Атом, водород или солнце: откуда мы будем брать энергию через 30 лет

80% світової потреби в енергії покривається за рахунок викопних джерел – вугілля, нафти та газу. Та з ними пов’язані одразу дві проблеми. По-перше, їхнє відновлення займає багато часу тому, загалом, вони скінченні. По-друге – продукти їхнього спалення шкодять навколишньому середовищу.  Тому у світі сьогодні активно шукають альтернативні джерела енергії, які замінять викопні. 

Але проблема не лише в тому, з чого ми видобуватимемо енергією, а й де ми це робитимемо, і чи зможе перехід до нових джерел енергії не зашкодити продуктивності виробництва, а отже – економічному зростанню та покращенню нашого життя.

31 травня LIGA.net в рамках спільного проєкту "Dream the Future. Діалоги про інновації, що змінюють світ", який ми реалізуємо з Academy DTEK, обговорила з експертами перспективи цих пошуків та дізналась, де українці братимуть енергію у 2050 році і наскільки "зеленою" вона буде. 

Зелені альтернативи в світі

Які види "зелених" джерел енергії ви знаєте? Напевно, перше, що спало на думку – вітрова та сонячна. З ними асоціюються поля сонячних панелей та вітряків. Але форма добування такої енергії може бути ще ефективнішою, тому за кордоном поступово з’являються вдосконалені інноваційні технології добування сонячної та вітрової енергії. 

Візьмемо, наприклад, сонце. Звичайна панель займає багато місця, в тому числі за рахунок простору для розвороту за сонцем, та втрачає ефективність у хмарні дні. Німецький архітектор Андре Бріссель розв’язав цю проблему, переосмисливши форму сонячної панелі. У його конструкції є сфера, наповнена водою, яка концентрує сонячні промені на маленькій панелі, що збирає енергію. Панель крутиться навколо сфери і таким чином концентровані промені завжди лишаються на ній, а додаткового простору це не потребує. Вона виробляє стільки ж енергії, скільки звичайна панель, а місця займає в чотири рази менше і лишається ефективною навіть у хмарну погоду.

Інший приклад – гавайський проєкт Ocean Thermal Energy Conversion. Він використовує сонячну енергію, що збирається у верхніх шарах океану у вигляді тепла. Побудована на Гаваях установка набирає теплу воду з поверхні океану та холодну з глибин, тепла вода нагріває паливо всередині установки (у цьому випадку аміак), яке закипає за дуже низьких температур. Рідина випаровується, запускає турбіну, генерує електрику і досягає частини з холодною водою, яка знижує температуру пари, перетворює її знов на рідину і цей цикл повторюється. Таким чином генерується достатня кількість енергії для забезпечення роботи насосної станції і населення. Гаваї планують повністю перейти на "зелену" енергетику до 2045 року.

А як щодо вітрової енергії? Звичайні турбіни потребують швидкості вітру на рівні 30 метрів в секунду, займають багато місця і мають бути розташовані далеко від міст. У Гонконзі  замість таких складних конструкцій почали використовувати мікротурбіни. Для них достатньо швидкості два метри на секунду, вони майже не ламаються, займають мало місця і не обов’язково повинні стояти до вітру. Більше того, вони можуть прослужити 50 років, тоді як стандартні турбіни працюють 15-20 років, та до половини знизити вартість вироблення енергії.

Крім того, вже існують технології, що генерують електрику з підводних течій та морських хвиль. І – хоч це досі на межі наукової фантастики, та вже починає ставати реальністю – добування енергії через термоядерний синтез.

Термоядерний синтез – це, загалом, відтворення в лабораторних умовах на Землі процесів, які відбуваються на Сонці та інших зірках і генерують величезну кількість енергії. Для добування такої енергії потрібна складна інфраструктура, але сама енергія екологічно безпечна, не становить загрози для здоров’я людей і може добуватись до неподалік від міст.

Серед країн розпочались справжні термоядерні перегони – Франція, Англія, США та Китай намагаються стати першими, хто досягне суттєвих успіхів у добуванні енергії через термоядерні реакції. 1 червня Китай зміг встановити рекорд з тривалості термоядерного синтезу – 101 секунда на 120 млн градусів. В країні планують запустити повноцінну індустрію термоядерної енергетики у 2050 році, хоча ще кілька років тому науковці вважали, що її поява стане можливою лише ближче до кінця XXI століття.

