Как изменится энергетика в ответ на глобальное изменение климата

Прошедшее лето запомнится рекордной жарой, которая стала испытанием в том числе для энергетического сектора. Впрочем, не только экстремально высокая температура, но и волны холода и другие погодные испытания, которые мы все еще называем аномалиями, — проверка на прочность для любых объектов ТЭКа. Ученые уверены, что изменения климата — не разовые события, а новая реальность. А значит, к этой новой реальности надо приспосабливать и энергосистемы. Как именно, мы спросили экспертов.  

Нестабильность как реальность

Выражение «экстремальная жара» летом этого года приобрело особый смысл. Почти + 50 в Канаде, +47 в американском Портленде, где среднемесячная температура июня не превышает +18. Изнуряющий зной на европейской территории России — рекордный за всю историю наблюдений. Жара и более миллиона гектаров горящего леса в Якутии, вызванные аномальными температурами град и потоп в Крыму и Сочи. Тепловой купол, который накрыл в августе Средиземноморье и Балканы, застал врасплох в принципе привыкшее к зною население Турции, Греции, Италии, Испании и других стран. Этим летом досталось всем.

Между тем ученые не видят в происходящем ничего удивительного. И волны зноя летом, и набеги морозов на территории, где с ними прежде не сталкивались, и аномально мягкие зимы для холодных регионов — все это результат разбалансировки климата. В ситуации, когда атмосфера напитана теплом и энергией, любые атмосферные явления проявляются мощнее, масштабнее. И все это — не разовые события, а новая реальность.

«Изменение климата приводит к трансформации в природных системах Земли: увеличивается интенсивность осадков, наблюдаются экстремально высокие значения температуры, изменяется гидрологический режим рек и многое другое. Все эти катаклизмы уже сегодня влияют на социально-экономическое развитие, продовольственную и энергетическую безопасность стран мира», — подтверждают в Российском энергетическом агентстве Минэнерго РФ. В общем, пора привыкать.

ЛЭП не любят погорячее

Погодные аномалии все чаще становятся главными мировыми новостями — те, кто удивлялся лету 2021-го, наверняка помнят и зимние репортажи из замерзающего и обесточенного Техаса. Тогда на каждом втором снимке были запечатлены обледеневшие провода и ветряки. Ситуация в США стала поводом для обсуждения роли возобновляемых источников энергии и того, какой вообще должна стать энергетика в условиях меняющегося климата. Надо отметить, что зимой в Техасе к морозу оказались не готовы и ветряные мощности, и газовые, и тепловые — но хорошо проявили себя атомные.

Волны холода, длительные периоды жары и другие погодные испытания, которые мы все еще называем аномалиями, — проверка на прочность для любых объектов ТЭКа. Например, высокие значения температуры воздуха, особенно длительные, вызывают растяжение проводов, это такой же существенный фактор в транспортировке электроэнергии, как сильный ветер и обледенение. Кроме того, в жару возникает риск перегрева ЛЭП и отключения от электроснабжения целых районов. Инфраструктуре нефтегазодобычи жара угрожает таянием многолетнемерзлых пород и потерей несущей способности почвы; на деятельность нефтяного и газового сектора негативно влияет рост повторяемости и интенсивности неблагоприятных и опасных явлений природы. В итоге увеличивается риск аварий на сооружениях нефтегазодобычи, особенно в Арктике из-за деградации вечной мерзлоты.

Понижение и повышение температуры воздуха и влажности до экстремальных значений — угроза для тепловых и атомных станций. Жара может привести к снижению термодинамической эффективности тепловой энергетики, в том числе АЭС, отмечают в РЭА Минэнерго РФ, и к существенному изменению режима энергопотребления на фоне повышенного спроса, связанного с активным использованием кондиционеров. Например, в Турции, где столбик термометра в разгар лета разменял пятый десяток и спасатели рекомендовали оставаться в дневное время в помещениях, энергопотребление превышало показатели всех предыдущих лет — по всей стране наблюдались сбои в электроснабжении.

Частое чередование наводнений и засух, перепады суммы осадков, испарения, нарушения режима формирования донных отложений — угроза для стабильной работы гидроэлектростанций. Летом на западе Германии произошло крупнейшее наводнение. 17 июля немецкая энергетическая компания RWE сообщила о прекращении работы практически всех ГЭС на реках Мозель, Саар и Рур на западе Германии. Это десятки гидроэлектростанций — только на Мозеле их 28.

Технологии против энергокризисов

Климат меняется — как должен измениться энергетический сектор, какие меры полезны в такой ситуации? Наименее разумный вариант — держать все яйца в одной корзине, то есть делать ставку на определенные виды генерации. Например, когда доля ветроэнергетики в общем энергобалансе велика — такая картина наблюдается в некоторых странах ЕС и в том же Техасе — возникает пропасть между спросом и предложением, когда ветра нет или его много. В Евросоюзе проблему решают формированием единой энергосистемы.

Очевидно, будущее за тем, что эксперты называют «energy mix». По мнению гендиректора РЭА Минэнерго РФ Алексея Кулапина, повышению энергетической безопасности в первую очередь будет способствовать именно увеличение разнообразия источников энергии, в том числе за счет развития ВИЭ. «Изменение климатических условий создает новые возможности для расширения гидро- и ветроэнергетического потенциала, использования солнечной и фотоэлектрической энергии, — сказал он «СР». — Немаловажно развитие распределенной энергетики и промышленных систем хранения энергии, которые помогут сгладить выраженные колебания в энергосистеме».

