Что такое декарбонизация в энергетике
Декарбонизация экономики и энергетических систем
Актуальность декарбонизации энергетических систем возросла после вступления в силу Парижского соглашения по климату в 2016 г.
Актуальность декарбонизации энергетических систем выросла после вступления в силу Парижского соглашения по климату в 2016 г.
Эффект глобального изменения климата связывают с ростом концентрации CO2 в атмосфере.
Рост содержания СО2 в атмосфере связан с началом индустриальной революции, когда основным энергоносителем стал уголь.
Парижское соглашение, ратифицированное 174 странами, направлено на то, чтобы снизить глобальное повышение температуры на уровень 2 о С выше доиндустриального уровня.
Повышение температуры на 2 ° C соответствует росту уровня моря на 6 метров, так что нужно торопиться.
В ходе развития мировая экономика пережила несколько энергетических переходов, переходя от древесного угля к каменному угля, затем доминировала нефть, а сейчас стремительно развивается потребление природного газа.
Ранее при энергопереходах руководствовались удобством и конкурентоспособностью затрат, то ныне важными становятся экологические аспекты выбора энергоносителей.
Перед лицом глобального климатического кризиса Мировой нефтегаз разворачивается к низкоуглеродному будущему.
В каждой стране в настоящее время наблюдается существенный сдвиг в сторону ВИЭ как экологически устойчивой и благоприятной для климата альтернативы для создания энергии.
По данным МЭА 2017, промышленное тепло составляет 2/3 промышленного спроса на энергию и почти 1/5 мирового потребления энергии.
Это и создает один из наиболее существенных выбросов CO2, поскольку большая часть промышленного тепла поступает от сжигания ископаемого топлива.
Декарбонизация этого сектора ТЭК требует больших изменений, особенно для высокотемпературного промышленного тепла.
Нынешний уровень технологий не позволяет отказаться от использования традиционных энергоносителей: угля, нефти, природного газа.
Однако повысить эффективность их использования с целью снижения выбросов возможно уже сейчас.
Полная декарбонизация энергосистем является единственным решением для стабилизации климата.
На практике для достижения 0 чистых выбросов необходимо перейти на чистые источники энергии и перейти с ископаемого топлива на электроэнергию.
Электричество все чаще становится «топливом» выбора в странах, которые больше полагаются на более высокие технологии, услуги и цифровые технологии.
Его доля в мировом конечном потреблении приближается к 20% и будет расти дальше.
Декарбонизация экономики и энергетических систем
Актуальность декарбонизации энергетических систем возросла после вступления в силу Парижского соглашения по климату в 2016 г.
Актуальность декарбонизации энергетических систем выросла после вступления в силу Парижского соглашения по климату в 2016 г.
Эффект глобального изменения климата связывают с ростом концентрации CO2 в атмосфере.
Рост содержания СО2 в атмосфере связан с началом индустриальной революции, когда основным энергоносителем стал уголь.
Парижское соглашение, ратифицированное 174 странами, направлено на то, чтобы снизить глобальное повышение температуры на уровень 2 о С выше доиндустриального уровня.
Повышение температуры на 2 ° C соответствует росту уровня моря на 6 метров, так что нужно торопиться.
В ходе развития мировая экономика пережила несколько энергетических переходов, переходя от древесного угля к каменному угля, затем доминировала нефть, а сейчас стремительно развивается потребление природного газа.
Ранее при энергопереходах руководствовались удобством и конкурентоспособностью затрат, то ныне важными становятся экологические аспекты выбора энергоносителей.
Перед лицом глобального климатического кризиса Мировой нефтегаз разворачивается к низкоуглеродному будущему.
В каждой стране в настоящее время наблюдается существенный сдвиг в сторону ВИЭ как экологически устойчивой и благоприятной для климата альтернативы для создания энергии.
По данным МЭА 2017, промышленное тепло составляет 2/3 промышленного спроса на энергию и почти 1/5 мирового потребления энергии.
Это и создает один из наиболее существенных выбросов CO2, поскольку большая часть промышленного тепла поступает от сжигания ископаемого топлива.
Декарбонизация этого сектора ТЭК требует больших изменений, особенно для высокотемпературного промышленного тепла.
