимаю.
Нет ничего, что может заменить то, как работает сегодняшняя индустриальная экономика».
1. Затраты на передачу энергии намного выше, чем у других видов электроэнергии
В большинстве исследований не учитывается тот факт, что они никак не компенсируются.
Исследование, проведённое Международным энергетическим агентством в 2014 году, показывает, что затраты на передачу для ветра примерно в три раза превышают затраты на передачу электроэнергии от угля или ядерной энергии.
Количество избыточных затрат имеет тенденцию к увеличению, так как неустойчивые возобновляемые источники энергии получают всё большую долю в общем объёме.
Вот некоторые из причин более высоких затрат на передачу для ветра и солнца:
Необходимо построить непропорционально больше линий для ветровой и солнечной энергии, поскольку линии электропередач необходимо масштабировать до максимальной, а не средней мощности. Выработка энергии от ветра обычно доступна от 25% до 35% времени; солнце — от 10% до 25% времени.
Как правило, между тем, где происходит использование возобновляемой энергии, и тем, где она потребляется, расстояние может быть гораздо больше, по сравнению с традиционным производством.
Возобновляемая электроэнергия и установленное вспомогательное оборудование не обладают таким же уровнем контроля над аспектами энергосети (мощность тока, амплитуда и так далее), в отличии от электростанции, работающей на ископаемом топливе. Поэтому в систему передачи должны быть внесены исправления, которые потребуют дополнительной инфраструктуры, а соответственно, и новых затрат.
2. При передаче электроэнергии на большие расстояния возрастают расходы на обслуживание линий электропередач
Если не будет должного обслуживания, возможны пожары, особенно в сухих, ветреных районах.
Последние данные свидетельствуют о том, что ненадлежащее обслуживание линий электропередач (ЛЭП) увеличивает вероятность пожаров.
В Калифорнии халатное техническое обслуживание привело к банкротству энергосистемы Северной Калифорнии PG & E. В последние недели PG & E инициировала два профилактических отключения питания, одно из которых затронуло до двух миллионов человек.
Техасский проект по смягчению последствий лесных пожаров сообщает: «ЛЭП вызвали более 4000 пожаров в Техасе за последние три с половиной года».
Венесуэла обладает ЛЭП большой протяжённостью: от своей главной гидроэлектростанции до Каракаса. Похоже, что одно из отключений в этой стране было связано с пожарами вблизи ЛЭП.
Есть решения, чтобы предотвратить пожары, например, зарыть линии под землю. Или использовать изолированный провод вместо обычного провода. Но любое решение имеет свою стоимость. Эти затраты необходимо учитывать при моделировании косвенных затрат в том случае, если мы предполагаем использовать дополнительно большого количества новых возобновляемых источников энергии.
3. Потребуются огромные инвестиции в зарядные станции
Чтобы кто-либо кроме представителей самых обеспеченных слоёв населения смог пользоваться электромобилями.
Понятно, что люди с высоким доходом могут позволить себе электромобили. У них обычно есть гаражи с доступом к электричеству. И они могут легко заряжать автомобиль, когда им удобно.
Загвоздка в том, что основная масса зачастую не имеет аналогичных возможностей для зарядки электромобилей. Она также не может позволить себе тратить часы в ожидании зарядки своих автомобилей.
Понадобятся недорогие станции быстрой зарядки, расположенные повсеместно, если электромобили станут основным выбором. В стоимость быстрой зарядки, вероятно, потребуется включить плату за содержание дороги, поскольку это одна из тех затрат, которые сегодня включены в цены на топливо.
4. Прерывистость способствует росту затрат
Распространено мнение, что с перебоями можно справиться путём небольших изменений, такими как ценообразование по времени, «умные» энергосистемы и отключение электроэнергии для некоторых заранее выбранных промышленных потребителей, если для всех не хватает электроэнергии.
Такой подход теоретически может иметь место, если система основана на энергетике из ископаемого топлива и энергии атома, к которым присоединяют небольшой процент возобновляемых источников энергии. Ситуация меняется по мере добавления в сеть возобновляемых источников энергии.