"Зелені" альтернативи в Україні

За словами голови Держенергоефективності Юрія Шафаренка, сьогодні для України існує три напрямки розвитку енергетики. Перший – сонячні електростанції, другий – вітрова енергія, третій – біоенергетика. Остання допоможе балансувати необхідну енергію, яка вироблятиметься з сонця та вітру, бо вони залежать від погоди.

Колишній член правління НАК "Нафтогаз" Андрій Фаворов переконаний, що зарано відкидати атомну енергетику, адже із доступних в України "зелених" альтернатив вона є найефективнішою. "Я маю на увазі не старі технології атомної енергетики, а нові модульні атомні реактори, здатні навіть занурюватись на глибину. Це цікаві технології майбутнього. Згоден, що економічна вартість повного циклу атомної енергетики, з будівництвом та знесенням – це неконкурентно. Але модульна атомна енергетика – це трошки інше, як технологічно, так і економічно", – переконаний Андрій Фаворов. Хоча Шафаренко з Держенергоефективності його позицію не підтримує.

Ще одна "зелена" альтернатива – водень. За словами Юрія Шафаренко, про водневі технології для добування електроенергії сьогодні активно говорять в світі. Більше того, Німеччина вже розпочала проєкт із виробництва водню й обрала Україну у якості стратегічного партнера.

Емануеле Вольпе, директор з інновацій ДТЕК також переконаний, що водень – це потенційно цікаве джерело енергії, яке під час горіння не викидає в атмосферу вуглець. "У нас є все, що потрібно для його виробництва. По-перше, ми маємо великі території, по-друге, у нас є вітер та сонце. Ми можемо використати їхню енергію для виробництва водню –  екологічного виду палива", – вважає він.

Сам собі електростанція

Але змінюється не тільки джерело енергії, а й місце, де вона виробляється. Ми звикли до систем, коли один великий постачальник (наприклад, ТЕЦ) забезпечує цілі міста і райони струмом. Але мало того, що існуючі великі виробники енергії, крім ГЕС та атомних станцій, забруднюють довкілля. Централізована мережа несе в собі великий ризик, що у разі її пошкодження усі підключені будинки лишаться без світла.

Децентралізована мережа означає більшу кількість постачальників енергії з одного боку, а з іншого – можливість добрати нестачу енергії від іншого підключеного до мережі будинку, у якого є її надлишок.

Французький науковець Даніель Лінкот у фільмі про майбутнє енергетики Dream The Future: Energy of the Future розповідає, що існуючі мережі були створені та оптимізовані під певний режим та потужності виробництва. Тепер же виробництво розвивається і збільшується, а ми рухаємось у сторону децентралізованої енергії, коли частина мережі може водночас і споживати, і генерувати енергію.

В Україні цей процес також уже поступово відбувається. Жителі приватних будинків встановлюють сонячні панелі на даху, повністю забезпечуючи себе енергією, а надлишок продають державі через збут у загальну мережу, користуючись "зеленим" тарифом.

У майбутньому на Україну чекає повноцінний відхід від централізованого виробництва і споживання енергії, а також дедалі більше розподілення за місцем споживання, переконаний Андрій Фаворов. "Це особливо актуально для України, де значна частка електромереж наразі в поганому стані, через що ми втрачаємо величезну кількість енергії просто дорогою до кінцевого споживача", – підкреслює Андрій. І дійсно, сьогодні через використання застарілих мереж дистрибуції втрачається близько 20% енергії, що транспортується.

З ним погоджується і Юрій Шафаренко, заступник Голови Держенергоефективності. На його думку, потрібно розгалужувати станції виробництва енергії, щоб точка виробництва була ближче до споживача.

Наступний крок після децентралізації – перетворення її на розумну електромережу чи Smart Grid. Така система може керувати параметрами мережі, виробництвом енергії та її розподілом.

Що нам світитиме у 2050 році

Останні 20 років українська енергетична система прожила переважно на ресурсах, розроблених та збудованих ще за радянських часів. "Але настав момент, коли ми не маємо невикористаних запасів газу і добувати більше нічого. Немає нових блоків електростанцій, вугільні шахти вже економічно неконкурентні", — пояснює Андрій Фаворов. Ця ситуація створює одночасно і загрози, і можливість – ми могли би перестрибнути через кілька ступенів розвитку технологій і одразу зробити ставку на майбутнє, запровадивши найсучасніші енергетичні технології.