Директор по операционной работе Кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» Олег Перцовский отмечает, что под объектами распределенной генерации зачастую понимают видят только объекты возобновляемой энергетики, что не всегда так: «Ветростанция бывает и большой сетевой — когда речь идет о парках с сотней мегаваттов. А в распределенной генерации может быть и газотурбинная или газопоршневая установка небольшой мощности».

Увеличение масштаба распределенной энергетики, независимой от систем передачи электроэнергии, по мнению экспертов, должно идти в паре с комбинированием видов генерации. «Можно говорить также об увеличении объемов резервов: что-то вышло из строя — подключили другое. В энергосистеме России резервы неплохие, хотя все равно возможны проблемы, например с выходом из строя ЛЭП, как это было во время ледяных дождей, — объясняет Олег Перцовский. — Страховкой в таких случаях могло бы быть, допустим, дублирование сетей, но это дорого. Альтернатива — как раз распределенная генерация, которая может и не использоваться постоянно, а быть в наличии на случай, если нужно замещение основных мощностей».

Олег Перцовский приводит самый простой пример — многие владельцы домохозяйств в местности, где нередки перебои с электроэнергией, устанавливают дизель-генератор. Это также элементарный пример риск-менеджмента. Учет местных климатических рисков, по мнению эксперта, важен и в контексте защиты от потенциальных энергокризисов в условиях изменения климата. «Есть несколько стратегий, — рассказывает Олег Перцовский. — Например, передача рисков: объект можно застраховать и в случае его выхода из строя получить компенсацию. Другая стратегия — избегание рисков: мы тратим дополнительные средства и повышаем климатическую устойчивость объекта. И наконец, принятие рисков: мы понимаем, что вкладываться слишком дорого, вероятность, что с объектом что-то произойдет, мала, — будь что будет. Расчет любых рисков — задача сложная, в случае с объектами энергосистемы речь идет об инженерном моделировании с использованием компьютерной симуляции и с учетом возможных стресс-сценариев экстремальных климатических явлений, но это во многих ситуациях имеет смысл».

Наряду с миксом энерготехнологий, распределенной энергетики, укрупнением энергосистем и расчетом климатических рисков важно отметить развитие систем накопления, аккумулирующих избытки электроэнергии в «мирные» времена. Таким образом, наша страховка от энергокризисов, связанных в том числе с погодными сюрпризами, — это и новые технологии. «Важное значение приобретает техническое переоснащение станций с использованием новейших прорывных, цифровых и интеллектуальных решений, что позволит снизить количество аварий, ускорит восстановление после них и в целом повысит качество передаваемой энергии, — говорит Алексей Кулапин. — В комплексе с перестройкой энергосистем должна вестись работа по повышению энергоэффективности во всех отраслях экономики».

Много малого

Говоря о распределенной генерации и развитии технологий, нужно отметить прогресс в малой атомной энергетике — реакторы мощностью до 300 МВт. В последние годы такие разработки интенсивно ведут не только в России, уже имеющей несколько проектов и действующую ПАТЭС, но и в США, Франции, Китае.

«70–100 МВт мало только в масштабе атомной энергетики, но этого вполне достаточно для небольшого города, или района из нескольких населенных пунктов, или для среднего промышленного предприятия, — говорит Олег Перцовский. — Для отдаленных территорий это хорошая история. По мнению ряда экспертов, такие объекты можно использовать для замещения выбывающих угольных мощностей, строить прямо на той же территории после демонтажа старой станций — получается браунфилд-проект. Большая станция — это соответствующие капитальные затраты и длительное сооружение, и малая энергетика во многих случаях может стать достойной альтернативой: не так дорого, не так масштабно и можно сделать быстрее. Конструкция модульная — как кубики, набрать сколько нужно блоков. Сборка на заводе — на место блок привозят в готовом виде, транспортировка, кстати, тоже более простая. Меньше требований по активным системам охлаждения и в целом меньшие риски с точки зрения безопасности. Меньше требований к площадкам размещения, более низкие капзатраты с потенциалом снижения при серийном производстве».

Серийного производства атомных станций малой мощности пока не существует. Но, учитывая количество проектов в стадии разработки или строительства — по данным МАГАТЭ, 72 в 18 странах, это вопрос времени.

В недавней статье о малой атомной энергетике французская газета Le Monde рассказывает, что мировые державы начали гонку мини-реакторов. Россия, США, Китай и Франция активно работают над модульными реакторами, которые по сравнению с «тысячниками» более надежны, подходят для регионов без электричества, а для их установки требуется меньше времени и денег. Однако, подчеркивает Le Monde, преимущества таких реакторов не делают их конкурентоспособнее, пока цена за выработку мегаватт-часа остается слишком высокой. Стоимость мини-реакторов будет снижаться после расширения производства, предполагают эксперты.

В целом же место атома в энергобалансе будущего в Европе остается темой для дискуссий. По мнению Олега Перцовского, оно безусловно будет значимым в контексте борьбы с изменением климата: «Это источник энергии без прямых выбросов парниковых газов, без выбросов загрязняющих веществ. А благодаря новым технологиям, которые в том числе предусматривают переход на двухкомпонентную атомную энергетику, замыкание цикла и сокращение радиоактивных отходов, атомная энергетика и в большом, и в малом исполнении останется важным элементом микса энерготехнологий».