Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир - Владимир Сидорович

При этом следует также учитывать, что такие крупные экономики с развитым сельским хозяйством, как Франция и Испания, имеют сегодня крайне низкую степень распространения биогазового бизнеса. Так, Франция по итогам 2013 г. уступает в производстве биогаза Италии в четыре раза, Германии – в 14 с лишним раз. Это является фактором, повышающим вероятность достижения заявленных целей роста.

Жидкое биотопливо

В отличие от других возобновляемых источников энергии биомасса может преобразовываться непосредственно в жидкое топливо, пригодное для использования на транспорте.

Как отмечалось выше, жидкое биотопливо (спирт-биоэтанол и биодизель) обеспечивают сегодня 2,7 % мировых потребностей транспорта. По данным Международного энергетического агентства, «к 2050 г. биотопливо может обеспечивать 27 % потребления транспортного топлива, способствуя замещению дизеля, керосина и авиационного топлива. Прогнозируемый объем использования биотоплива позволит сократить выбросы CO2 на 2,1 Гт в год в том случае, если топливо будет производится экологически устойчивым способом»[116].

На мой взгляд, ценность столь долгосрочного прогноза не слишком велика. В настоящее время мир переживает бурный рост электротранспорта и появление в массовой продаже автомобилей на топливных элементах. Поэтому судьба двигателя внутреннего сгорания и топлива для него будет во многом зависеть от развития данных сегментов транспортного рынка.

Мировыми лидерами в производстве и использовании биоэтанола являются США и Бразилия, в производстве биодизеля лидирует Европейский союз (примерно 53 % мирового производства).

Этанол в основном используется как добавка к бензину для увеличения октанового числа и сокращения выбросов угарного газа и прочих вредных веществ. Некоторые современные транспортные средства, называемые «мультитопливными автомобилями», способны ездить на топливе с довольно большой долей эталона. Например, топливо марки Е 85 содержит 85 % этанола и только 15 % бензина. В Бразилии, одном из главных потребителей биоэтанола, производятся десятки моделей транспортных средств, использующих в качестве топлива смесь с большой долей спирта.

Биодизель производится путем смешивания спирта (как правило, метанола) с растительным маслом или животным жиром. Он может использоваться в качестве добавки (обычно 20 %) к обычному дизельному топливу или в чистом виде в качестве возобновляемого альтернативного топлива для дизельных двигателей. Помимо автотранспорта ведутся активные эксперименты по применению биодизеля в авиации.

Ценность биотоплива как ресурса, замещающего традиционное углеводородное сырье, сомнительна. Во-первых, биотопливо не отличается высокой энергетической окупаемостью. «Для производства одного галлона этанола требуется использовать больше одного галлона ископаемого топлива, на 29 % больше. Это происходит потому, что нужно затратить огромное количество энергии для выращивания зерна (в том числе на удобрения и орошение), его транспортировку, а затем для превращения его в этанол»[117].

Во-вторых, производство биотоплива часто связано с негативными экологическими последствиями. Например, в Юго-Восточной Азии (Индонезия, Малайзия) вырубаются массивы джунглей для культивации масличной пальмы, что нарушает природный баланс и не только не сокращает, но даже может увеличивать глобальные выбросы парниковых газов, поскольку земли зачастую расчищаются с помощью огня.

Подведем итоги. Современная биоэнергетика – самый «спорный» вид возобновляемой энергетики – в прошедшее десятилетие демонстрировала бурный рост в глобальном масштабе. Ее технологии апробированы и эффективны.

Нет сомнений, что биоэнергетика постепенно расширяет свою долю в энергетическом пироге и теснит традиционные энергоносители. Всемирная ассоциация биоэнергетики заявляет, что «мировой потенциал биоэнергетики достаточен для удовлетворения глобальной потребности в энергии в 2050 г.»[118]. По моему мнению, доля биоэнергетики вряд ли станет столь значительной, но на 10–20 % мирового энергетического рынка претендовать она может. Международное энергетическое агентство предполагает, что к 2050 г. биоэнергетика будет обеспечивать 7,5 % мирового производства электричества и 15 % тепловой энергии, а в сегменте зданий будет покрывать до 20 % потребности в тепле[119].

