Сильные по местным меркам морозы, обрушившиеся на страны Евросоюза и южные штаты США в феврале 2021 г. привели к сбоям в энергоснабжении. Это вызвало бурную дискуссию в СМИ, поскольку пострадали именно те регионы, где декларировался ускоренный переход на безуглеродные источники энергии. Но виноваты ли новые технологии в произошедшем? Давайте разберемся.
Сокращение энергопотребления в 2020 г. привело к резкому росту доли альтернативной энергетики (солнце, ветер) в общей генерации. В сочетании с отрицательными ценами на нефть, державшимися в середине прошлого года, это позволило ряду политиков заявить о «закате эры углеводородов». Мы не знаем точно на нынешнем уровне развития науки, привел ли резкий спад промышленного производства, автомобильных и авиационных перевозок в течение всего прошлого года к отступлению глобального потепления, или речь идет о более долгосрочных циклах естественного изменения климата на Земле. Тем не менее, холодная и на редкость снежная зима 2020/2021 годов несколько охладила пыл американских и европейских чиновников, ратовавших за полный отказ от нефти, газа и угля.
Низкие температуры привели к росту энергопотребления, а ведь во многих местах отопление уже было переведено на электричество. Солнечные панели заносило снегом, в ряде случаев лопасти ветрогенераторов в условиях невиданного для стран с умеренным климатом мороза −10 °С покрывались льдом. Чтобы запустить ветроэлектростанции, приходилось поливать ветряки с вертолетов антизамерзающей жидкостью. Пик заморозков и снежных метелей в США и Евросоюзе пришелся на первую половину февраля 2021 г. Тогда пришел черед россиян убедиться, что без их нефти и газа, несмотря на новомодные технологии, Европа пока обойтись не может. К слову, российская энергетика, где, по сложившемуся мнению (как потом будет объяснено, не сосем правильному) доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) якобы составляет менее 1 % от общей генерации, также столкнулась с морозами. И с честью выдержала это испытание.
Но что произошло на самом деле? Неужели действительно альтернативная энергетика настолько вошла в нашу жизнь, что остановка солнечной и ветряной генерации привела к энергетическому коллапсу? Или же это следствие недостатков в организации работы обычных электростанций? Истина, как обычно, находится где-то посередине.
Реальная доля ВИЭ
В публикациях о структуре энергетики других стран частот путаются понятия «альтернативной энергетики» и ВИЭ. Понятие «альтернативной энергетики» достаточно расплывчатое: к ней относят виды генерации, которые стали использоваться в промышленных масштабах относительно недавно — солнечная и ветровая. А вот ВИЭ можно более точно определить как получение энергии из источников, которые могут относительно быстро возобновляться (на протяжении времени до нескольких десятков лет). И именно ВИЭ, как правило, указывают во всевозможных отчетах. Это не только нефть и газ, но и старая добрая гидроэнергетика. Мало того, такой древний совсем не экологичный способ выработки энергии как сжигание древесины — это тоже ВИЭ, потому что дерево при желании можно снова вырастить за несколько лет. В отличие от нефти и природного газа, формирующихся в течение десятков миллионов лет. Атомные станции — тоже не ВИЭ, поскольку количество урана на Земле ограничено.
А теперь давайте посмотрим на структуру выработки электроэнергии (считается поставляемая потребителям энергия без расходов на собственные нужды электростанций, а также выработки энергии собственными электростанциями промышленных предприятий) в Германии — «локомотиве» экономики Евросоюза — в относительно спокойном 2019 г. Доля ВИЭ (желтый цвет на диаграмме справа) декларируется как 46 %. В то же время доля солнечной генерации — всего 9 % (желтый цвет на диаграмме слева), ветрогенерации (серый цвет на диаграмме слева) — 24,6 %. Остальные ВИЭ представлены гидроэлектростанциями — 3,8 % (синий цвет) и так называемой «биомассой» — 8,6 % (зеленый цвет), к которой отнесены как выработка биогазов, так и сжигание отходов вроде древесной щепы. Итого на долю альтернативной энергетики, потенциально уязвимой для сильного мороза, остается 33,6 % генерации. Это всего лишь треть выработки энергии, что, впрочем, тоже немало.
