Исследование посвящено проблеме снижения выбросов. Эксперты анализируют существующее положение дел и предлагают три варианта прогноза. Первый — продолжающий нынешнее положение вещей, он учитывает усилия, которые уже предпринимаются или заявлены странами — в том числе в рамках Парижского соглашения. Второй — сценарий устойчивого развития, он предполагает достижение нулевых выбросов к 2070 году. Третий — вариант ускоренного развития. При нем достижение нулевых выбросов должно произойти к 2050 году, а производство электроэнергии увеличиться в 2,5 раза по сравнению с текущим уровнем, что «эквивалентно введению в эксплуатацию всей энергетической промышленности США каждые три года». В отчете в качестве финального года, к которому должны быть достигнуты нулевые выбросы, используются и 2050, и 2070 годы.
В документе рассматриваются риски и возможности, связанные с быстрым сокращением выбросов, в ключевых сферах, связанных с потреблением энергии: транспорт, промышленные предприятия (прежде всего, черная металлургия и производство удобрений), потребление энергии домохозяйствами.
Концепция исследования
Эксперты МЭА начали с того, что нынешнее положение дел нельзя считать удовлетворительным: «Растет значимость чистой энергетики, но на ее долю по-прежнему приходится только одна пятая всей производимой в мире энергии. Иными словами, энергетическую отрасль в ее настоящем виде нельзя признать устойчивой». Эксперты допускают снижение выбросов в 2020 году из-за пандемии коронавируса, но признают, что оно временное, и выбросы быстро вырастут.
Несмотря на постоянные призывы снижать выбросы, они вряд ли будут снижены радикально в ближайшие два десятилетия. Такая ситуация складывается по нескольким причинам.
Одна из них — быстрое развитие экономики Китая, которое потребовало столь же быстрого наращивания генерирующих мощностей, прежде всего угольных. «С начала XXI века доля угля в мировом энергобалансе выросла из-за экономического бума в Китае», — отмечают авторы отчета.
Вторая причина — срок жизни предприятий: запущенные в течение последних двух десятилетий, они рассчитаны на работу в течение 30–40 лет и, по мысли авторов, из-за инертности используемых на предприятиях технологий выбросы будут сокращаться медленнее: «Высокая конкуренция на глобальных рынках, долгий срок службы существующих активов и быстрый рост спроса еще больше затрудняют задачу снижения выбросов в этих непростых условиях».
Третья причина — технологии, которые могли бы способствовать снижению выбросов, пока находятся на ранней стадии развития. «Скорость достижения нулевых выбросов в атмосферу будет зависеть от скорости инноваций в области электрификации, водородных технологий, использования биотоплива и технологий CCUS», — уверены авторы отчета. CCUS — технологии захвата, использования и хранения углерода.
Для того чтобы водород стал полноценным источником низкоуглеродной энергии, прежде всего в промышленности, необходимо нарастить мощность электролизеров с нынешних 0,2 ГВт до 3300 ГВт. Если прогноз сбудется, они будут потреблять электроэнергии вдвое больше, чем весь Китай сейчас, а выбросы снизятся вдвое. Технология захвата углерода необходима для производства низкоуглеродного синтетического топлива и удаления углекислого газа из атмосферы. Она сможет сократить от 55 до 80 % выбросов.
В число низкоуглеродных авторы исследования включили энергию, получаемую из биомассы, в которую примерно в равных пропорциях включены как традиционная биомасса (дрова, древесный уголь и иные производные деревоперерабатывающей промышленности), так и новые источники биоэнергии. По мысли авторов отчета, электричество, водород, синтетическое топливо, а также энергия из биомассы должны занять тот объем спроса, который сейчас удовлетворяется за счет использования угля, нефти и природного газа.
В целом, в соответствии со сценарием устойчивого развития спрос на электроэнергию более чем удвоится. «Рост спроса будет обусловлен выработкой электричества для зарядки легковых и грузовых автомобилей и автобусов, переработкой лома металлов, производством тепла для нужд промышленности, а также использованием электроэнергии для обогрева, приготовления пищи и работы бытовых приборов». А производство электроэнергии — утроится к 2070 году, отмечается в исследовании.
Однако общее потребление энергоресурсов будет увеличиваться гораздо медленнее из-за влияния энергоэффективности и экономии материалов: «Спрос будет сохраняться примерно на том же уровне вплоть до начала 2050-х годов, а затем снова начнет медленно расти, поскольку на тот момент будет исчерпан практически весь потенциал оптимизации существующих сейчас технологий. Энергоемкость (количество потребляемой энергии в пересчете на доллар ВВП) в период с 2019 по 2070 гг. снизится на две трети, что эквивалентно снижению энергоемкости на 2,2 % в год, т. е. почти на треть быстрее, чем в 1990–2019 гг. (1,6 % в год)».
Место атомной энергетики в безуглеродном будущем
В отчете признается, что именно атомная энергетика еще в прошлом веке стала технологией, способствующей снижению выбросов и сохранению атмосферы в чистоте: «В 1960-е и 1970-е годы количество строящихся реакторов резко выросло, но снизилось впоследствии». Развитие технологий происходило волнами: в 1970–1980 годы это была атомная энергетика, в 1990-е — парогазовые турбины, в 2000-е — ветроэнергетика, в 2010-е — солнечные панели. Однако авторы отчета с сожалением отмечают: «Увеличение доли возобновляемых источников энергии в мировом энергобалансе едва ли смогло компенсировать снижение доли ядерной энергетики за аналогичный период». Это привело к тому, что доля чистых источников энергии в настоящее время ниже 20 %, то есть примерно на том же уровне, что и в начале 1970-х годов.
