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).
Удельный расход условного топлива
При производстве электроэнергии удельный расход условного топлива в России снизился до минимума за 20 лет, отмечают в Минэнерго. Последние годы снижение шло без особых усилий, и такая динамика может сохраниться на протяжении нескольких лет. По итогам 2018 года, согласно данным ведомства, средневзвешенный УРУТ на отпуск электроэнергии составил 309,8 г условного топлива на кВт·ч в пропорциональном методе разделения топлива между видами продукции.
От уровня 2010 года снижение удельных расходов топлива составило 24,6 г на кВт·ч, или 7,4%, что позволило снизить топливную составляющую себестоимости электроэнергии более чем на 49,2 млрд руб. за прошедшие восемь лет.
Среди причин, благодаря которым удалось снизить УРУТ до отметки 300 г у. т./кВт·ч, в министерстве называют ввод в эксплуатацию новых мощностей, рыночные механизмы, конкуренцию и ремонт теплоэлектростанций, ориентированный на повышение коэффициента полезного действия генерирующего оборудования. Чем лучше показатели тепловой экономичности оборудования, тем ниже получается расход топлива, что высвобождает дополнительные средства на ремонт. Почти все позитивные показатели в части УРУТ касаются выработки электрической энергии, при том что выработка тепловой энергии пока остается менее эффективной.
Целевые показатели по УРУТ в обновленной в марте 2019 года государственной программе «Энергоэффективность и развитие энергетики» составляют 303 г условного топлива на кВт·ч при отпуске электроэнергии к 2020 году с дальнейшим снижением до 285,4 г у. т./кВт·ч к 2024 году.
Вкратце
Углеродоёмкость — это соотношение объемов выбросов СО2 и количества энергии, потребленной за год. Измеряется в тоннах СО2 к 1 млрд британских тепловых единиц BTU (вritish thermal unit).
