Электрификация мировой экономики превращает электроэнергию в важнейший энергетический ресурс. В этой связи в отрасли в рамках борьбы с изменением климата заметно повышается роль мер, направленных на снижение выбросов CO2 (прежде всего, в угольной промышленности и нефтяной промышленности) при производстве электроэнергии.
Изменение глобальной структуры выработки электроэнергии
Начиная с 2013 года в мире идёт планомерное снижение углеродоёмкости электроэнергии — удельного показателя выбросов CO2 на единицу произведенной электроэнергии. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), генерация в мире с 2010 года по 2018 год выросла на 23,8%, до 27,7 трлн кВт·ч, а углеродоёмкость за этот же период снизилась на 10,4%, до 475 г CO2/кВт·ч.
Одним из факторов сокращения выбросов CO2 стало изменение глобальной структуры выработки электроэнергии. Доля ископаемого топлива в мире с 2010 года по 2018 год, как считают в МЭА, снизилась до 65,2%, или на 3,4 процентных пункта (п.п.), в том числе за счет нефти на 1,1 п.п. и за счёт угля на 2,3 п.п. При этом за тот же период на 0,5 п.п. выросла доля газа, удельные выбросы CO2 от которого в ходе выработки из него электроэнергии в 1,5–2,5 раза ниже по сравнению с нефтью и углем.
По газу соотношение объемов выбросов СО2 и количества энергии, потребленной за год, по данным МЭА, составляет 400 г CO2/кВт·ч, по нефти 600 г CO2/кВт·ч, по углю, в зависимости его от типа, — 845–1020 г CO2/кВт·ч.
Электрификация экономики может привести к значительному сокращению выбросов CO2, например, в транспортном секторе при замене моторного топлива на электричество и последующем массовом использовании электромобилей.
Технологии для снижения углеродоёмкости
Благодаря активным темпам роста генерации на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), с 2010 года в мире в общей структуре её выработки электроэнергии, происходит снижение доли ископаемого топлива — каменного угля, нефти и природного газа.
Стремительный рост ВИЭ обязан существенному снижению издержек при производстве электроэнергии. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии — International Renewable Energy Agency (IRENA) информирует о том, что с 2012 года по 2017 год средняя стоимость электроэнергии в мире для фотоэлектрических панелей снизилась на 65%, а для ветроэнергетических установок на 15%.
Еще одним примером развития технологий, способствующих снижению углеродоёмкости, стало расширение использования парогазовых энергоблоков. По данным МЭА, средний коэффициент полезного действия тепловых электрических станций в мире вырос до 37,3% в 2016 году, что на 1,1 п.п. больше по сравнению с 2010 годом.
Несмотря на снижение общемировых показателей, данные по углеродоёмкости в разных странах заметно различаются. Это обусловлено в первую очередь особенностями структуры производства электроэнергии, изменения в которой происходят под воздействием экономических и технологических факторов.
Китай, США и Япония — разные подходы к одной проблеме
Китай характеризуется высокой углеродоёмкостью электроэнергии. По данным МЭА, в 2016 году этот показатель составил 627 г СО2/кВт·ч и, несмотря на заметное снижение (–17% к 2010 году), все еще превышает среднемировой уровень. Основная причина заключается в том, что в структуре производства электроэнергии страны уголь занимает существенную долю, по данным МЭА, в 2016 году она составляла 68,2%.
За счет развития гидроэнергетики и ВИЭ в Китае произошло снижение выбросов СО2. Заметный вклад также внесла замена старых объектов угольной генерации на современные энергоблоки. В 2014 году в стране был принят план действий по обновлению и реконструкции угольных электростанций. Документ установил более жесткие по сравнению со странами ЕС и США стандарты для угольных тепловых электростанций.
В США углеродоёмкость электроэнергии в 2016 году, по данным МЭА, составила 433 г СО2/ кВт·ч, что не только ниже, чем в Китае, но также меньше среднемирового показателя на 11,6%. При этом за 2010–2016 годы показатель снизился на 18,4%. Основным фактором снижения удельных выбросов СО2 на единицу произведенной электроэнергии в США стал масштабный переход от угольной генерации к газовой. Этому способствовало значительное снижение цен на газ в 2011–2012 годах в связи с активной добычей сланцевой нефти. В результате доля угля в структуре выработки электроэнергии в стране снизилась до 31,4% в 2016 году (–14,2 п.п. к 2010 году), а доля газа, наоборот, увеличилась до 32,9% (+9,6 п. п.).
Япония является одной из немногих развитых стран, углеродоёмкость электроэнергии которой превышает среднемировой уровень, так в 2016 году она составила 544 г СО2/кВт·ч. Такая ситуация произошла в результате аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году, после которой страна временно вывела из эксплуатации все АЭС. В итоге доля атомной энергии в структуре выработки общей электроэнергии сократилась с 26,1% в 2010 году до 1,7% в 2016 году. Снижение выработки АЭС замещалось увеличением выработки угольных и газовых ТЭС.
