на каком топливе работают электростанции в европе
В Европе до 56% электричества вырабатывается без выброса углерода
Проникновение источников выработки электричества с нулевым выбросом углерода в последние годы в Европе составило до 56%, с тех пор, как страны Европейского союза начали вести работы в направлении использования возобновляемых источников энергии и снижения выбросов парниковых газов. Повышение уровня возобновляемых источников, наряду с атомной генерацией, означает, что многие европейские страны генерируют большую долю своей электроэнергии от источников с нулевым выбросом углерода.
Не углеродные источники производят электроэнергию не выпуская практически никаких выбросов углекислого газа, и включают в себя геотермальную энергетику, гидроэлектростанции, атомные, солнечные, приливные и ветряные электростанции.
Франция, Исландия, Норвегия, Швеция и Швейцария получают более 90% своего электричества от без углеродных источники с 2012 года, и ещё восемь других стран ЕС вырабатывают до 50% своего электричества на основе без углеродной генерации.
Как и Соединенные Штаты, которые генерируют 32% своей электроэнергии от источников с нулевым выбросом углерода, страны Европы вырабатывают большую часть своей «чистой» электроэнергии на атомных и гидроэлектростанциях. Есть некоторые исключения. Так Исландия почти 30% от общей «чистой» выработки энергии производит из геотермальных источников. Дания генерирует более 50% электроэнергии от ветра и биомассы.
Электроэнергетика в Европе
2020: Вода, ветер и вода впервые обошли уголь и газ в электроэнергетике ЕС
В 2020 году впервые в истории доля возобновляемых источников энергии (ветер, солнце, вода) в генерации электричества в Европе превысила долю ископаемого топлива (угля и природного газа) — 38% против 37% соответственно. Об этом свидетельствуют данные отчета британского аналитического центра Ember и немецкого института Agora Energiewende.
Изменения вызваны ускоренным развитием ветро- и солнечной энергетики, показатели которых с 2015 года увеличились почти вдвое. Кроме того, по словам экспертов, процесс отказа от угля в Европе ускоряется. Доля угля сократилась во всех странах, где этот вид топлива используется (газа – в девяти странах ЕС). В целом по ЕС с 2016 года доля угля сократилась вдвое и в 2020-м составила 13%. Производство энергии на основе невозобновляемых ресурсов в целом в Евросоюзе упало на 20%.
На 4% сократилось производство электроэнергии из природного газа. В докладе указывается, что удержанию позиций способствовали низкие цены на газ и удорожание сертификатов на выбросы CO2 в атмосферу. Это стимулировало энергетические компании активнее использовать голубое топливо: оно выделяет при сжигании значительно меньше парниковых газов, чем уголь.
Согласно исследованию, наиболее высокие доли выработки ветровой и солнечной энергии в 2020 году зарегистрированы в Дании (61%), Ирландии (35%), Германии (33%) и Испании (29%).
Специалисты WindEurope называют Европа мировым лидером в области ветроэнергетики. В 2020 году 11,6% всех потребностей ЕС в электроэнергии обеспечивалось за счет установок, использующих энергию ветра, а в некоторые дни ветроэлектростанции покрывали более 100% потребностей отдельных государств-членов блока.
На 10% упало в 2020 году производство электроэнергии на атомных электростанциях. Это был самый большой спад с 1990 года и, возможно, за всю историю, отмечают исследователи. [1]
Перспективы и недостатки водородной энергетики
Для хранения и выработки энергии от водорода используются топливные элементы. Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах 19 века. Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.
В 1959 году Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовались правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.
В отличие от кислорода водород практически не встречается на земле в чистом виде и поэтому извлекается из других соединений с помощью различных химических методов.
По этим способам его разделяют на цветовые градации.
Зеленый — производится из возобновляемых источников энергии методом электролиза воды. Все, что необходимо для этого: вода, электролизер и большое снабжение электроэнергией.
Голубой — производится из природного газа, а вредные отходы улавливаются для вторичного использования. Тем не менее идеально чистым этот метод не назовешь.
Розовый или красный — произведенный при помощи атомной энергии.
Серый — водород получают путем конверсии метана. При его производстве вредные отходы выбрасываются в атмосферу.
Коричневый — водород получают в результате газификации угля. Этот метод также после себя оставляет парниковые газы.
Еще существуют технологии получения биоводорода из мусора и этанола, но их доля чрезвычайно мала.