Нынешний уровень технологий не позволяет отказаться от использования традиционных энергоносителей: угля, нефти, природного газа.
Однако повысить эффективность их использования с целью снижения выбросов возможно уже сейчас.
Полная декарбонизация энергосистем является единственным решением для стабилизации климата.
На практике для достижения 0 чистых выбросов необходимо перейти на чистые источники энергии и перейти с ископаемого топлива на электроэнергию.
Электричество все чаще становится «топливом» выбора в странах, которые больше полагаются на более высокие технологии, услуги и цифровые технологии.
Его доля в мировом конечном потреблении приближается к 20% и будет расти дальше.
Декарбонизация как инструмент стимулирования энергосбережения
Decarbonization as energy conservation promotion tool
M. M. Brodach, Candidate of Engineering, Professor at Moscow Institute of Architecture (State Academy); N. N. Shilkin, Candidate of Engineering, Professor at Moscow Institute of Architecture (State Academy)
Keywords: zero-carbon economy, energy conservation, construction decarbonization, digital technologies
The list of action points on the results of Petersburg International Economic Forum, conducted 2-5 June 2021, includes elaboration of an action plant (Roadmap) for reduction of the carbon content of Russian economy. According to the data from the Ministry of Economic Development and Trade of Russia, the biggest share (about 66 %) of fuel and energy resources consumption goes on production and distribution of electrical energy and heat, industrial use, and the building and utilities sector. Decarbonization requirements stimulate the use of advanced technologies for thermal protection, energy supply and climate control in buildings, including BIM technologies, smart house technologies, smart utility equipment control systems based on optimized solutions, high-tech energy efficient equipment, innovative materials, non-traditional renewable energy sources (NRES), etc.
В перечень поручений по итогам Петербургского международного экономического форума 2–5 июня 2021 года входит разработка плана мероприятий («дорожной карты») по снижению уровня углеродоемкости российской экономики. По данным Минэкономразвития России наибольший объем (порядка 66 %) потребления топливно-энергетических ресурсов приходится на производство и распределение электроэнергии и тепла, промышленность, а также сектор зданий и жилищно-коммунальное хозяйство. Требования декарбонизации стимулируют использование передовых технологий в части теплозащиты, энергоснабжения и климатизации зданий, в том числе технологий информационного моделирования зданий BIM, технологий «умного» дома, «умных» систем управления инженерным оборудованием на основе оптимизационных решений, высокотехнологичного энергоэффективного оборудования, инновационных материалов, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) и т. д.
Декарбонизация – инструмент стимулирования энергосбережения
М. М. Бродач, канд. техн. наук, профессор МАрхИ
Н. В. Шилкин, канд. техн. наук, профессор МАрхИ
Деятельность по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в нашей стране традиционно осуществлялась либо на основе нормативно-законодательных требований, либо исходя из соображений экономической целесообразности, экономического эффекта. Но в последнее время все большее значение приобретает третий фактор – экологический: все актуальнее становятся задачи по снижению эмиссии парниковых газов, прежде всего диоксида углерода (углекислого газа). Появился специальный термин – декарбонизация. Этот процесс приобрел глобальный, общемировой характер, и в ближайшие годы его значение будет постоянно возрастать.
Почему нужна декарбонизация
Требования по декарбонизации (снижению эмиссии углекислого газа) российской экономики обусловлены участием Российской Федерации в международных соглашениях – Парижском соглашении по климату и других.
Еще в 1988 году на основе существовавшей с 1985 года Консультативной группы по парниковым газам была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК, англ. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). По оценке МГЭИК, с 1970-х годов наблюдается глобальное потепление, связанное с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере за счет роста их антропогенных выбросов (см. врезку).
За свою деятельность МГИЭК в декабре 2007 года была награждена премией мира с формулировкой «за усилия по накоплению и распространению более широких знаний об антропогенном изменении климата и созданию основ для мер, необходимых для противодействия такому изменению». Приятно отметить, что нобелевские дипломы получили и два наших замечательных специалиста, работавших в составе МГЭИК, – Юрий Андреевич Табунщиков и Игорь Алексеевич Башмаков.