Він переконаний, що за наступні 10 років вугільні станції вичерпають свій ресурс і у 2050 році ми їх вже не побачимо. Натомість збільшиться частка відновлювальних джерел, але Андрій вважає, що так само використовуватимуться газові блоки, які компенсуватимуть фактор переривання в постачанні енергії від відновлюваних джерел. За прогнозами Фаворова, залишиться без змін використання ГЕС та атомної енергетики.

У цьому прогноз Фаворова збігається з думкою Емануеле Вольпе, директора з інновацій ДТЕК. "Через 30 років ми так само використовуватимемо ГЕС", – погоджується він. А також енергію сонця, вітру та енергію хвиль. Але якщо говорити про "велике майбутнє" енергетики – його в ДТЕК бачать у водні. Вже зараз компанія працює над проєктом "зеленого" водню, і хоча поки у світі немає прикладів прибуткових аналогічних проєктів, компанія опрацьовує варіанти його запуску.

У Держенергоефективності також переконані, що до 2050 року у світі 90% енергії генеруватиметься з відновлюваних джерел, використовуватимуться інноваційні технології, наприклад, збереження енергії. І активно увійдуть в обіг водневі технології. "В Україні, думаю, 70% енергії надходитиме з відновлювальних джерел. Інші 30% за рахунок старих ТЕЦ, атомних станцій, ГЕС. І, звісно, збільшуватиметься споживання електроенергії, бо економіка розвиватиметься", – прогнозує Юрій Шафаренко.

Хто за це заплатить

Але перехід до "зеленої" енергії коштує грошей. Андрій Фаворов наголошує, що потрібні великі капіталовкладення, щоб отримати технологічний прорив. "Навіть до сонячних панелей є запитання – 90% з них виробляються в Китаї, з використанням енергії, що виробилась через спалення вугілля. Тому питання СО2 так не розв’язується, воно просто перекладається з економік першого світу на економіки країн, що розвиваються", – попереджає він. За його словами, щороку Китай додає близько 200 гігават потужностей на вугіллі. Це покращує рівень життя людей в Китаї, але шкодить довкіллю. Він переконаний, що єдиним екологічним джерелом потужностей, яке може замінити вугільні електростанції, може стати лише атомна енергія.

Водночас за останні 9 років проєкти з відновлюваної енергетики подешевшали. У звіті Міжнародної агенції з відновлюваної енергетики за 2019 рік зазначається, що у світі вартість енергії від сонячних фотоелектричних установок для комунальних підприємств впала на 82%, порівняно з 2010 роком, а нові проєкти сонячної та вітрової енергетики вже коштують менше за найдешевші вугільні станції. 

У Держенергоефективності цей тренд також бачать. "Раніше сонячні та вітрові станції були дорогі, але сьогодні їх дешевше будувати ніж вугільну ТЕЦ чи атомну станцію. В Україні вже 32 000 домогосподарств встановили на дахах сонячні електростанції, повністю себе забезпечують, а надлишок віддають у мережу та повертають свої інвестиції. За останні роки від інвестицій в проєкти "зеленої" енергетики Україна отримала майже 8,5 млрд евро, за рахунок того що в Україні побудували нові об’єкти генерації сонячної енергії", – говорить Юрій Шафаренко.

Емануеле Вольпе розповідає, як ДТЕК запускав проєкт зі збереження енергії, який коштував на момент створення 1 млн євро і за рік його вартість знизилась до 0,6 млн євро. 

Йдеться про першу в Україні промислову літій-іонну систему накопичення енергії (СНЕ) потужністю 1 МВт і ємністю 2.25 МВт⋅год. Батарея встановлена в місті Енергодар на майданчику Запорізької ТЕС і призначена для накопичення, зберігання та віддачі електроенергії в мережу, а також для надання послуг із забезпечення надійності енергосистеми України, зокрема регулювання її частоти. "СНЕ покликана вивести енергетику України на новий технологічний рівень, дати новий поштовх для розвитку зеленої енергетики та наблизити синхронізацію української енергосистеми з європейською. Цим проєктом ДТЕК також планує відкрити в Україні новий ринок – ринок систем накопичення енергії", – зауважив Емануеле Вольпе. 

