Сегодня в России работает свыше 42 тысяч электростанций, на которые приходится около 50 процентов от общего объема выбросов парниковых газов в стране. Глобальное изменение климата заставляет кардинально пересматривать подходы к производству. Особую сложность для перехода на возобновляемую энергетику представляют погодные условия в регионах, ограничивающие внедрение солнечной и ветровой генерации. Ученые Пермского Политеха разработали методику оценки углеродного следа и доказали, что использование установок с биотопливом и водородом снижает выбросы парниковых газов в три-четыре раза.
Энергетический сектор сегодня остается одним из основных источников образования парниковых газов. В среднем при производстве одного киловатт-час электроэнергии в атмосферу попадает около 480 граммов CO₂. В России этот показатель немного лучше — 440 граммов.
В условиях критического уровня загрязнения воздуха в городах и истощения природных ресурсов ключевым трендом в мире становится распределенная генерация — производство энергии непосредственно в месте ее потребления. Промышленные компании все чаще инвестируют в подобные экологически полезные решения и стремятся снизить углеродный след.
Крупные электростанции, как правило, передают энергию на большие расстояния со значительными потерями. Малая генерация же предусматривает использование компактных установок мощностью до 25 мегаватт, расположенных рядом с потребителями. В Европе на них приходится до 30 процентов производимой электроэнергии, тогда как в России — всего около три процента.
Ученые Пермского Политеха разработали уникальную методику оценки углеродного следа, позволяющую сравнивать эффективность различных технологий. Статья опубликована в журнале «Экология и промышленность России».
В отличие от других исследований, которые в основном изучают количество выбросов и производительность установок, предложенное решение учитывает мировые и российские данные. На их основе эксперты проводили анализ количества загрязнений от вырабатываемой электроэнергии. Они рассчитали уровень углеродного следа на всех этапах производства (выбросы при изготовлении оборудования, добыче и транспортировке сырья, а также при сжигании топлива).
Ученые рассмотрели разные технологии малой генерации, включая газопоршневые, дизельные и газотурбинные установки. Наиболее перспективными признаны системы на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ), которые могут работать с различными энергоресурсами. Исследование показало, что выбросы сильно различаются в зависимости от вида сырья. Например, при использовании водорода, произведенного из природного газа, показатель достигает 950 граммов CO₂/киловатт-час, тогда как с «зеленым» водородом (сделанным из воды и электроэнергии) снижается до 213 граммов CO₂/киловатт-час.
— Преимущество энергоустановок на основе твердооксидных топливных элементов заключается в их возможности работать с разными видами топлива, включая природный газ, биогаз и водород, что открывает путь к декарбонизации (полному отказу от применения угля, нефти, газа для уменьшения выбросов). При этом они практически не вырабатывают загрязняющих веществ, таких как оксиды серы и азота, и работают с низким уровнем шума. Кроме того, у топливных установок отсутствуют территориальные или климатические ограничения, что делает их идеальным решением для мест с низким уровнем солнечного света и неравномерными ветровыми нагрузками, — рассказывает Юлия Мозжегорова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды».
При внедрении новых источников важно учитывать и различия в углеродном следе между регионами России. К примеру, на Урале этот показатель составляет 327,7 килограмма CO₂/киловатт-час, что ниже среднего по стране, а в сибирских регионах он достигает 435,5 килограмма CO₂/киловатт-час. Следовательно, экологическая и экономическая эффективность одного и того же предприятия будет напрямую зависеть от его расположения.
— Внедрение установок малой генерации позволяет не только снизить количество выбросов на 50–80 процентов, но и повысить энергетическую производительность. Для промышленности это также означает укрепление конкурентоспособности на международных рынках, где действуют углеродные налоги. Дополнительный эффект достигается за счет снижения зависимости от централизованных энергосетей: предприятия получают защиту от аварийных отключений. А также ограждает от ценовых колебаний на рынке, — отмечает Юлия Мозжегорова.
Результаты исследования подтверждают возможность снижения концентрации парниковых газов при использовании энергоустановок малой генерации в три–четыре раза, что также дает инструмент для перехода к низкоуглеродной энергетике даже в регионах со сложными климатическими условиями.