Для объединения усилий всех стран в 1992 году была принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата. К числу обязательств Рамочной конвенции отнесено принятие мер по ограничению антропогенных выбросов парниковых газов и защите и повышению качества поглотителей и накопителей парниковых газов, представление международной отчетности, определение политики, поощряющей деятельность с низким уровнем антропогенных выбросов парниковых газов.
В развитие Рамочной конвенции как дополнительный ее инструмент 11 декабря 1997 года был принят и 16 февраля 2005 года вступил в силу Киотский протокол. В 2004 году Киотский протокол ратифицирован Российской Федерацией. Киотский протокол налагает обязательства по ограничению выбросов парниковых газов, а также устанавливает квоты на такие выбросы. При этом квоты можно продавать.
Дальнейшее развитие Рамочной конвенции – принятое 12 декабря 2015 года и подписанное 22 апреля 2016 года Парижское соглашение. Россия также его подписала. Парижское соглашение направлено на дальнейшее снижение эмиссии парниковых газов.
Участие России в международных соглашениях неизбежно приводит к необходимости декарбонизации – перехода на низкоуглеродную экономику. В новых условиях определяющим может стать даже не столько снижение спроса на углеводороды, сколько новые международные ограничения – углеродные налоги, пошлины, привязка производимой продукции к углеродному следу (carbon footprint). Кроме того, кредиты международных финансовых организаций могут напрямую зависеть от выполнения страной взятых на себя климатических обязательств.
Декарбонизация – глобальная задача, и ее решение требует коренных изменений в структуре экономики.
Ситуация в России
В настоящее время в России заметно активизировалась работа по созданию нормативно-законодательных предпосылок перехода на низкоуглеродную экономику.
Так, в перечень поручений президента РФ Владимира Путина по итогам Петербургского международного экономического форума входит требование к Правительству РФ в срок до 1 октября 2021 года разработать комплексный план (дорожную карту) по снижению углеродоемкости российской экономики на период до 2050 года. Дорожная карта разрабатывается для уменьшения накопленного с 2021 по 2050 год объема чистой эмиссии парниковых газов в Российской Федерации до более низких значений по сравнению с показателями Европейского союза. Дорожная карта должна предусматривать сокращение выбросов парниковых газов, образуемых в результате осуществления хозяйственной деятельности.
30 декабря 2021 года вступает в силу Федеральный закон от 2 июля 2021 года № 296-ФЗ «Об ограничении выбросов парниковых газов». Целью закона является создание условий для устойчивого и сбалансированного развития экономики России при снижении уровня выбросов парниковых газов.
Декарбонизация в строительстве и ЖКХ
Актуальность декарбонизации в строительстве и ЖКХ обусловлена тем обстоятельством, что, по данным Миэкономразвития России, в стране наибольший объем (порядка 66 %) потребления топливно-энергетических ресурсов приходится на производство и распределение электроэнергии и тепла, промышленность, а также сектор зданий и ЖКХ.
В связи с этим интересно рассмотреть некоторые положения проекта «Стратегия долгосрочного развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года» (далее – Стратегия), разработанного Минэкономразвития России.
Стратегия предусматривает четыре сценария долгосрочного развития Российской Федерации – «Базовый», «Интенсивный», «Инерционный», «Без мер государственной поддержки». Базовый сценарий предусматривает масштабное повышение энергетической эффективности российской экономики и мероприятия по охране и воспроизводству лесов. При этом углеродоемкость ВВП Российской Федерации по сравнению с уровнем 2017 года должна снизиться на 9 % к 2030 году и на 48 % к 2050 году.
На рисунке показан вклад основных факторов в динамику выбросов парниковых газов по базовому сценарию низкоуглеродного развития на периоды с 2017 по 2030 и с 2030 по 2050 год. Очевидно, что, наряду с изменениями в промышленности, повышение энергетической эффективности зданий – важнейший источник снижения углеродного следа.
Вклад основных факторов в динамику выбросов парниковых газов по базовому сценарию низкоуглеродного развития (в млн т эквивалента углекислого газа): а) в период с 2017 по 2030 год; б) в период с 2030 по 2050 год
Пути достижения целей декарбонизации
Как же предполагается достигать этих целей?