После того как в электрическую сеть добавляется даже небольшой процент солнечной энергетики, необходимы батареи, чтобы сгладить быстрый переход, который происходит в конце дня, когда работники возвращаются домой, чтобы поужинать, когда солнце уже село. Также нужно иметь в виду перебои с электричеством из-за остановки ветровых турбин во время штормов.
Есть и другие проблемы. Сильные штормы могут нарушить электроснабжение на несколько дней в любое время года. По этой причине, если система будет работать только на возобновляемых источниках энергии, необходимо иметь резервный аккумулятор, который бы имел запас как минимум на три дня.
В коротком видео ниже Билл Гейтс выражает беспокойство по поводу идеи использования трёхдневной резервной батареи на примере города Токио.
Сейчас количество батарей ничтожно для того, чтобы обеспечить трёхдневное резервное питание для электроснабжения всего мира. Если мировая экономика будет работать на возобновляемых источниках энергии, потребление электроэнергии должно вырасти по сравнению с сегодняшним уровнем, что ещё больше усложнит хранение трёхдневного запаса электроэнергии.
Гораздо более сложной проблемой, чем трёхдневное хранение электроэнергии, является необходимость сезонного хранения, если возобновляемые источники энергии будут использоваться более-менее широко. На рисунке 1 показана сезонная структура потребления энергии в Соединённых Штатах.
Рисунок 1. Потребление энергии в США по месяцам года на основе данных Управления энергетической информации США. «Всё остальное» («All other») — это общая энергия, за вычетом электроэнергии и энергии на транспортировку. Включает природный газ, используемый для отопления домов. Сюда также входят нефтепродукты, используемые в сельском хозяйстве, а также ископаемое топливо всех видов, используемых в промышленных целях.
В отличие от модели, представленной в графике, производство солнечной энергии имеет наибольшую выработку в июне и падает до низких значений в декабре-феврале. Гидроэлектростанция имеет наибольшую выработку весной, но количество часто варьируется от года к году. Энергия ветра довольно переменна, как из года в год, так и из месяца в месяц.
Наша экономика не может справиться с многократными пусками и остановками электроснабжения. Например, температура должна оставаться постоянно высокой для плавления металлов. Лифты не должны останавливаться между этажами, когда отключается электричество. Охлаждение должно продолжаться, чтобы продукты оставались свежими в холодильнике.
Есть два подхода, которые можно использовать для решения сезонных проблем:
Значительно перестроить энергетическую систему на основе возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии, особенно в периоды большой востребованности энергии, например, зимой.
Построить большое количество дополнительных хранилищ, таких как аккумуляторы, для хранения электроэнергии в течение нескольких месяцев или даже лет, чтобы уменьшить прерывистость.
Любой из этих подходов чрезвычайно дорог. Такие затраты подобны добавлению ещё одного желудка в человеческий организм. И, насколько я знаю, они не были включены ни в одну модель на сегодня. Стоимость одного из этих подходов должна быть включена в любую модель, анализирующую затраты и выгоды от возобновляемых источников энергии, если есть намерение использовать возобновляемые источники энергии шире, чем незначительная доля от общего потребления энергии.
Рисунок 2 иллюстрирует высокую стоимость энергии, которая может возникнуть при добавлении значительного количества резервных батарей в энергосистему. В этом примере «чистая энергия», которую обеспечивает система, по существу почти полностью нивелируется резервными батареями.
В анализе «Возврат энергии при инвестировании в энергетику» (EROEI) сравнивается выход энергии с потреблением энергии. Это один из многих показателей, используемых для оценки того, обеспечивает ли устройство адекватную выходную мощность, чтобы оправдать затраты энергии.
Пример на рисунке 2 основан на схеме использования электроэнергии в Мельбурне, Австралия, где климат относительно мягкий. В примере используется комбинация солнечных панелей, батарей и дизельного резервного копирования.
Солнечные батареи и резервные батареи обеспечивают электроэнергию для 95% годового потребления электроэнергии, которое легче всего покрыть этими устройствами; дизельная генерация используется на оставшиеся 5%.
Пример на рисунке 2 можно перенастроить так, чтобы он был «только возобновляемым», добавив значительно больше батарей, множество солнечных батарей или их комбинацию. Эти дополнительные батареи и солнечные панели будут использоваться незначительно, в результате чего EROEI-системы снизится до ещё более низкого уровня.