Себестоимость производства по видам водорода, доллар за килограмм
Водородная энергетика
На переработку угля приходится 18% производства водорода, 4% обеспечивается за счет зеленого водорода и 78% — переработкой природного газа и нефти. Методы производства, основанные на ископаемом топливе, приводят к образованию 830 млн тонн выбросов CO2 каждый год, что равно выбросам Великобритании и Индонезии, вместе взятым. И тем не менее водород — это более чистая альтернатива традиционному топливу.
В мире три основных источника выбросов, способствующих потеплению климата: транспорт, производство электроэнергии и промышленность. Водород может использоваться во всех трех областях. При использовании в топливных элементах водородная энергия оставляет минимальные потери, а после использования в качестве побочного продукта остается только вода, из которой снова можно добывать водород.
Перспективы отрасли
Согласно докладу МЭА, к 2050 году мировой спрос на водород должен достичь 528 млн тонн — против 87 млн в 2020, — а его доля в мировом потреблении составит 18%, из них 10% будет приходиться на зеленый водород.
В июне 2020 года Германия объявила о реализации национальной водородной стратегии с инвестициями в 7 млрд евро, чтобы стать лидером в этой области.
Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, а Япония сделала это раньше всех — в декабре 2017 года.
В июле 2020 года Минэнерго подготовило план развития в РФ водородной энергетики на период 2020—2024 годов. Производить водород собираются «Росатом», «Газпром» и «Новатэк». В дорожной карте предусмотрены следующие меры:
В 2021 году HydrogenOne Capital — первый в мире инвестиционный фонд, ориентированный на зеленый водород, заявил о листинге на Лондонской бирже. Фонд инвестирует в проекты мощностью 20—100 МВт с возможностью их расширения до 500 МВт.
Как сделать ремонт и не сойти с ума
Преимущества водородной энергетики
Высокая применимость. Электрификация транспорта поможет снизить выбросы в атмосферу, но авиацию, морские и грузовые перевозки на дальние расстояния трудно перевести на использование электроэнергии, потому что для этих секторов требуется топливо с высокой плотностью энергии. Зеленый водород может удовлетворить эти потребности. Например, Airbus представил концепции самолетов с водородным двигателем и надеется ввести его в эксплуатацию к 2035 году.
Nikola строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторных батареях, так и на водороде. Компания заявляет, что ее топливные элементы могут работать при более низких температурах, чем батареи. И они легче, что делает их более практичными для грузовиков и другой тяжелой техники. Nikola также утверждает, что дальность хода такого грузовика составит 900 миль на баке с водородом. Для сравнения: у Tesla Semi с батарейным питанием, который может быть запущен в производство в конце этого года или в 2022 году, заявленная дальность — 200—300 миль.
Также свои аналогичные модели транспорта представили компании Toyota, Honda и BMW.
Время заправки электромобиля на топливных элементах в среднем составляет менее четырех минут. При этом в отличие от батарей они не нуждаются в перезарядке. Поскольку они могут работать независимо от сети, то могут использоваться как запасные генераторы электричества или тепла.
Важный элемент перехода на водород — его применение в ЖКХ. Кроме пилотных проектов в Великобритании Лидс станет первым городом, энергоснабжение которого будет полностью водородным. Согласно плану, все газовые сети и транспортное оборудование переведут на него.
Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится. В отличие от батарей, которые не могут хранить большое количество электроэнергии в течение продолжительного времени, водород можно производить из избыточной возобновляемой энергии и хранить в больших количествах.
Энергоэффективность. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65%. Для примера, у солнечных элементов КПД — 20%, а у ветряных — 40%.
Весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней размещены солнечные батареи общей мощностью 20 МВт. Всего станция вырабатывает 1,2 тысячи кубических метров водорода в час.
В автомобилях топливные элементы используют 40—60% энергии топлива, а также обеспечивают сокращение его расхода на 50%.
Зеленый водород — отличная среда для хранения энергии. Например, у Германии существует проблема с энергосистемой. В ясные и ветреные дни солнечные экраны и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить эта часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Избыток электроэнергии из ВИЭ можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.
Недостатки водородной энергетики
Стоимость зеленого водорода. Как уже говорилось выше, именно стоимость добычи самого чистого вида водорода ставит наиболее сильные препятствия в его развитии. По словам и прогнозам Минэнерго РФ, перспективы водородной энергетики связаны с удешевлением стоимости водорода, производимого электролизом воды. В качестве основных факторов обеспечения конкурентоспособности зеленого водорода рассматривается перспективное снижение капитальных затрат на электролизеры, а также стоимости электроэнергии из ВИЭ.
