Энергосбережение – решение проблемы изменения климата

М. Н. Комолова, редактор журнала «Энергосбережение»

Многочисленными международными комиссиями¹ отмечается, что глобальное потепление, вызванное преимущественно выбросами СО₂², образующимися в основном при сжигании традиционных видов топлива, становится в ближайшем будущем главной проблемой для человечества, более актуальной, чем безработица и терроризм. На саммите G8, который прошел в Берлине в первых числах июня текущего года, обсуждался вопрос стабилизации климата на планете. Все участники саммита пришли к единому решению, что к 2050 году выбросы парниковых газов в атмосферу нужно снизить в два раза. Только так можно остановить увеличение температуры Земли в пределах 2 °С³.

Международным энергетическим агентством (МЭА) были разработаны прогнозы выбросов СО₂ на ближайшие десятилетия. Особое беспокойство вызвало сочетание двух тенденций: резкого повышения цен на нефть и газ и рост выбросов СО₂, которые за последние 20 лет увеличились в мире более чем на 20 %, в основном, за счет роста потребления энергии. Преодолеть обе тенденции можно только с помощью новой энергетической и климатической политики, внедрения новых эффективных технологий и более рационального использования уже имеющегося запаса топлива.

Представленные МЭА альтернативные сценарии развития мировой энергетики на период до 2050 года можно разделить на три основные группы [1]:

1. Базовый сценарий: развитие будет продолжаться в соответствии с существующими тенденциями и при сохранении нынешних темпов повышения энергоэффективности и технического прогресса, что приведет к увеличению потребления энергии и выбросов СО₂ к 2050 году более чем в два раза.

2. Сценарии ускоренного развития технологий, где рассматриваются эффекты ускоренного внедрения и массового использования четырех видов энергетических и климатических технологий:

– энергоэффективность в сфере конечного потребления энергии (энергосбережение);

– использование возобновляемых источников энергии;

– развитие атомной энергетики;

– улавливание и захоронение СО₂.

В этих сценариях предполагается, что спрос на энергию не ограничивается, и ископаемое топливо будет обеспечивать до 70 % мировых потребностей в энергоресурсах в 2050 году.

3. Сценарий «Технологии плюс», где заложены наиболее оптимистические варианты из сценариев ускоренного развития технологий.

Согласно всем сценариям ускоренного развития, необходимо радикально обновить технологическую базу глобальной экономики. Рассмотрим последние исследования технологического прогресса в основных секторах экономики и эффект от энергетических и климатических технологий.

Распределение произведенной энергии в развитых странах можно приблизительно поделить по основным потребителям следующим образом: обеспечение бытового сектора энергией – 40 %, из которых 85 % идет на отопление и 15 % составляет электроэнергия, транспорт⁴ и промышленность потребляют примерно поровну энергии – по 30 % [2].

В промышленном и бытовом секторах, учитывая, что в ближайшие пятьдесят лет сохранится ведущая роль ископаемого топлива и традиционных технологий, можно получить улучшение путем повышения КПД генерирующих и отопительных установок, совместного сжигания угля и биомассы, добавки биогаза к природному газу, замены угольного топлива на газовое и т. п. Отметим некоторые перспективные технологии, позволяющие более эффективно использовать энергию: газовые технологии – на основе комбинированного парогазового цикла (КПД можно довести до 60 % за счет повышения температуры пламени и давления газа, а также благодаря более сложным паровым циклам); новые угольные технологии – угольные установки с паровым циклом со сверхкритическими параметрами пара (до 700 °С и 37,5 МПа) и применением циркулирующего кипящего слоя и КПД выше 50 % и т. п.; когенерация электроэнергии, теплоты и холода, позволяющая значительно увеличить энергоэффективность традиционных технологий; топливные элементы – прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую в присутствии катализатора (КПД 85 % и более); мини- и микро-ТЭЦ – децентрализованные полуавтономные системы энергоснабжения с КПД, превышающим 75 %, и т. д.

