Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого - Вацлав Смил Страница 12

Мощности гидроэлектростанций значительно возросли в 1930-х гг., когда в США и СССР были реализованы крупные финансируемые государством проекты; новые высоты были достигнуты после Второй мировой войны, а кульминацией стали рекордные по своим размерам комплексы в Бразилии («Итайпу», завершена в 2007 г., 14 гигаватт) и Китае («Три ущелья», завершена в 2012 г., 22,2 гигаватта)[64]. Тем временем развивалась атомная энергетика (первой промышленной атомной электростанцией стала Обнинская АЭС, запущенная в 1954 г., первой коммерческой — британская «Колдер-Холл» в 1956-м), она пережила период бурного развития в 1980-х гг. и достигла пика в 2006 г., а затем последовал небольшой спад, и в настоящее время на нее приходится около 10 % глобального производства электроэнергии[65]. В 2020 г. на долю гидроэлектростанций приходилось почти 20 %, на солнечную и ветроэнергетику — почти 7 %; остальную электроэнергию (приблизительно две трети) вырабатывали крупные электростанции, работающие на угле и природном газе.

Неудивительно, что спрос на электроэнергию рос гораздо быстрее, чем на все остальные виды коммерческих энергоресурсов: за 50 лет, с 1970 по 2020 г., выработка электроэнергии увеличилась в пять раз, а совокупный спрос на первичную энергию вырос только втрое[66]. По мере того как росла доля городского населения, увеличивалась и базовая нагрузка — минимальное количество электроэнергии, которое должно потребляться в день, месяц или год. Несколько десятилетий назад спрос на электроэнергию в Америке был минимален летними ночами, когда закрывались заводы и магазины, останавливался общественный транспорт, а большинство населения спало с открытыми окнами. Теперь окна закрываются и в ночи гудят кондиционеры, чтобы было комфортно спать в жаркую и влажную погоду; в крупных городах и мегаполисах многие предприятия работают в две смены, а магазины и аэропорты открыты 24 часа в сутки. Лишь COVID-19 остановил круглосуточную работу метро в Нью-Йорке, а токийская подземка закрывается только на пять часов (первый поезд со станции Токио отправляется в Синдзюку в 5:16, а последний — в 0:20)[67]. Ночные спутниковые снимки, снятые с разницей в несколько лет, показывают, как улицы, парковки и здания сияют все ярче и освещенные области увеличиваются, зачастую объединяя соседние города и образуя огромные, ярко освещенные агломерации[68].

Чрезвычайно высокая надежность электроснабжения — управляющие сетями говорят о желательности достижения «шести девяток»: при надежности 99,9999 перерыв в энергоснабжении не превышает 32 секунд в год! — это необходимость в обществах, где электричество является источником энергии буквально для всего, от освещения (больницы, автострады, указатели аварийного выхода) до аппаратов искусственного дыхания и огромного количества производственных процессов[69]. Эпидемия COVID-19 стала причиной несчастий, страданий и неизбежных смертей, но эти бедствия меркнут по сравнению с несколькими днями серьезных сбоев в электроснабжении любого густонаселенного региона, а если сбои распространятся на всю страну и продлятся несколько недель, это будет катастрофа с беспрецедентными последствиями[70].

Декарбонизация: темп и масштаб

В земной коре достаточно ископаемого топлива, и можно не опасаться быстрого истощения запасов угля и углеводородов: при сохранении добычи на уровне 2010 г. запасов угля хватит приблизительно на 120 лет, нефти и газа — на 50 лет, а продолжающаяся разведка переведет большую их часть из ресурсов в категорию резервов (технически и экономически доступные). Ископаемое топливо создало современный мир, но озабоченность относительно большой скоростью глобального потепления привела к все более громким призывам как можно скорее избавиться от ископаемых углеводородов. В идеале декарбонизация энергопотребления должна происходить достаточно быстро, чтобы ограничить глобальное потепление 1,5 °C (в худшем случае 2 °C). Согласно большинству климатических моделей, это значит, что необходимо к 2050 г. снизить до нуля глобальные выбросы CO2, а затем до конца столетия поддерживать их отрицательный уровень.

Обратите внимание на главную особенность этих моделей: целью является не полная декарбонизация, а «нулевой баланс», или углеродная нейтральность. Это определение предполагает, что продолжающаяся эмиссия CO2 будет компенсироваться его изъятием (по еще не существующей технологии) из атмосферы и хранением под землей или такими временными мерами, как масштабная посадка деревьев[71]. К 2020 г. установка цели «нулевого баланса» на годы, заканчивающиеся цифрами 5 или 0, превратилось в настоящее соревнование: к этой гонке присоединились более 100 стран — от Норвегии в 2030 г. и Финляндии в 2035 г. до всего Европейского союза, Канады, Японии и Южной Африки в 2050 г., а также Китая (самого крупного потребителя ископаемого топлива) в 2060 г.[72]. Учитывая тот факт, что выбросы CO2 от сжигания ископаемого топлива в 2019 г. превысили 37 миллиардов тонн, цель достижения нулевого баланса требует беспрецедентного энергетического перехода — как по темпам, так и по масштабу. Пристальный взгляд на его ключевые компоненты открывает огромные трудности.

Быстрее всего можно провести декарбонизацию выработки электричества, поскольку затраты на установку солнечных батарей и ветрогенераторов теперь сравнимы с самыми дешевыми способами использования ископаемого топлива, а некоторые страны уже в значительной степени совершили этот переход. Самым показательным примером среди крупных экономик является Германия: с 2000 г. мощности солнечных и ветряных электростанций увеличились в 10 раз, а доля возобновляемой энергии (ветряной, солнечной и гидро-) в общем балансе — с 11 до 40 %. Нестабильность производства энергии солнечными и ветряными электростанциями не создает проблем, пока эти новые возобновляемые источники покрывают относительно небольшую часть спроса или пока нехватку электроэнергии можно компенсировать за счет импорта.

В результате многие страны теперь получают до 15 % электроэнергии от нестабильных источников, не прибегая к серьезным изменениям, а Дания демонстрирует, что на относительно небольшом и хорошо взаимосвязанном рынке эта доля может быть значительно больше[73]. В 2019 г. 45 % электроэнергии страна получала от ветряных станций, и эта необыкновенно высокая доля могла поддерживаться без больших национальных резервных мощностей, поскольку любой дефицит можно было без труда компенсировать импортом из Швеции (гидроэлектростанции и атомные электростанции) и Германии (разные источники электроэнергии). В Германии такое невозможно: спрос на электроэнергию здесь в 20 раз выше, чем в Дании, и страна должна иметь достаточно резервных мощностей, которые можно активировать при снижении выработки электроэнергии от новых возобновляемых источников[74]. В 2019 г. Германия выработала 577 тераватт-часов электричества, всего лишь на 5 % больше, чем в 2000 г., — но ее генерирующие мощности увеличились приблизительно на 73 % (с 121 до почти 209 гигаватт). Причина такой разницы очевидна.

В 2020 г., через 20 лет после