Зеленый поворот: как Европа переходит на возобновляемые источники энергии
Во многих странах Европы более 50% энергии уже поступает из возобновляемых источников, но и у зеленой энергетики есть обратная сторона.
Летом 2019 года в Великобритании свершилась небольшая сенсация. Впервые с 1882 года электрогенерация из возобновляемых источников (ГЭС, солнечные панели, ветроустановки и биотопливо) обогнала традиционную (уголь и газ): 29,5 ТВтч против 29,1. Германия тоже не отстает: в первой половине 2019 года «зелёные источники» дали 47,3% от общего объёма электрогенерации. Энергетика наиболее мощных стран Европы впервые подошла к важной отметке: половину генерации дают установки, работающие на возобновляемых ресурсах.
Радикальный поворот для экономики, где ещё 30-40 лет назад главным энергосырьем был уголь, а наиболее перспективным направлением — АЭС. Основными драйверами роста стали ветроустановки и солнечные панели, которые ещё 30 лет назад в сумме давали не более 1% от общего объёма генерации.
Но возобновляемые источниками энергии (ВИЭ) принесли с собой новые проблемы — удорожание энерготарифов, сложность утилизации ветряных лопастей и солнечных батарей, децентрализация электроснабжения. В России доля ВИЭ в электрогенерации без учета крупных ГЭС до сих пор составляет всего 0,2%. Чтобы увеличить этот процент, РФ наверняка придется пройти те же этапы, что и Европейским странам, и столкнуться с похожими проблемами. Поэтому прежде чем приступать к энергетической революции, нам стоит внимательно изучить опыт ЕС.
От угля и атома к ветру и солнцу
Зелёному повороту в Британии предшествовали весьма драматические события. В 1980-х годах в стране были разгромлены профсоюзы шахтеров. Уголь стал дорог, модернизация старых ТЭС 60-70-х годов постройки обошлась бы в целое состояние, что для правительства Тэтчер было неприемлемо. Приватизация и резкое повышение экологических стандартов довершили дело. В современной Британии доля угля в генерации колеблется в районе 1%.
В ФРГ поступили более щадящим образом — постепенно повышали наценку за выбросы углерода в атмосферу. В результате в 2019 году цена «углеродного сертификата» повысилось до 28,4 евро/тонн, что резко обвалило доходность ТЭС. Их выработка по сравнению с 2018 годом упала на 22,3% (до 102,2 ТВтч) для станций на буром угле и на 34,8% (до 48,7 ТВтч) для антрацита.
После аварии на японской АЭС Фукусима на фоне беспрецедентных антиядерных настроений в Германии было решено полностью отказаться от использования АЭС к 2036 году. Их сохранили исключительно для стабилизации баланса мощностей в энергосистеме, которые не возможно быстро заместить из других источников.
В Британии, где антиядерные настроения всегда были достаточно скромными, приватизация атомной отрасли и замораживание строительства новых АЭС уменьшило её долю в электрогенерации с 26% в 1997 до 19% в 2019. Оказалось, что на их модернизацию и строительство новых у частных инвесторов денег нет.Вместо этого, правительства Германии и Великобритании стали массово строить ветрогенераторы, солнечные панели и переходить к производству электроэнергии из биотоплива. Этому способствовали как ужесточение экологической политики и общие установки на снижение выбросов СО2 в атмосферу, так и необходимость снизить зависимость экономики страны от импорта ископаемого топлива и подписанные на международной арене соглашения, например Парижское соглашение о климате. За последние 5 лет установленная мощность ветрогенераторов достигла в Великобритании 22 ГВт, а в Германии — 55 ГВт. Ещё более быстрыми темпами устанавливались солнечные панели, в Британии их мощность за 10 лет увеличилась с 750 МВт до 20 ГВт, а в Германии — 50 Гвт.
Государство платит
Столь быстрое наращивание мощности не было бы возможно без государственного протекционизма. Вплоть до 2017 года в Германии за каждый кВт/ч генерируемый «зелёными» установками производилась доплата в размере до 30% от цены на рынке электроэнергии. Однако, по мере снижения её стоимости, государство уменьшало размер выплат. С 2017 года установки мощностью 10 МВт торгуют на рынке на общих основаниях, без каких-либо преференций. Новые мощности не облагалась дополнительными налогами, и часто кредитовались по льготным ставкам со стороны банков.
