В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики

Ергин Дэниел

В российской электроэнергетической системе природный газ обеспечивает порядка 50 % производства электроэнергии, что намного больше, чем в любой другой промышленно развитой стране. На уголь приходится 16 % производства, на атомную энергетику – 17 % и на гидроэнергетику – 15 %. Доля нефти составляет около 2 %.

Китай и Индия, страны с наибольшей численностью населения, по потреблению угля занимают первое и третье места в мире соответственно, тогда как США – второе. В Китае с использованием угля производится около 80 % электроэнергии, а в Индии – 69 %. Доля гидроэнергии в Китае составляет 16 %, в Индии – 13%³.

Структура источников

энергии в электроэнергетике определяется ограничениями и ресурсами региона, а также его географией. Например, в Бразилии свыше 80 % электроэнергии вырабатывается гидроэлектростанциями. Помимо этого, существенное влияние на структуру источников энергии оказывают технологии, экономика и доступность, а также экономическая политика, политический фактор и общественное мнение.

Если все это сложить, становится очевидно, что триумвират источников энергии – уголь, атомная энергия и природный газ – будет доминировать в мире еще как минимум два десятилетия. Однако в более отдаленной перспективе, когда вырастет доля возобновляемых источников энергии, структура не так очевидна.

Уголь и выбросы углекислого газа

Сегодня 40 % электроэнергии в мире производится с использованием угля. Запасы угля в мире велики. США обладают 28 % разведанных мировых запасов угля и занимают такую же позицию по запасам угля, как и Саудовская Аравия по запасам нефти. На втором месте стоит Россия с ее 18 % запасов угля. В эксплуатацию сегодня вводятся новейшие ультрасверхкритические электростанции, работающие при более высокой температуре и давлении. Они гораздо менее опасны для окружающей среды, чем электростанции, построенные несколько десятилетий назад: благодаря более высокой эффективности они выбрасывают в атмосферу на 40 % меньше углекислого газа на единицу произведенной электроэнергии. Сегодня большинство сценариев предполагают увеличение использования угля в глобальных масштабах.

И это соответствует действительности. После 2000 г., хотя данный факт не очень широко известен, наибольший прирост глобального производства электроэнергии приходится на уголь – в два раза больше нефти, в три раза больше газа и в 10 раз больше возобновляемых источников. Самый большой вклад в увеличение использования угля дает рост потребления электроэнергии в развивающихся странах.

Аналогичная картина наблюдалась и в США, но ситуация изменилась.

С 1975 по 1990 г. выработка электроэнергии на угольных электростанциях в США практически удвоилась. Уголь стал основным топливом для производства электроэнергии. Также уголь считался надежным и не подверженным политическим неурядицам энергоресурсом. Во многих странах уголь по-прежнему является основным топливом для выработки электроэнергии. Но в их число уже не входят США и страны Европы, где сегодня большое внимание уделяется проблеме выбросов углекислого газа. Из-за различий химического состава угля и природного газа, а также более высокой эффективности газовых турбин с комбинированным циклом уголь дает в два с лишним раза больше углекислого газа на единицу произведенной электроэнергии, чем природный газ.

Однако противодействие использованию угля со стороны политиков, регулирующих органов и защитников окружающей среды в связи с глобальным потеплением выросло до такого уровня, что начать сооружение новой традиционной угольной электростанции теперь очень непросто⁴. Одновременно беспокойство относительно негативного влияния выбросов на здоровье людей и относительно потребления воды приводит к ужесточению регулирования. Новые правила значительно повышают

эксплуатационные затраты действующих угольных электростанций. Это, по-видимому, ускорит выведение их из эксплуатации в США⁵.

Что же можно сделать для минимизации выбросов углекислого газа при сжигании угля? Этот вопрос занимает умы многих представителей электроэнергетической индустрии. За последние 20 лет электроэнергетическая индустрия и обслуживающие ее производители оборудования сделали очень многое для минимизации загрязнения окружающей среды. Новые угольные электростанции выбрасывают в атмосферу на 99,9 % меньше твердых частиц, на 99 % меньше диоксида серы (SO₂) и на 95 % меньше оксидов азота (NOx). Но углерод, содержащийся в углекислом газе, который выделяется при сгорании угля, – это совершенно иная и гораздо более сложная проблема⁶.

Самым известным ее решением сегодня является улавливание и изоляция (или захоронение) углекислого газа (CCS). Идея в том, чтобы не выбрасывать углекислый газ в атмосферу, а улавливать его и закачивать под землю. «CCS – это технология, которая позволяет снизить выбросы углекислого газа и при этом повысить объемы использования угля», – говорится в исследовании «Будущее угля» Массачусетского технологического института.

Улавливать углекислый газ можно несколькими способами. Единственный способ, который можно внедрить на существующих угольных электростанциях, – это улавливание углекислого газа после сжигания угля. Другие способы настолько дороги и сложны, что проще закрыть электростанцию и построить новую.

Отделенный углекислый газ сжимают до «сверхкритического состояния», в котором он ведет себя как жидкость, и подают по трубопроводу туда, где его можно безопасно захоронить в подземном геологическом образовании. Короче говоря, углекислый газ улавливают и затем хранят, в течение неограниченного времени. Эта технология в принципе реализуема. В конце концов, улавливание газов уже осуществляют на разных технологических установках. Углекислый газ уже подают по трубопроводам и закачивают в скважины на старых нефтяных и газовых месторождениях в целях увеличения добычи. Но на этом аналогии заканчиваются – другая цель, другие геологические условия, отсутствие необходимой системы контроля и гораздо меньшие масштабы.

Предлагаемая система CCS дорога и сложна как с технологической, так и с политической точки зрения, а также в контексте регуляторного лабиринта на федеральном уровне и уровне штата.

«Большая углекислая»

Масштабы здесь должны быть просто огромными. Это сродни созданию параллельной вселенной, новой энергетической индустрии, которая работала бы наоборот. Вместо добычи полезных ископаемых, их транспортировки, переработки и сжигания «большая углекислая» индустрия должна осуществлять улавливание углекислого газа до попадания в атмосферу, преобразовывать его, транспортировать и в конечном итоге возвращать в землю. Это было бы настоящее путешествие туда и обратно.

Индустрия CCS и в самом деле по масштабам должна быть сродни существующей энергетической индустрии. Если бы всего 60 % углекислого газа, выбрасываемого сегодняшними угольными электростанциями в США, улавливалось и сжималось до жидкого состояния, транспортировалось и закачивалось в хранилище, мы бы ежедневно имели дело с объемом жидкости, эквивалентным 19 млн баррелей нефти, потребляемым США в день. А ведь на создание существующей нефтяной системы понадобилось 150 лет и триллионы долларов.