Таким образом, углеродоёмкость электроэнергии Японии после 2011 года увеличилась, даже с учетом роста доли ВИЭ в структуре выработки электроэнергии страны с 2,6% в 2010 году до 9% в 2016 году.
Лидерство стран ЕС
В Европейском союзе углеродоёмкость электроэнергии имеет достаточно низкие значения. Это обусловлено экологической политикой ЕС, а также мерами, принимаемыми на национальных уровнях. Следует отметить, что показатель является средним по всем государствам, входящим в ЕС, однако ситуация в них сильно различается.
Франция является одним из лидеров с наименьшим уровнем углеродоёмкости электроэнергии не только среди стран Евросоюза, но и в мире в целом. По данным МЭА, в 2016 году — 52 г СО2/кВт·ч. Низкий показатель был достигнут за счет доминирования атомной энергии в структуре общей выработки энергии в стране.
Доля атомной энергии во Франции в 2016 году составила 72,6%. В дальнейшем страна планирует снижать её, замещая атомную энергию на ВИЭ, доля которой увеличилась с 3,1% в 2010 году до 7% в 2016 году.
Германия, в отличие от Франции, имеет высокий показатель углеродоёмкости электроэнергии, который, по данным МЭА, в 2016 году составил 447 г СО2/кВт·ч. Высокий уровень удельных выбросов СО2 на единицу производства обусловлен преобладанием угля в структуре выработки электроэнергии, так в 2016 году его доля составила 42,2% от общего объёма потребляемых энергоносителей страны. При этом с 2011 года по 2013 год углеродоёмкость электроэнергии в Германии росла на фоне закрытия ряда атомных электростанций под давлением общественности из‑за аварии на японской атомной электростанции «Фукусима-1».
В 2014 году показатель начал снова снижаться за счет стремительного развития ВИЭ. В Германии, по данным МЭА, произошло почти двукратное увеличение доли в структуре выработки электроэнергии — с 14,3% в 2010 году до 27,1% в 2016 году. Снижение углеродоёмкости произошло также благодаря частичному переходу от угольной генерации к газовой.
Дальнейшее снижение углеродоёмкости в Германии связано с выводом из эксплуатации к 2022 году действующих в стране АЭС и заменой их мощностями ВИЭ, которые являются основой новой энергетической политики страны.
Российские показатели на фоне среднемировых
В России углеродоёмкость электроэнергии является достаточно низкой на фоне мирового уровня. Она, по мнению экспертов МЭА, ниже среднемирового показателя, тем не менее на 20% выше, чем в странах Евросоюза.
Низкий уровень углеродоёмкости электроэнергии в России обусловлен структурой её выработки. В нашей стране высока доля добычи газа и его потребления. В общем объёме производства электроэнергии, по данным аналитического центра при правительстве Российской Федерации, в 2016 году доля газа составила 48%, атомной энергии — 18%, доля гидроэнергии — 17%. Дополнительным фактором, влияющим на снижение углеродоёмкости электроэнергии в нашей стране, является высокая доля ТЭЦ, которая в 2016 году составила 39%. При этом нужно отметить, что КПД от использования теплоэлектроцентралей достигает 85–92%.
В период с 2010 по 2016 год углеродоёмкость российской электроэнергии, как посчитали в аналитическом центре при правительстве РФ, снизилась на 59,5 г CO2/кВт·ч до 358 г CO2/кВт·ч (–9%), что эквивалентно снижению выбросов CO2 в электроэнергетике за указанный период на 42,7 млн т (–10%) при увеличении ее выработки на 51 млрд кВт·ч (+5%).
В качестве технологического фактора эксперты отмечают расширение использования новых парогазовых энергоблоков на российских ТЭС. В результате их доля в общем объеме установленных мощностей превысила 10%.
Развитие технологий в сфере ВИЭ в нашей стране в основном происходит в отрасли солнечной энергетики, однако вклад в снижение углеродоёмкости практически отсутствует на фоне низкой доли ВИЭ в структуре выработки электроэнергии, составляет менее 0,1%.
Положительное влияние на углеродоёмкость электроэнергии в России оказало снижение удельного показателя расхода условного топлива (УРУТ) при отпуске электроэнергии на теплоэлектростанциях. Этот показатель в определенной степени является аналогом углеродоёмкости электроэнергии, потому что снижение расхода топлива, как правило, приводит к сокращению выбросов CO2. По данным аналитического центра, с 2010 года по 2016 год УРУТ в России снизился до 315,4 г у. т./кВт·ч (–19 г у. т./кВт·ч).
Продолжение на сайте «ЦДУ ТЭК»