Чтобы обойти сезонность выработки электроэнергии у ветрогенераторов (в штиль энергия не вырабатывается) и солнечных панелей (ночью они простаивают), она сразу же шла в продажу на спотовом рынке. Таким образом, власти в Германии и Великобритании, экономили на сооружении аккумуляторных мощностей. Электростанций, работающих на ископаемом топливе, хватало для поддержания баланса мощностей в сети. В феврале 2020 года в Германии доля возобновляемых источников достигла 61,8% от общего объёма выработки, обновив предыдущие рекорды. А за всю первую половину 2020 года её доля составила 55,8% (в Британии с апреля по июль — 44,6%, тоже новый рекорд).
Опыт других стран ЕС во многом напоминает немецкий. В Дании и Швеции уровень электрогенерация из возобновляемых источников выше 50%, в Испании — 40%, Голландии и Италии — около 20%, в Польше — 15%. Даже во Франции, где доля АЭС в общей генерации составляет около 70%, растет доля возобновляемых источников энергии.
Солнечная электростанция в Германии. Фото: unsplash.com
Дорогая экология?
Тем не менее даже страны успешного энерготранзита сталкиваются с проблемами, часть из которых является следствием успешного перехода к «зелёной» энергетике.
Германия часто подвергается критике за увеличение энерготарифов. С 1990 по 2015 год они выросли на 68% и около четверти немецких домохозяйств тратили 10% своего бюджета на оплату электроэнергии, а 4% имели долги по счетам за электроэнергию.
Это породило феномен так называемой «энергетической бедности». Однако он не связан напрямую с переходом к «зелёной» электрогенерации. Это легко увидеть, если рассмотреть примеры других стран ЕС. В Польше в 2014 году около 14% ходили в должниках, хотя в энергетике страны доминируют угольные ТЭС — 75% от общей генерации. В Италии более 70% электроэнергии генерируется предприятиями, работающими на ископаемом топливе, но до 14% домохозяйств оказываются должниками.
Таким образом, в странах с развитой социальной политикой, унаследованной от социал-демократических правительств, таких как Германия или Швеция, энергобедностью страдают меньшее число людей, чем в Польше, где доминируют угольные ТЭС, или Испании с Великобританией, где велика доля «зелёной энергетики».
Проблема биотоплива
Эффект от «зелёного транзита» снижается от использования биотоплива. В Британии это 14% от общего объёма генерации. Проблема в том, что под биотопливом зачастую подразумеваются деревянные пеллеты, опилки, отходы древесного производства или специально формованные гранулы.
Фактически, речь идёт о дровах, которые жгут в печах. Причем в Британии до 2015 года их сжигали вместе с углем, чтобы получить необходимую теплоемкость. В результате мы все равно получаем на выходе выбросы углерода. Их объем лишь немногим меньше, чем при работе обычной угольной станции.
Германия и Швеция в этом смысле почти «не отстают» от Британии, там дровяное «биотопливо» занимает до 10% в общей системе генерации. Получается, что закрывая угольные станции, часть мощностей компенсировали их аналогами.
Биотопливо. Фото: pikrepo.com
Ситуация становится ещё более неоднозначной, если присмотреться к планам наращивания газовых станций. В Британии к началу 2030-х годов собираются построить 30 ГВт новых мощностей. Там доля газа уже составляет 42% от общего уровня генерации. Газовые станции дают 15% электрогенерации в Германии и 42% в Нидерландах. Это означает, что быстро сократить выбросы СО2 в атмосферу не получится. Современная электроэнергетика ЕС смогла подойти к неплохому результату, упав с уровня 520 г СО2/кВтч в 2005 году до 250 г СО2/кВтч в 2016 году. Однако из-за роста генерации с 2100 ТВтч до 2800 ТВтч, выбросы СО2 уменьшились только на 35%.
От большого к малому
Другой проблемой может стать характер распределений электрогенерации в новой «зелёной» энергосистеме и её невысокая загрузка. На место крупных централизованных станций приходят сотни тысяч объектов генерации — ветрогенераторов мощностью от 100-200 кВт и до 2/5 МВт, солнечных панелей, локальных станций биогаза или биотоплива. Их синхронизация с общенациональными сетями вызывает постоянные краткосрочные отключения, только в Германии в 2018 году таких было 167400.
Ещё хуже низкий КПД генерации: у солнечных панелей он в основном держится в районе 15-17%, а у наиболее перспективных оффшорных ветрогенераторов (находящихся в прибрежной зоне — ред.) в районе 52%. Но даже эта цифра значительно ниже, чем у любой угольной ТЭС, а тем более у АЭС.