В 2020 г. доля ВИЭ увеличилась во многом за счет того, что именно тепловые электростанции «отработали» падение спроса на электроэнергию. Но при наступлении сильных морозов в Германии быстро нарастили выработку электроэнергии из бурого угля, добываемого на территории страны, что повредило экологии, но позволило избежать более серьезных последствий.
В США доля ВИЭ в 2019 г., подсчитанная по методике, аналогичной применяемой Fraunhofer ISE для Германии, составила 18,3 % от общей генерации. Причем гидроэлектростанции дают 6,8 % от вырабатываемой электроэнергии. Ветряки и солнечные панели создают всего 10,7 % электроэнергии. Но, следует отметить, что в США, как и в других странах, в отчеты по ВИЭ не входит микрогенерация для личных нужд. Основой США является пресловутая «одноэтажная Америка», которая все больше покупает солнечные панели для своих домов, чтобы не связываться с поставщиками электроэнергии. Если бы ее учитывали, доля солнечных панелей в генерации могла быть больше.
Кстати, к вопросу о пресловутых «менее 1 % ВИЭ в российской энергетике». Да, на ветряки и солнечные батареи у нас сейчас и приходится, по разным подсчетам, не более 1-2 % вырабатываемой электроэнергии. Но на долю гидрогенерации в нашей стране приходится около 17-18 % вырабатываемой электроэнергии. Итого, по доле ВИЭ в энергетике, Россия находится на уровне США, просто у нас другая структура генерации, что связано, в том числе, и с разницей в климатических условиях.
Итак, если брать не все ВИЭ, а только солнечную и ветряную генерацию, они практически нигде не составляют большую часть установленных мощностей. Если в 2020 г. где-то тепловые электростанции и были переведены на «меньшие обороты» из-за сокращения спроса, то технически не было никаких препятствий нарастить выработку электроэнергии в морозы. Тем более, что современные методы позволяют получать точные прогнозы погоды как минимум на 10 дней вперед. Значит, проблемы были не только и не столько связаны с увеличением доли альтернативной энергетики.
Проблемы в Евросоюзе
Держать в хранилищах большое количество природного газа экономически невыгодно. На протяжении предыдущих лет все более теплые зимы привели к тому, что плановые по созданию запасов газа из года в год сокращались. В 2020 г. хранилища оказались переполненными, это повлияло на объемы поставок, прописанные в контрактах на 2021 г. Кроме этого, во многом по политическим причинам, в Евросоюзе сделали серьезную ставку на доставку сжиженного природного газа по морю вместо расширения поставок через трубопроводы из России. Из-за большого времени в пути по морю и ограниченного числа танкеров такой способ перевозки не смог оперативно отреагировать на изменение погоды. В отличие, кстати, от «Газпрома», который уже к марту нарастил поставки газа в Европу примерно на треть.
Но был еще один фактор, который не принято афишировать. В структуре генерации Германии в 2019 г. на каменный уголь приходилось 9,4 %, что сопоставимо с долей природного газа (10,5 %). С 1 января 2021 г. использование каменного угля в электроэнергетике Германии было прекращено. В то же время сохранилось использование бурого угля (на 2019 г. его доля составляла 19,7 %), значительно менее экологически чистого при сгорании (из-за чего в СССР от его использования отказались еще в 50-х годах XX века). Причины, опять-таки, были сугубо политические — каменный уголь Германия покупала в основном в России, а бурый уголь добывается на ее территории, причем главным образом в восточных землях, нуждающихся в дополнительных мерах экономической поддержки.