За його словами, спочатку інноваційні проєкти можуть бути дорогими і потребувати державної підтримки. "Але коли цей маховик розкрутиться, вони стануть дешевшими, а використання нових технологій – масовим", – наголошує він. 

Крім того, тепер у споживача буде можливість обрати, яку енергію купувати – зелену чи вуглецеву. Це означає, що всередині ринку енергетики з’явилась нова сила, яка визначає, куди спрямовуватимуться інвестиції. 

Але до держпідтримки та держстимулювання інвестицій варто ставитися обережно. Останньою такою ініціативою був "зелений" тариф – механізм компенсації виробникам "зеленої" енергії, за умовами якого держава зобов’язувалась викуповувати вироблену ними енергію. Сплатою коштів виробникам займається ДП "Гарантований покупець" який отримує кошти для цих виплат від продажу електроенергії та від НЕК "Укренерго". З одного боку, він зумів стимулювати інвестиції в "зелену" енергетику та забезпечив стрімке зростання її потужностей в Україні – у 4,5 рази всього за три роки. З іншого – незбалансованість ціни призвела до накопичення боргу ДП "Гарантований покупець" у розмірі 15,7 млрд грн перед виробниками енергії, які інвестували кошти у побудову потужностей.

 

Як зазначають у Держенергоефективності, питання державного стимулу для інвестицій у відновлювальну енергетику наразі турбує інвесторів і внутрішніх, і зовнішніх. ""Зелений" тариф свою роль відіграв і вважаю, що в Україні він відіграв її правильно, оскільки ми побачили зростання інвестицій", – каже Юрій Шафаренко. За його словами, інші стимули існують в законодавчому полі, зокрема, це перехід на аукціони. "Вони мали вже бути двічі проведені у 2020 році, в квітні і жовтні, цього поки не сталося, напевно не назріла ще політична воля, оскільки ми побачили бум у 2019 році і критичної необхідності нині немає, але щоб зберегти цей інвестиційний клімат,  цього року нам обов’язково потрібно провести аукціони", – переконаний Юрій.

В межах аукціону держава виокремлює певну кількість квот і інвестори боротимуться за них. Хто запропонує найнижчу ціну для електростанції на відновлювальному джерелі – той її і побудує. Інший напрямок – Net metering. Він спрямований на споживачів, які можуть виробляти енергію в точці споживання. Наприклад, підприємства, які хочуть самі себе забезпечувати енергією, можуть встановлювати на власних дахах електростанції, виробляти електричну енергію і забезпечувати себе, а мережа буде потрібна лише як великий акумулятор, куди вони за потреби зможуть зливати зайву енергію, або забирати, якщо виробленої енергії не вистачатиме.

І хоча цей шлях непростий і часто дорогий, він навряд чи має альтернативи. Україна поступово відмовиться від добувних джерел енергії, як і решта світу. Резюмуючи, Юрій Шафаренко нагадав, що Євросоюз запроваджує податок на товари, вироблені з використанням вуглецевих джерел енергії. Тому згодом це буде не лише питанням збереження довкілля, але і забезпечення власної конкурентоспроможності на глобальних ринках.

Довідка проєкту 

Dream the Future – проєкт, створений LIGA.net та Academy DTEK. Dream the Future – документально-футурологічний серіал, знятий у 2015-2017 роках, який намагається відповісти на запитання "яким буде наше майбутнє через 30 років", розглядаючи у кожній серії одну з десяти важливих складових нашого буття: роботу, житло, енергію, транспорт, школи, спорт, музику, моду, відходи та комунікації. LIGA.net разом з Academy DTEK пропонують своїм читачам подивитися кожну з цих серій, а потім обговорити побачене у колі експертів, які також поділяться своїм баченням майбутнього, зокрема для України. 

Ми влаштовуватимемо покази і обговорення кожні два тижні, і те, й інше транслюватиметься на цій сторінці. Також перед кожною новою подією на ній з’являтиметься форма реєстрації для тих, хто хоче дивитися серіал та обговорювати онлайн, а й приєднатися до них наживо, в Академії ДТЕК. 

Мріятимемо, обговорюватимемо і конструюватимемо наше майбутнє разом!