03:52
Переход на электромобили, тепловые насосы и электрическое оборудование может снизить расходы на энергию, загрязнение воздуха и зависимость от импорта топлива. Но для этого недостаточно просто подключить к сети больше потребителей: важно одновременно развивать чистую генерацию, модернизировать электросети и переносить часть спроса на часы, когда электричества больше и оно дешевле.
Такой подход описывает Клем Перри в статье, опубликованной Всемирным институтом ресурсов (WRI). По его оценке, электрификация уже меняет транспорт, здания и промышленность, однако ее результат зависит от того, насколько скоординированно будут действовать энергокомпании, власти, бизнес и потребители.
Переход идет неравномерно
Электрификация — это замена устройств, которые сжигают бензин, дизель или газ, электрическими аналогами. Например, вместо автомобиля с двигателем внутреннего сгорания используется электромобиль, а газовый котел заменяется тепловым насосом. Наибольшую пользу для климата такой переход приносит, когда электричество вырабатывается из низкоуглеродных источников.
Пока электричество обеспечивает около 20% конечного энергопотребления в мире — то есть энергии, которую используют домохозяйства, транспорт, предприятия и заводы. Быстрее всего меняется дорожный транспорт: мировые продажи электромобилей с 2020 года выросли почти на 600%, достигнув 20 млн машин в прошлом году. Это больше четверти всех новых автомобилей, проданных за год. При этом большинство машин, уже находящихся на дорогах, по-прежнему использует бензин и дизель.
Темпы перехода различаются и между странами. В Китае доля электричества в конечном энергопотреблении приблизилась к 30%. В США она составляет около 22%, в Евросоюзе — 21%. Данные о долях электричества приводит Международное энергетическое агентство (МЭА).
По оценке Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA), к середине века электричество должно обеспечивать более половины конечного энергопотребления, чтобы удержать рост глобальной температуры в пределах 1,5 градуса Цельсия. Одновременно около 90% мировой электроэнергии, согласно этому сценарию, должно поступать из возобновляемых источников. Иными словами, электрификация и очистка самой генерации должны идти вместе.
Не все отрасли могут перейти на электричество одинаково легко. Электромобили, тепловые насосы, индукционные плиты, водонагреватели и многие промышленные двигатели уже доступны, а в ряде случаев обходятся дешевле в эксплуатации, чем работающие на ископаемом топливе аналоги. Однако сталелитейное и химическое производство, авиация и морские перевозки требуют очень высоких температур, используют топливо как сырье или нуждаются в энергоносителях, которые трудно заменить аккумуляторами. Для таких задач могут быть уместнее водород, синтетическое топливо и другие низкоуглеродные решения; для части выбросов может потребоваться улавливание углерода.
Поэтому цель — не электрифицировать буквально все, а переходить на электричество там, где это практично и эффективно, оставляя альтернативные виды топлива для наиболее сложных отраслей.
Электричества может потребляться больше, а энергии — меньше
Электрические технологии часто тратят меньше энергии на ту же работу. Двигатель внутреннего сгорания может терять в виде тепла до 80% энергии топлива и превращать в движение примерно 20%. Электромотор преобразует в движение около 80% потребляемой электроэнергии. Тепловой насос не производит тепло сжиганием топлива, а переносит его из воздуха или грунта, обычно отдавая несколько единиц тепла на каждую использованную единицу электричества.
Поэтому после установки теплового насоса или покупки электромобиля счет за электричество может вырасти, но общие расходы на энергию — снизиться: домохозяйству больше не нужно покупать столько газа для отопления или бензина для поездок. В приведенном Перри анализе говорится, что полная электрификация отопления и транспорта в типичном европейском домохозяйстве может сократить общий счет за энергию более чем наполовину.
При этом выгода не ограничивается снижением выбросов. Электромобили тише и обычно дешевле в эксплуатации, тепловые насосы могут обеспечивать и отопление, и охлаждение, а электрические плиты позволяют точнее регулировать нагрев и не загрязняют воздух в помещении продуктами сгорания. Электрическое промышленное оборудование может сделать производство более точным и гибким.
Но более эффективная технология не обязательно доступна каждому. На решение влияют начальная цена, наличие зарядных станций и устройство тарифов. Владелец дома с парковкой может купить электромобиль и установить зарядное устройство, тогда как водителю такси-мотоцикла в Найроби важнее доступное финансирование, замена батарей и надежная общественная зарядная сеть. Для эффективной работы теплового насоса в плохо утепленном здании может потребоваться дорогостоящий ремонт.
В Руанде налоговые льготы, частное финансирование и сети замены аккумуляторов помогают водителям мототакси переходить на электрические мотоциклы. Это сокращает их ежедневные расходы на топливо и обслуживание, а также помогает улучшать качество воздуха. Страна поставила цель электрифицировать к 2030 году 30% двух- и трехколесного транспорта.
