Ускоренная декарбонизация: оправдывает ли цель средства?
Первые два летних месяца 2021 г. оказались во всем мире на редкость богатыми всевозможными природными катаклизмами - от наводнений до лесных пожаров. Мнение ведущих мировых лидеров оказалось практически единогласным - нагрузка на природу стала чрезмерной, срочно требуется снизить уровень выбросов углекислого газа. Теперь именно этот мотив, а не экономические причины или же необходимость обеспечения энергетической независимости (зачастую весьма иллюзорной) становится главным аргументом в пользу альтернативной энергетики. В июле Евросоюз принял директиву, предписывающую снизить эмиссию парниковых газов к 2030 г. на 55 % (ранее предполагалось 40 %). Для решения задачи декарбонизации энергетики зачастую предлагаются весьма необычные решения, о которых мы расскажем в данном обзоре.
Энергию приливов - на производство водорода!
В июле 2021 г. начала давать ток Orbital Marine O2 - самая мощная приливная электростанция (ПЭС) в мире. В этом проекте необычно буквально все, даже дизайн объекта генерации, который внешне напоминает гигантский самолет. Эта ПЭС практически безупречна в плане экологии, поскольку для нее не пришлось строить плотину. Orbital Marine O2 располагается в Северном море, у берегов Шотландии, и именно эту часть Великобритании она будет снабжать электричеством. Большинство же других ПЭС, находящихся в коммерческой эксплуатации, располагаются в Азии.
Установка приливной электростанции Orbital Marine O2
Пиковая мощность, которую может давать Orbital Marine O2 в энергосистему, составляет 2 ГВт, что сопоставимо с крупнейшими ГЭС и АЭС. Но... воспользоваться этим богатством напрямую оказывается не всегда возможным.
2 ГВт - это максимальное значение, такую мощность данная электростанция дает не всегда. Пики выработки энергии чередуются со спадами, что вообще характерно для альтернативной энергетики. Скажем, солнечные панели имеют такой же недостаток, но с ним можно справиться. Например, поставлять вырабатываемое электричество для питания промышленных предприятий, где пик потребления приходится как раз на светлое время суток. Или же предлагать значительные скидки на зарядку электромобилей в дневное время, выравнивая тем самым потребление.
ПЭС Orbital Marine O2 с турбинами, установленными в рабочее положение
Недостатком ПЭС является то, что приливы связаны с фазами луны. А к этой периодичности очень трудно привязать какие-либо процессы в обществе, влияющие на энергопотребление. Это вам не солнечные панели, вырабатывающие энергию в суточном ритме. Вот почему до сих пор ПЭС не получили широкого распространения.
В проекте Orbital Marine O2 проблема цикличности выработки электроэнергии решена оригинальным образом. Одновременно с ПЭС на берегу построен завод по производству водорода экологически чистым способом электролиза (о его пуске в коммерческую эксплуатацию на момент написания обзора информации еще не было). Этот завод будет получать электроэнергию, необходимую для своей работы, от ПЭС. На пиках генерации можно использовать излишки электроэнергии, увеличив выработку водорода. А при спадах генерации, напротив, уменьшить или вообще приостановить. При этом в сеть для снабжения обычных потребителей энергия будет поступать стабильно. Водород же можно будет использовать для заправки инновационных транспортных средств, а также для накопления энергии.
Похожий проект недавно был запущен и в Японии. Компания Eneos построила завод по производству экологически чистого водорода, источником энергии для него стали солнечная электростанция, а также электростанция мощностью 74,9 МВт, работающая на биомассе. Водород уже продается в розницу для заправки транспортных средств в городе Йокогама, цена составляет 11 долл. за килограмм. В июле 2021 г. впервые было заключено соглашение на поставку водорода с правительством префектуры Яманаши. Закупка водорода как топлива для государственных нужд создает прецедент, демонстрирующий важность данной технологии.
Водород - в топку?
Современной тенденцией является выработка электричества из водорода посредством химической реакции, происходящей в топливном элементе. Преимуществом топливных элементов является их компактность, что имеет значения для транспортных средств. Но водородные топливные элементы в целом - дорогое удовольствие.
В то же время, массовое применение водорода для транспортировки и накопления экологически чистой энергии требует новых подходов. Во-первых, полностью на водород перейти в обозримом будущем не удастся. Придется работать со смесью водорода и природного газа. Во-вторых, нужно что-то делать с уже установленными на электростанциях генераторами, использующими природный газ в качестве топлива. Поэтому для выработки электроэнергии из водорода в промышленных масштабах требуется уже давно зарекомендовавший себя подход - получение энергии за счет сжигания топлива.