В отдельных странах Европы, обладающих значительными биоресурсами и усиленно развивающих биогазовые технологии, выработка тепла и электроэнергии на основе биомассы может занять лидирующее место в теплоэнергетике уже в ближайшие годы, что окажет непосредственное влияние на перспективы экспорта российского газа в западном направлении.

Биоэнергетика будет играть важную роль в системах децентрализованного, локального электро– и теплоснабжения, вплоть до полного обеспечения энергией сельскохозяйственных производств и прилегающих к ним населенных пунктов.

Современная биоэнергетика будет (и должна) являться важным дополнением сельскохозяйственного производства. Переработка отходов, в первую очередь животноводства, но также и растениеводства способствует 1) решению природоохранных задач и 2) обеспечению сельского хозяйства энергоресурсами.

В то же время чрезмерное «увлечение» производством топлива из биологического возобновляемого сырья может приводить к отрицательным последствиям для окружающей среды и конкуренции с сельскохозяйственным производством продуктов питания.

Таким образом, стимулирование развития биоэнергетики требует «точной настройки», умного государственного регулирования и должно осуществляться только в такой мере, в какой она не начинает угрожать экологии и конкурировать за площади с сельским хозяйством.

Геотермальная энергетика и тепловые насосы

Наша Земля содержит в своих глубинах тепловую энергию, которую в пересчете на физические единицы можно оценить в 1031 джоулей, что в 100 млрд раз превышает годовое потребление энергии человечеством. Собственно, на освоение крошечной части этого гигантского потенциала и работает геотермальная энергетика.

Геотермальные энергетические ресурсы практически бесконечны и неисчерпаемы. Тем не менее возможности их использования зависят как от географического положения наиболее удобных для освоения мест, так и уровня развития технологий, позволяющих извлекать энергию Земли с оправдывающими себя финансовыми затратами.

Геотермальную энергетику разделяют на гидротермальную, использующую тепло теплых поземных вод, источников, пара, и петротермальную, добывающую энергию из не жидкой подземной среды. Очевидно, что потенциал петротермального направления на порядки выше, поскольку горячие источники и подземные воды обнаруживаются на Земле точечно, а высокая температура глубин Земли существует везде – это естественная характеристика нашей планеты. В то же время с технико-экономической точки зрения извлечение энергии из сухих пород сложнее и дороже.

Тепло Земли используется как напрямую для отопления и горячего водоснабжения с помощью геотермальных источников, так и для производства электроэнергии и тепла путем преобразования тепловых ресурсов Земли с помощью специального оборудования. Для выработки электроэнергии требуется высокая, превышающая 100 °С, температура теплоисточника.

Геотермальные электростанции

Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) практически ничем не отличается от принципа функционирования обычной тепловой электростанции (ТЭС). Различие состоит в первичном источнике энергии, которым в случае ТЭС является углеводородное топливо (мазут, уголь, газ), преобразующее воду в пар, который необходим для вращения турбины и производства электроэнергии. ГеоЭС получает пар из недр Земли в готовом виде, первичным (и возобновляемым) источником энергии здесь является тепло нашей планеты.

На прямое использование тепла недр сегодня приходится большая доля геотермальной энергетики (91 ТВт · ч). В этом направлении доминирует Китай (45 ТВт · ч в 2011 г.). Производство электричества составило в 2013 г. 76 ТВт · ч. Общий мировой объем генерирующих мощностей оценивается в 12 ГВт, в 2013 г. прирост составил 530 МВт, из которых 241 МВт пришелся на Новую Зеландию[120].

Мировым лидером в геотермальной электроэнергетике являются США с размером установленной мощности 3,4 ГВт, за ними следуют Филиппины (1,9), Индонезия (1,3), Мексика (1,0), Новая Зеландия (0,9), Италия (0,9), Исландия (0,7)[121]. России, увы, в списке лидеров нет, несмотря на богатые легкодоступные геотермальные ресурсы Камчатского края, Курильских островов и Кавказа. Наша страна располагает установленной мощностью 0,08 ГВт[122], немного уступая по этому показателю Никарагуа.