Область, где можно резко снизить объемы потребляемого топлива и, как следствие, расход энергии и объемы выбросов – это существующие и новые здания, для этого необходимо улучшить теплоизоляцию и установить более эффективные отопительные системы, например, газовые конденсационные котлы, КПД которых достигает 95 %. Здания с очень низким энергопотреблением или даже с нулевым уже не являются мечтой – в Германии и Австрии более 6 000 зданий, потребляющих 120 кВт/м² в год первичной энергии, были классифицированы как «пассивные» здания [3]. В декабре 2006 года Гордон Браун, министр финансов Великобритании, сообщил, что «в течение ближайших десяти лет каждое новое здание (в Великобритании) будет углеродно-нейтральным…». Очевидно, что для достижения такого уровня многим странам, в том числе и России, потребуется более тщательный подход в разработке действенной политики, которая должна исходить из того, что повышение эффективности потребления энергии в новых и существующих зданиях может ограничить незащищенность инфраструктуры от риска прекращения энергоснабжения и, кроме того, может продлить экономически и экологически оправданную разработку существующих традиционных энергетических запасов. Президент Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) в 2006–2007 годах⁵, Terry E. Townsend, в своей инаугурационной речи отметил, что один из основных вопросов связан с четким определением качественных характеристик здания с точки зрения энергетических параметров, водопотребления, качества внутреннего воздуха и комфортности, и назрела необходимость включения для строительства и эксплуатации зданий нового критерия, названого им как «углеродный эквивалент», который позволит получить истинную картину об экологической устойчивости здания [4].

Общий эффект по снижению выбросов СО₂ от применения энергосберегающих технологий составит по данным МЭА 45 % при условии воплощения наиболее оптимистичного сценария ускоренного развития технологий, т. е. при одновременном внедрении повышения энергоэффективности в сфере конечного потребления энергии, использования возобновляемых источников энергии, развития атомной энергетики и улавливания и захоронения СО₂ (рисунок). Рассмотрим возможности других технологий при условии их одновременного внедрения.

Рисунок. Роль различных технологий снижения выбросов СО2 по оценке МЭА при условии одновременного внедрения всех 4-х групп технологий в сценарии ускоренного развития

На сегодняшний день технологии использования возобновляемых источников энергии достаточно хорошо известны: ветро- и гидроэнергетические установки, сжигание древесной и прочей биомассы, геотермальные и приливные технологии, тепловые и фотоэлектрические гелиоустановки и т. п. Одни из них более или менее конкурентоспособны (ветроэнергетические установки), другие находятся на стадии технических разработок, например, органические фотоэлементы на основе нанотехнологий. При условии более активного внедрения использования возобновляемых источников энергии, в 2050 году за счет ветровой энергетики выбросы СО₂ будут снижены на 1,3 млрд т/год, а за счет гидроэнергии и сжигания биомассы – по 0,5 млрд т/год [1]. Для стран Северной Европы и для России, вероятно, технологически наиболее перспективным источником является сжигание древесной биомассы. По предварительным подсчетам сжигание биомассы к 2050 году может покрывать 15 % энергопотребления, при этом основной эффект достигается за счет децентрализованной энергетики. Немаловажную роль для бытового сектора экономики может играть использование солнечной радиации (солнечные коллекторы, фотоэлектричество) и низкопотенциальной энергии Земли (тепловые насосы).

Эффект по снижению выбросов СО₂ от применения технологий по использованию возобновляемых источников энергии составляет 21 % в комплексном сценарии ускоренного развития технологий (см. рисунок), включая выработку тепла и энергии, транспорт, промышленность, тепло- и энергоснабжение зданий [1].

Несмотря на возрастающий интерес к строительству новых атомных станций с использованием более безопасных реакторов, роль атомной энергии в решении климатической проблемы очень невелика, т. к. пока не решена проблема захоронения отработанного топлива и утилизации облученного оборудования. Поэтому сохраняется негативное отношение общественности к этому виду энергии.