Для перехода на траекторию низкоуглеродного развития, предусмотренную базовым сценарием, Стратегия предполагает осуществить в числе прочего следующие меры:
• в энергетике – более широкое внедрение передовых энергоэффективных технологий (парогазовые установки, комбинированная выработка электричества и тепла), снижение потерь в электрических и тепловых сетях, стимулирование генерации на основе ВИЭ и развитие распределенной генерации (в том числе изолированных энергосистем);
• в строительстве и ЖКХ – установление более жестких требований по энергетической эффективности новых жилых, общественных и промышленных зданий, энергоэффективная модернизация имеющихся централизованно и индивидуально отапливаемых зданий, систем горячего водоснабжения и отопления, замена бытовых электронных приборов и систем освещения на энергоэффективные;
• в сфере управления отходами – наращивание объемов переработки отходов и вторичного использования, существенное снижение объема отходов на душу населения и объемов выбрасываемой пищи, рекультивация и дегазация крупнейших полигонов, утилизация метана, образующегося в секторе бытовых сточных вод на очистных сооружениях.
Интенсивный сценарий в дополнение к мероприятиям базового сценария включает меры по снижению углеродоемкости производимых товаров, энергии, работ и услуг, введение национального регулирования парниковых газов, увеличение объемов генерации на основе ВИЭ, масштабную электрификацию и цифровизацию транспорта и технологических процессов в отраслях, внедрение технологий захвата, хранения и переработки углекислого газа. Также предусматривается реализация всех доступных технологических и экономических возможностей России:
• в энергетике – кардинальное увеличение объемов генерации на основе ВИЭ, раскрытие для потребителей информации о происхождении электроэнергии и ее углеродном следе, трансформация оптового и розничного рынков электрической энергии под усиливающимся влиянием потребителей энергии и возобновляемой энергетики;
• в строительстве и ЖКХ – принятие дополнительных мер, стимулирующих оснащение зданий установками, использующими возобновляемую энергию (солнечные коллекторы для горячего водоснабжения, фотоэлектрические панели для выработки электроэнергии, тепловые насосы, квартирные и общедомовые утилизаторы теплоты сточных вод и т. д.), повышение эффективности систем теплоснабжения и холодоснабжения, в том числе за счет использования низкотемпературного теплоносителя и снижения потерь тепловой энергии;
• в сфере управления отходами – максимальное использование биоразлагаемых отходов, раздельный сбор органических отходов с их последующим использованием для производства товарного компоста или биогаза.
Одно из направлений реализации Стратегии – повышение энергетической эффективности отраслей экономики, инфраструктуры, жилых и промышленных зданий и сооружений, включая развитие низко- и безуглеродных источников энергии. Для этого необходимо обеспечить планомерную замену используемых в настоящее время технологий с невысоким коэффициентом полезного действия на более эффективные, снижение потерь энергии при транспортировке, повышение эффективности ее использования и учета у потребителей, снижение затрат на энергию для домохозяйств и предприятий, создание интеллектуальных тепловых, электрических и газовых сетей нового поколения, включая возможности аккумулирования энергии, управления спросом и широкого внед-рения автоматического погодозависимого потребления.
Другое важное направление – проведение прикладных и поисковых исследований в области развития с низким уровнем выбросов парниковых газов. В этой части заявлена необходимость обеспечить научное и технологическое лидерство по направлениям развития с низким уровнем выбросов парниковых газов:
• интеллектуальные системы для снижения стоимости хранения электроэнергии, продвижения инновационных технологий реагирования на спрос и разработка новых способов балансировки сети;
• разработка новых технологий энергоэффективного и экономического строительства (капитального ремонта), низкоэмиссионных технологий в промышленности и машиностроении;
• возобновляемые источники энергии, включая инновации в технологии морских ветровых и приливных турбин, масштабное использование ВИЭ в изолированных энергосистемах, использование солнечной энергии, низкотемпературные системы теплоснабжения.