Основная причина того, что электроэнергетическая система смогла избежать издержек, связанных с чрезмерной перестройкой или добавлением множества резервных аккумуляторов, — их малая доля в производстве электроэнергии. В 2018 году ветер составлял 5% мировой электроэнергии; солнечная составляла 2%. В процентах от мирового энергопотребления они составили 2% и 1% соответственно.
Вторая причина, по которой система электроснабжения смогла избежать проблем перебоев, заключается в том, что резервные поставщики электроэнергии (уголь, природный газ и атомная энергия) были вынуждены предоставлять резервные услуги без адекватной компенсации их стоимости.
Ветровой и солнечной энергии дают так называемые субсидии «идущим первыми». Такая практика создаёт проблему, поскольку поставщики резервного копирования несут существенные постоянные затраты и часто не получают адекватной компенсации.
Если будет какой-либо план прекратить использование ископаемого топлива, все эти резервные поставщики электроэнергии, в том числе ядерные, исчезнут. (Поставщики ядерной электроэнергии также зависят от ископаемого топлива.) Возобновляемые источники энергии должны будут существовать самостоятельно.
И вот тогда проблема прерывистости станет непреодолимой. Ископаемое топливо может храниться относительно недорого; затраты на хранение электроэнергии огромны. Они включают в себя как стоимость системы хранения, так и потерю энергии в хранилищах.
Фактически проблема недостаточного финансирования исходит от возобновляемых источников энергии и их права «идти первыми» — и становится непреодолимой в некоторых регионах. Огайо недавно решил предоставить субсидии поставщикам угля и атомной энергии в качестве способа решения этой проблемы. Огайо также сокращает финансирование возобновляемых источников энергии.
5. Стоимость утилизации ветряных турбин, солнечных батарей и накопителей должна быть отражена в смете расходов
Похоже, в энергетическом анализе распространено предположение, что каким-то образом в конце срока службы ветряные турбины, солнечные батареи и накопители для хранения энергии исчезнут без каких-либо затрат. Если они будут переработаны, стоимость переработки должна быть меньше, чем стоимость полученных материалов.
Но мы понимаем, что переработка не является бесплатной. Очень часто затраты энергии на переработку материалов выше, чем энергия, используемая при их добыче в первоначальном виде. Эту проблему необходимо учитывать при анализе реальной стоимости возобновляемых источников энергии.
6. Возобновляемые источники не могут напрямую заменить многие устройства и процессы, которыми мы располагаем сегодня
Это может привести к значительному снижению экономической эффективности и более продолжительному переходу на возобновляемые источники.
Существует длинный список вещей, которые не могут быть заменены возобновляемыми источниками энергии. Сегодня мы не можем производить ветряные турбины, солнечные батареи или строить гидроэлектростанции без ископаемого топлива. Это само по себе даёт понять, что систему ископаемого топлива необходимо будет поддерживать в течение по крайней мере следующих двадцати лет.
Есть много других вещей, которые мы не можем сделать с помощью одной только возобновляемой энергии. Сталь, удобрения, цемент и пластик — вот только некоторые примеры, которые Билл Гейтс упоминает в своём видео выше.
Таким образом, невозможно изготовить асфальт. Мы не можем проложить дороги (кроме каменных) или построить многие современные здания с использованием одних только возобновляемых источников энергии.
7. Вероятно, что переход на возобновляемые источники энергии займёт 50 или более лет
В течение этого времени ветер и солнечная энергия будут действовать как дополнения к системе ископаемого топлива, а не заменять её. Это также увеличит расходы.
Чтобы отрасли на базе ископаемого топлива продолжали работать, большую часть затрат на них придётся сохранить. Люди, работающие в сфере ископаемого топлива, должны получать оплату за труд круглый год, а не только тогда, когда электроэнергетика нуждается в резервной электроэнергии.
Ископаемому топливу требуются трубопроводы, нефтеперерабатывающие заводы и квалифицированный персонал. Компании, использующие ископаемое топливо, должны будут оплачивать свои долги, связанные с существующими объектами.