Проблемы в Калифорнии
Энергосистема США в целом выдержала испытания морозами. Конечно, проблемой, характерной для США, является довольно частый обрыв проводов распределительной сети при тех или иных погодных катаклизмах, поскольку доля калиброванных линий энергоснабжения довольно низкая. Тем не менее, с этим в итоге справились. Катастрофические проблемы возникли только в одном штате — Калифорнии. Да, там панели занимают более высокую долю генерации, чем в среднем по стране — примерно 20 — 25 %. Ветроэнергетика в Калифорнии не очень развита и дает не более 1,5 % вырабатываемой электроэнергии. Итого, на долю альтернативной энергетики в Калифорнии приходится менее четверти вырабатываемой электроэнергии. Это меньше, чем, скажем, в Германии, где масштаб отключений был не таким значительным.
Главная причина в другом. Калифорния имеет энергосистему, изолированную от других штатов. То есть в экстренных случаях нет возможности обеспечить переброску дополнительной электроэнергии в регион или из него. Остальные штаты объединены единой энергосистемой. Кроме этого, уникальность Калифорнии еще и в том, что в этом американском штате, в отличие от других, отсутствует какой-либо официальный орган, координирующий местную политику в области энергетики. В результате некому было обязать электроэнергетические компании иметь резервы мощности на случай чрезвычайных ситуаций. Для сравнения, в России обеспечивается надежное энергоснабжение в сложных погодных условиях именно благодаря наличию единой энергетической системы, в которую включены генерирующие организации различных форм собственности.
Но до поры до времени ситуация в Калифорнии складывалась более чем хорошо. Дешевая электроэнергия обеспечивала промышленным предприятиям штата конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках. Достигалась дешевизна электроэнергии не только за счет солнечной генерации, а в том числе и за счет того, что не расходовались средства на создание резервных мощностей и интеграцию электросети штата в энергосистему всей страны. Причем в большей степени такой подход касался как раз традиционной энергетики, которая должна была «подстраховать» альтернативную.
В условиях поставленной задачи возрождения промышленности в США и ценовой войны с Китаем такая ситуация, похоже, удовлетворяла политиков. «Первый звоночек» прозвенел в августе 2020 г., когда в Калифорнии произошел массовый блэкаут из-за рекордной жары. В результате лесных пожаров были разрушены несколько линий электропередач. При этом жара увеличила потребление электроэнергии за счет повсеместно включенных на полную мощность кондиционеров. И вот теперь мороз и снежные метели снова обесточили штат.
Выводы
Увеличение доли альтернативной генерации не было главной причиной проблем с электроэнергетикой, возникших в Евросоюзе, а также в американском штате Калифорния в феврале 2021 г. Первопричиной все же стали решения, обоснованные политическими, но никак не экономическими, инженерными или даже экологическими соображениями, как, например, отказ от использования каменного угля в Германии с фактически произошедшим потом замещением его бурым углем. И решения эти относились по большей части к традиционной энергетике, для которой не были созданы достаточные запасы топлива, а также были ограничены возможности быстрого наращивания генерации.
Не представляет проблемой создать системы, автоматически очищающие солнечные панели от снега, как лопасти ветряков, которые не покрываются льдом на морозе. Мы уверены, что по итогам произошедшего коллапса будут сделаны соответствующие выводы. В то же время, ВИЭ не ограничиваются только солнечной и ветряной генерацией. И, конечно, само по себе развитие альтернативной энергетики не должно являться самоцелью, тем более, быть обусловлено только политическими соображениями.
Уже сейчас есть много применений, когда выгоднее установить солнечную панель или ветряк, чем прокладывать линию энергоснабжения. С другой стороны, если где-то солнечная погода — редкость, и имеются дешевые источники энергии поблизости, зачем строить там солнечную электростанцию только ради отчетности? Не лучше ли эти средства потратить на настоящую борьбу за экологию, например, на поддержание в порядке природных заповедников?
Автор: Алексей Васильев