Сети должны справляться с новыми нагрузками
Спрос на электричество растет из-за расширения систем охлаждения, центров обработки данных, промышленности и доступа к надежному энергоснабжению. Если одновременно подключать к сети электромобили, тепловые насосы и заводское оборудование без планирования времени и места потребления, существующие узкие места могут стать серьезнее.
Для этого нужны три направления работы: эффективнее использовать уже построенные сети, быстрее и целенаправленнее расширять их мощности, а также учитывать, где и когда появятся новые крупные потребители. Улучшение данных и управления, накопители энергии и выборочная модернизация оборудования позволяют пропускать через существующие сети больше электричества. Но энергокомпаниям также нужны условия для своевременных инвестиций, а процедуры подключения и выдачи разрешений должны ускоряться.
Важно и согласовывать развитие разных отраслей. Если город отдельно планирует строительство жилья и автобусного парка, коммунальные службы могут несколько раз модернизировать одни и те же трансформаторы, а подключение автобусного депо затянется. Совместное планирование транспорта, жилья и энергоснабжения — с учетом солнечной генерации, аккумуляторов и двусторонней зарядки — позволяет одной инфраструктуре решать несколько задач.
Еще один резерв — гибкое потребление. Вечером, когда люди возвращаются домой, одновременно включаются плиты, отопление и зарядные устройства. Проблема может заключаться не в нехватке электричества за весь день, а в том, что слишком много энергии требуется в одном месте и в один час. Тогда перегружаются сети, приходится запускать дорогие резервные электростанции и строить инфраструктуру, которая может быть нужна лишь несколько часов в году.
Часть нагрузки можно сдвинуть без заметных неудобств. Электромобиль, стоящий на парковке всю ночь, не обязательно заряжать сразу после подключения. Здания можно заранее прогреть или охладить, а водонагреватели, холодильные склады, аккумуляторы и некоторые промышленные процессы — включать раньше или позже.
Управлять этим могут автоматические системы. Если клиент подключился к программе энергокомпании, она временно регулирует работу термостата, зарядки автомобиля или водонагревателя в часы высокого спроса. Потребитель сохраняет возможность отменить настройки, а взамен может получить скидку или выплату. Такой подход снижает счета и нагрузку на сеть, а также может уменьшить потребность в дорогостоящих объектах генерации и инфраструктуры.
Однако для масштабирования таких решений недостаточно установить умные зарядные устройства. Оператору сети нужно понимать, где находятся гибкие потребители и как быстро они могут изменить нагрузку. Небольшие устройства можно объединять через посредников-агрегаторов, но для этого необходимы понятные правила доступа к рынку и оплата за предоставленную системе услугу.
Важны и стимулы для энергокомпаний. Если их доход зависит главным образом от строительства подстанций и линий, они будут прежде всего расширять инфраструктуру. Если регуляторы также вознаграждают их за использование накопителей, умной зарядки и гибкого спроса, у компаний появится причина выбирать более выгодное сочетание решений. Бизнесу, в свою очередь, нужны устойчивые правила и предсказуемые доходы, а потребителям — доступное финансирование первоначальных затрат.
«Следующий этап электрификации зависит не столько от изобретения технологического чуда, сколько от того, создадут ли правительства, регуляторы и операторы системы правила, стимулы и источники дохода, которые позволят масштабировать уже существующие технологии», — пишет Клем Перри.
Электрифицировать не только больше, но и лучше
В перспективе электрификация может сделать энергосистему не просто более электрической, но и более гибкой. Автобусные парки смогут заряжать машины, когда электричество дешевле и доступнее, а батареи автобусов — использовать для резервного питания во время чрезвычайных ситуаций. Жильцы многоквартирных домов смогут пользоваться общими зарядными устройствами, а не только индивидуальными станциями у частных домов.
В зданиях тепловые насосы, теплоизоляция, накопители тепла и автоматическое управление помогут поддерживать комфортную температуру и снижать нагрузку на сеть в часы пикового спроса. На заводах электрические котлы, двигатели и насосы смогут работать точнее, а отдельные процессы — ненадолго переноситься на другое время. Крупные потребители, включая центры обработки данных, могут сочетать подключение к сети с накопителями, собственной чистой генерацией и гибким потреблением.
Для потребителей значительная часть этих изменений будет незаметной: автомобиль окажется заряжен к утру, дома сохранят комфортную температуру, а управление нагрузкой поможет сократить счета. В случае перебоев батареи в автобусах, домах и коммерческих зданиях смогут поддержать работу важных служб.
Перемены могут повлиять и на экономику: вместо постоянных расходов на импорт и сжигание нефти и газа страны будут вкладываться в местную генерацию, электросети, здания, транспорт, накопители и промышленное оборудование. Перри связывает с этим не только сокращение выбросов, но и улучшение качества воздуха, снижение расходов и укрепление энергетической безопасности.
Главный вывод автора: электрификация — это не просто замена одного вида топлива другим и не бесконтрольное увеличение спроса на электричество. Она должна объединить чистую генерацию, эффективные технологии, модернизированные сети и возможность менять время потребления. Только так переход сможет одновременно приносить пользу людям и снижать нагрузку на энергосистему.