Большинство используемых на электростанциях моделей газовых машин Jenbacher можно будет перевести в будущем на водород
В июле 2021 г. компания INNIO - ведущий мировой производитель производитель газовых машин для электростанций (бренды Jenbacher и Waukesha) - объявила о новой стратегии, которая будет реализовываться с 2022 г. Все генераторы на газе Jenbacher, которые компания будет выпускать с будущего года, должны иметь возможность работы на смеси природного газа и водорода с долей водорода в смеси до 25 %. В будущем эту долю планируется увеличить до 60 %. Готовится к выпуску вариант модели генератора Type 4, способной работать на 100 % водороде. Кроме этого компания объявила о наличии у нее готового решения, позволяющего перевести на 100 % водород большую часть уже установленных генераторов Jenbacher.
Спасение деревьев от вырубки
Тем временем, борьба за экологию приводит к таким парадоксальным результатам как... необходимость сжигать древесину для выработки электроэнергии. Дело в том, что при сжигании древесины вырабатывается на 80 % меньше углекислого газа, чем при сжигании угля, при том же объеме выработанного электричества. В Великобритании на крупнейших электростанциях уже сейчас 10 % загружаемого в печи топлива - древесные пеллеты. Помимо формального снижения выбросов углекислого газа, применение древесины позволяет поправить статистику в по другому направлению - доле возобновляемых источников энергии. Да, формально дерево - возобновляемый источник. Спилили дерево - на его месте вырастет новое. За сколько времени - уже не важно, статистика это уже не учитывает. Как не учитывает и того факта, что именно деревья поглощают углекислый газ.
Государственные дотации «экологически чистым» электростанциям в США и Евросоюзе сделали выгодным бизнесом производство древесных пеллет, причем не только из отходов, но и вполне качественной древесины
После принятия в июле новых контрольных цифр по снижению эмиссии углекислого газа в Евросоюзе, по всему миру возникла серьезная обеспокоенность о возможности увеличения вырубки лесов под топливо для электростанций. Особенно обеспокоены жители юго-восточных штатов США. Евросоюз субсидирует закупки там древесины в качестве топлива, что сделало вырубку лесов с последующей переработкой в пеллеты для электростанций выгодным делом. По этому поводу американская общественность уже подавала в 2018 г. петицию в Европарламент, но с тех пор ситуация не изменилась. Директива Евросоюза спровоцировала в июле 2021 г. новый виток борьбы американских экологов с европейскими политиками, любящими красивые цифры.
На фоне этого в самих США появились чиновники, желающие улучшить статистику по экологии. В июле власти штата Массачусетс объявили о плане создания пяти крупных электростанций, которые названы «работающими на биомассе». Фактически же речь идет о сжигании на этих электростанциях 800 тонн древесины в сутки. Но, поскольку по формальным правилам, данные электростанции относятся к «возобновляемой энергетике», они должны получить еще и государственные субсидии при реальном вреде экологии.
Использованное пищевое масло по праву можно считать топливом будущего
В то же время, по другому виду топлива, признанного в Евросоюзе экологически чистым, наметились определенные подвижки. Был ограничен ввоз пальмового масла для производства биодизельного топлива, применяемого, помимо прочего, в дизель-генераторах. Причина - добыча такого масла наносит непоправимый ущерб лесам. Вместо него дизельное топливо стали производить из отработанных растительных и животных масел, собираемые в заведениях в заведениях общественного питания (проще говоря, отходы, образуемые при жарке). В основном это сырье импортируется из Азии. В июле обнародованы сенсационные данные - ввоз отработанных пищевых масел в Евросоюз для производства биодизельного топлива увеличился за 2020 г. на 30% и это на фоне спада экономики! Пожалуй, никакие другие виды топлива не показали в последние годы столь впечатляющего роста. Правда, о том, насколько полученное из пищевых отходов дизельное топливо меньше загрязняет воздух при сжигании, до сих пор ничего не известно.
Приведенные примеры показывают, что «зеленая» энергетика - очень сложная отрасль, ее оценка по одному-двум целевым показателям наносит ощутимый вред как природе, так и экономике, попутно дискредитируя хорошую идею. Хочется надеяться, что неоднозначный зарубежный опыт будет учтен в России и нам удастся избежать такого рода ошибок.