Заброшенная ТЭЦ. Фото: unsplash.com
Последнее означает, что для замещения электрогенерации на ископаемом топливе необходимо размещать ветроустановки в два раза большей номинальной мощности, а для солнечных панелей — в 4-6 раз больше.
Зеленый мусор
Срок эффективной работы солнечных панелей составляет 15-20 лет, что означает постоянные циклы модернизации, необходимые просто для поддержания уровня выработки. По прогнозам во всем мире к 2030 году нужно будет переработать 9,8 млн тонн солнечных панелей, а к 2050 году — 138 млн тонн. Несмотря на то, что сейчас есть опытные технологии регенерации 95% мощности отслуживших свое панелей, их модернизация и переработка остаются категорически невыгодными. Гораздо проще хранить их, передавая эту проблему будущим поколениям.
Ситуация с ветроустановками как будто бы проще. В Германии уже 17 лет осуществляется замена устаревших и маломощных ветроустановок на более современные и мощные. В 2017 году на 4 МВт новых мощностей приходился 1 МВт модернизируемых. Сейчас в ходу генераторы мощностью до 5МВт, но на старые мачты ветроустановок генераторы мощностью 10МВт и выше просто не встанут — опоры не рассчитаны под такие нагрузки. Это фактически означает строительство ветростанций заново. А ведь Германия и та же Великобритания наращивают мощности оффшорной энергетики. Её обслуживание и модернизация станет ещё сложней.
Отслужившие свое лопасти ветротурбин — отдельная проблема. Пока единственная отработанная технология — это пиролиз, но она слишком энергозатратна, поэтому ежегодно тысячи тонн пластика просто зарываются в землю.
Кладбище ветротурбин. Фото: ЭлектроВести/facebook.com
Что дальше?
В определенном смысле, «зелёная» энергетика подошла к своему пределу. Даже простое наращивание новых мощностей приводит к усложнению управлению энергосистемой. Требуются новые мощности для ежегодной переработки сотен тысяч тонн «зеленого» мусора.
Экологический след возобновляемой энергетики до сих не вполне ясен. Для производства биотоплива вырубаются бореальные леса (леса высоких широт, 70% бореальных лесов находится в России — ред.) в Европе и других частях света, что только усиливает выбросы углерода. От ветроустановок нагревается окружающая атмосфера, что может привести к дополнительным выбросам СО2, что снижает выгоду от их использования.
Тем не менее переход наиболее развитых стран Европы к электрогенерации из возобновляемых источников — свершившийся факт. В скором времени за ними последуют и остальные.
Зеленая энергетика в Европе обогнала обычную
По итогам 2020 года альтернативная энергетика в Европе впервые обогнала по генерации обычную, использующую ископаемое топливо. Об этом говорится в отчете британского аналитического центра Ember и немецкого Agora Energiewende.
На гидроэлектростанции, ветряные, солнечные станции и те, что используют биомассу, пришлось 38,2 процента выработки, а на угольные и газовые — 37 процентов. Угольные ТЭС за год потеряли 20 процентов, их доля в энергобалансе — 13 процентов.
Материалы по теме
Черная полоса
Опомнились
Выработка на газовых станциях, на фоне резкого падения цен, сократилась не так сильно — только на 4 процента. Исторический максимум по снижению генерации продемонстрировали атомные электростанции — сразу 10 процентов.
Между тем с 2015 года генерация ветряных и солнечных станций удвоилась. Лидерами в этой области на данный момент стали Дания (61 процент в выработке), Ирландия (35 процентов), Германия (33 процента) и Испания (29 процентов).
Старший аналитик Ember Дейв Джонс отметил, что быстрый рост ветровой и солнечной энергетики позволит отказаться от угля и газа и заменять закрывающиеся атомные станции. Однако, отмечается в исследовании, нынешних темпов недостаточно, чтобы достичь целевых показателей к 2030 году, они должны вырасти как минимум втрое.
Как отметил старший аналитик центра энергетики МШУ «Сколково» Юрий Мельников, в 2021 году ввод в эксплуатацию солнечных и ветряных электростанций в Европе должен стать рекордным. Такой прогноз дает Международное энергетическое агентство. По словам эксперта, тенденция должна вызывать тревогу в России, которая остается крупнейшим поставщиком газа и энергетического угля и может столкнуться с сокращением спроса, пишет «Коммерсантъ».
Ранее стало известно, что Россия сократит объем поддержки генерации энергии на основе возобновляемых источников. На период 2025-2035 годов на нее выделят 306 миллиардов рублей. До этого в планах значились 400 миллиардов, а годом ранее — 600 миллиардов.