Эффект по снижению выбросов СО₂ от применения атомной энергетики составляет лишь 6 % в комплексном сценарии ускоренного развития технологий [1].

Технологии улавливания и хранения СО₂ могут быть реализованы в случае, когда нет реальных возможностей радикально сократить масштабы сжигания углеводородного топлива. Захоронение СО₂ не экономит топливо и не содействует решению иных задач, кроме проблемы изменения климата. Технология включает улавливание и сепарирование СО₂, транспортировку и собственно закачивание и хранение. В принципе, ни один из компонентов не связан с разработкой каких-то новых технологичес-ких решений, но долгосрочное захоронение огромных объемов – задача недешевая и энергоемкая.

Сопоставление данных, представленных на рисунке, показывает, что на первое место по решению вопросов снижения выбросов СО₂ выходят энергоэффективность и энергосбережение, использование биомассы и других видов биотоплива. При любом сценарии развития энергосбережение – повышение эффективности потребления энергии – является приоритетным направлением,  наиболее быстро выполнимым и позволяющим получить максимальный эффект в решении проблемы изменения климата.

По какому бы пути развития человечество не пошло, необходимо уже сейчас начинать принимать серьезные меры, т. к. техногенные факторы сокращают естественные сроки природных климатических циклов, к тому же на сегодняшний день имеются значительные преимущества с точки зрения экономических затрат по сравнению с затратами в будущем. Если не начать предпринимать меры в кратчайшие сроки, через 15 лет мировой валовой продукт может составлять лишь половину своего потенциала. Согласно некоторым оценкам (например, принимающим во внимание риски дополнительных выбросов от таяния вечной мерзлоты), затраты в связи с изменением климата могут сос-тавить 20 % мирового валового продукта ежегодно. С другой стороны, если начать действовать уже сегодня, затраты на меры по снижению уровня выбросов парниковых газов составят 1 % глобального ВВП.

У человечества нет других вариантов поддержания нормальных жизненных условий, как только постепенно перейти к жизнеподдерживающим энергетическим системам, и скорейшая разработка технологий применения возобновляемых источников энергии является существенным фактором этого перехода. Однако еще длительное время будут применяться традиционные виды топлива, поэтому важна дальнейшая разработка и применение эффективных и экологически безопасных систем, использующих такие ресурсы.

Литература

1. Грицевич И. Г., Кокорин А.О., Луговой О. В., Сафонов Г. В. Развитие энергетики и снижение выбросов парниковых газов // WWF России. 2006.

2. Андреас Люке. Европейский рынок отопительного оборудования – ориентация на высокоэффективные технологии и возобновляемые источники энергии // Энергосбережение. 2007. № 4. С. 57–59.

3. Карл Гертис. Здания XXI века – здания с нулевым потреблением энергии // Энергосбережение. 2007. № 3. С. 34–36.

4. Terry E. Townsend. ASHRAE обещает: будущее принадлежит экологически устойчивому строительству // АВОК. 2006. № 8. С. 70–72.

¹ Межправительственная группа экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) подготовила четвертый оценочный доклад «Изменения климата – 2007», объем которого превышает 900 страниц. Работа над докладом шла два года, и полная версия будет опубликована в ноябре 2007 года. Резюме доклада было обнародовано 2 февраля 2007 года на Международной конференции по вопросам охраны окружающей среды (Париж).

² В среднем на СО₂ приходится 80 % роста концентрации парниковых газов, а около 20 % дает метан, который в 21 раз более сильный парниковый газ, чем СО₂.

³ Для достижения порога в 2 °С концентрация СО₂ в атмосфере должна быть стабилизирована на уровне 450 ррм, т. е. к 2050 году нужно снизить уровень выбросов на 50 % по сравнению с уровнем 1990 года.

⁴ Избежать роста выбросов от транспортного сектора, по признанию специалистов, можно только благодаря коммерциализации биотоплива и водородного топлива [1].

⁵ Согласно уставу ASHRAE президент организации избирается сроком на один год.