Причины, которые вызвали снижения интереса к атомной энергетике в конце 1980-х — начале 1990-х, по мнению авторов, — снижение цен на ископаемое топливо и две аварии — в США и СССР. Интерес снова пробудился в конце 2000-х годов, но угас из-за аварии на Фукусиме.
Тем не менее, по оценке МЭА атомная энергетика станет одной из движущих сил «очищения» сегмента электроэнергии — например, для производства водорода методом электролиза. Подобные проекты уже анонсированы в Великобритании и США.
В соответствии со сценарием устойчивого развития доля электроэнергетики в общем объеме потребления первичных энергоресурсов вырастет с нынешних 20 % до почти 50 % в 2070 году. Сегмент будет развиваться преимущественно за счет солнечной, ветровой и атомной энергетики. По данным на 2019 год, спрос на электроэнергию АЭС составлял 728 млн тонн нефтяного эквивалента (МТОЭ). В сценарии, продолжающем нынешнее положение вещей, к 2070 году эта доля должна вырасти до 1101 МТОЭ. В сценарии устойчивого развития примерно тот же результат (1140 МТОЭ) будет достигнут уже в 2040 году. В 2070 году он составит уже 1472 МТОЭ.
В другом разделе отмечается: «Использование первичной ядерной энергии в период с 2019 по 2070 год вырастет более чем вдвое, причем на долю развивающихся стран Азии придется примерно 75 % прироста мощности». По сценарию устойчивого развития доля атомной энергетики в общемировой энергетической корзине в 2070 году составит 8 % (с. 129).
В различных регионах она будет отличаться, отмечают эксперты МЭА: «В 2070 году в Китае АЭС будут вырабатывать 13 % всей электроэнергии, что в три раза больше чем сейчас». По данным PRIS, доля атомной генерации в энергокорзине Китая составляет 4,9 % — чуть выше, чем это следует из расчетов исследователей.
Достижение нулевых выбросов в электроэнергетике потребует резкого увеличения ввода новых чистых генерирующих мощностей: ежегодно потребуется вводить АЭС совокупной мощностью 15 ГВт. Для сравнения, одновременно каждый год надо будет строить солнечные электростанции совокупной мощностью 475 ГВт (в 2019 году — 108 ГВт) и ветровые совокупной мощностью 190 ГВт (в 2019 году — 60ГВт).
На Азию, по оценкам МЭА, придется более 80 % прироста мирового парка АЭС: с 415 ГВт в 2019 году до более чем 780 ГВт в 2070 году. Увеличение количества АЭС будет обеспечено главным образом уже существующими проектами. Поддержку им могут оказать новые проекты и атомные станции малой мощности: «Увеличению доли возобновляемых источников энергии способствуют и некоторые передовые ядерные технологии, в частности, малые модульные реакторы (ММР). Сегодня ММР находятся на этапе разработки прототипов: поскольку они потенциально отличаются более короткими сроками ввода в эксплуатацию и более низкими затратами на строительство, связанные с ними инвестиционные риски ниже, чем в случае с АЭС большой мощности».
Атомная энергетика относится к числу самых наукоемких сегментов в электроэнергетике в целом. По оценкам МЭА, которое ведет мониторинг затрат на исследования и разработки в сегменте электроэнергетики с 1970-х годов, практически до 2008 года именно в атомной энергетике вкладывалось больше всего средств в НИОКР. С 2009 года заметен всплеск финансирования в области возобновляемой энергетики, производства водорода и систем накопления электроэнергии, но и в разработки для атомной энергетики инвестиции не прекращаются.
Серьезный научный багаж позволяет атомной энергетике быть сравнительно независимой от прорывов в других отраслях. Росатом, например, ведет собственные разработки в материаловедении, создании новых видов атомных станций и их компонентов, видов топлива и даже вычислительных систем для сложных расчетов.
Исследование безусловно отражает существующие в профессиональном и общественно-политическом сообществе позиции о том, как можно добиться сокращения или даже прекращения выбросов. Цифры, предложенные в исследовании применительно к 2050 и 2070 году, по-видимому, можно оценивать как вероятные ориентиры, но вряд ли — как целеполагание: слишком длинная временная дистанция и высокая неопределенность. Это чувствуется и в самих цифрах: если спрос на электроэнергию удвоится, а производство утроится, то как это характеризует нынешнюю ситуацию и то, что будет через полвека? Реальное наполнение энергетической корзины будет зависеть от политических тенденций и общественных ценностей, но также — и финансовых возможностей государств и компаний, которые работают на их территории, в том числе — возможностей инвестировать в инновации в сфере энергетики. И от наличия или отсутствия внезапных катаклизмов любого рода, конечно.
Определения
Согласно МЭА, к низкоуглеродным энергетическим технологиям относятся «возобновляемые источники энергии (ВИЭ), ядерная энергетика, технологии захвата, использования и хранения углерода; водород, полученный с помощью низкоуглеродных энергетических технологий; технологии, повышающие энергоэффективность (например, переход с ламп накаливания на светодиоды); другие варианты использования и хранения энергии, а также новые технологии, снижающие выбросы СО2 и загрязнение окружающей среды». В контексте дискуссии о «зеленом» статусе атомной энергетики, которая сейчас идет в Евросоюзе, важно, что МЭА включила атомную энергетику в число низкоуглеродных технологий в один ряд с генерацией на возобновляемых источниках энергии.