Если природный газ используется в качестве резервного для возобновляемых источников энергии, понадобятся резервуары для хранения его запасов на зиму, помимо трубопроводов. Даже если использование природного газа уменьшится, скажем, на 90%, затраты на него, вероятно, сократятся на гораздо меньший процент, поскольку большая доля затрат — фиксированная.
Одна из причин, по которой переход будет очень долгим, заключается в том, что во многих случаях даже нет понимания пути к переходу от ископаемого топлива.
Если необходимо внести изменения, то для облегчения этих изменений:
Необходимы предварительные условия и договорённости. Затем эти решения необходимо проверить в реальных условиях.
Далее необходимы новые заводы, чтобы выпускать новые устройства.
Вполне вероятно, что потребуется какой-то способ заплатить существующим владельцам за потерю стоимости их существующих устройств, работающих на ископаемом топливе; в противном случае возникнут огромные долговые обязательства.
Только после того как все эти шаги будут осуществлены, переход действительно может произойти.
Косвенные затраты вызывают огромный вопрос о том, имеет ли смысл поощрять широкое использование ветра и солнца. Возобновляемые источники энергии могут сократить выбросы CO2, если они действительно заменяют ископаемое топливо при производстве электроэнергии. Если это в основном надстройки для системы, требующие больших затрат, возникает важный вопрос:
Имеет ли смысл переходить на использование ветра и солнца?
Действительно ли ветер и солнечная энергия предлагают более светлое будущее, чем ископаемое топливо?
Запасы ископаемого топлива ограничены. Это происходит из-за того, что цены на энергоносители не поднимаются достаточно высоко, чтобы мы могли извлечь из них больше. Цены на готовую продукцию, изготовленную за счёт ископаемого топлива, должны быть достаточно низкими, чтобы покупатели могли их себе позволить.
В противном случае покупки дискреционных товаров (например, автомобилей и смартфонов) упадут. Поскольку автомобили и смартфоны производятся с использованием сырья, включающего ископаемое топливо, более низкий «спрос» на эту готовую продукцию приведёт к падению цен на товары, включая цены на нефть. И в действительности, похоже, что с 2008 года большую часть времени происходит падение цен на нефть.
Рисунок 3. Средненедельная цена на нефть сорта Brent с учётом инфляции, основанная на спотовых ценах на нефть EIA и американском индексе потребительских цен
Сложно понять утверждение, в котором говорится, что возобновляемые источники энергии будут работать дольше, чем ископаемое топливо. Если их не субсидировать, стоимость будет выше, чем у ископаемого топлива. И это будет лишь первым ударом по «зелёной» энергетике. Она также очень зависит от ископаемого топлива при изготовлении запасных частей и ремонте линий электропередач.
Интересно, что разработчики моделей изменения климата, похоже, убеждены в том, что в будущем может быть добыто очень большое количество ископаемого топлива. Вопрос о том, сколько ископаемого топлива действительно может быть извлечено, является ещё одной проблемой моделирования, которую необходимо тщательно изучить.
Объём будущей добычи, похоже, сильно зависит от того, насколько долго нынешняя экономическая система продержится в существующем виде. Без глобализации добыча ископаемого топлива, вероятно, быстро сократится.
У нас слишком много веры в модели и прогнозы?
Вопрос о том, оправданна ли ветровая энергия и солнечная, требует тщательного анализа. Обычная отличительная черта энергетического продукта, который имеет существенную выгоду для экономики, — его производство имеет тенденцию быть очень прибыльным.
При условии высокой прибыльности правительства могут облагать налогом производителей. Таким образом, прибыль может использоваться, чтобы помочь остальной экономике. Это одно из физических проявлений «чистой энергии», которую обеспечивает энергетический продукт.
Если бы ветер и солнечная энергия действительно обеспечивали существенную чистую энергию, им не требовались бы субсидии, даже субсидии «идущим первыми». Они бы отбрасывали прибыль, чтобы принести пользу остальной экономике. Возможно, возобновляемые источники энергии не так полезны, как думают многие. Возможно, исследователи слишком поверили в искаженные модели.
Georgy Vachnadze