Декарбонизация и жизненный цикл зданий
Традиционный подход предполагает оценку энергопотребления на эксплуатацию зданий – его отопление и вентиляцию, охлаждение, освещение, водоснабжение. Но углеродный след зданий не ограничивается периодом их эксплуатации. И при производстве строительных материалов, утеплителей, и в процессе строительства, и в процессе сноса и утилизации парниковые газы тоже выделяются. Необходимо рассмотрение здания за период его жизненного цикла.
Таким образом, помимо собственно снижения энергопотребления важную роль в снижении углеродного следа зданий является оптимизация в этой части на всем протяжении жизненного цикла.
Стимулирование передовых технологий
В заключение следует отметить, что невозможно выполнить требования по переходу на низкоуглеродную экономику только за счет традиционных, широко известных мероприятий: повышения теплозащиты, замены окон и т. д. Необходим комплексный подход. Требования по декарбонизации стимулируют использование передовых технологий в части теплозащиты, теплоэнергоснабжения и климатизации зданий, в том числе технологий информационного моделирования зданий BIM, технологий умного дома (включая технологии Интернета вещей IoT, технологии обработки больших массивов данных Big Data и т. д.), умных систем управления инженерным оборудованием на основе оптимизационных решений, высокотехнологичного энергоэффективного оборудования, инновационных материалов, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ).
1 International Energy Agency (2019). Global Status Report for Buildings and Construction 2019. Paris: IEA. ISBN 978-92-807-3768-4.
2 Очевидно, что в зависимости от вида теплоснабжения (местного или централизованного), климатических характеристик района строительства и других факторов это соотношение будет отличаться от средних значений, приведенных в докладе МЭА, но общие тенденции установить можно.
Декарбонизация открывает новые возможности для газового сотрудничества
Почти два года назад председатель Европейской комиссии Урсула фон дер Ляйен представила «Европейский зеленый курс». Она приравняла этот проект, ставящий амбициозную задачу — обеспечить более эффективную защиту климата без ослабления экономики, к американской программе по высадке человека на Луну. Достижение намеченных «Зеленым курсом» целей должно сопровождаться развитием многопланового международного сотрудничества в сфере охраны климата, устойчивого развития и экологически безопасной энергетики. Мы в Wintershall Dea считаем Россию одним из ключевых партнеров на этом пути.
В начале ноября международное сообщество собралось на климатической конференции ООН в Глазго (COP26), чтобы внести коррективы в политику по защите климата для ограничения роста глобальной средней температуры полутора градусами Цельсия. Газовая отрасль поддерживает решительные действия в этом направлении. Обновленная политика в сфере охраны климата должна сосредоточиться на всех эффективных и испытанных на практике мерах, в частности использовании природного газа, улавливании и хранении углекислого газа (УХУ) и внедрении водородных технологий — это решения, которые работают. При этом нельзя отказываться от экономической эффективности и снижать уровень обязательств по обеспечению надежности поставок.
Газ способен помочь в достижении климатических целей
У газовой отрасли есть желание защитить климат и ускорить декарбонизацию, а также развивать необходимые для этого технологии. Мы, ее представители, уверены, что газ будет играть важнейшую роль в достижении целей COP26, и преобразовываем нашу деятельность, чтобы обеспечивать климатическую нейтральность, поставляя на рынок природные, низкоуглеродные и возобновляемые газы. Одновременно мы предлагаем решения для низкоуглеродной энергетики будущего — от водорода и УХУ до биогенного сжиженного нефтяного газа и топливных элементов.
В связи с COP26 представители отрасли обратились к Европейской комиссии с призывом создать инклюзивную политическую базу, которая бы способствовала развитию производства всех видов чистого водорода и широкому внедрению технологии УХУ. Это, в свою очередь, позволит обеспечить конкурентоспособность европейской промышленности и создать высококвалифицированные рабочие места в Европе. Более того, нам необходима стратегия по УХУ, способствующая общественному признанию этой технологии и стимулирующая ее более широкое внедрение.
Необходимо сохранить и обеспечить роль природного газа в качестве переходной технологии. Лучшего дополнения к растущему использованию возобновляемых источников энергии не найти, да и многие государства — члены ЕС будут нуждаться в газе в ближайшие десятилетия по мере постепенного отказа от угля.
Российско-европейская повестка в сфере охраны климата
Энергетическое партнерство с Россией по-прежнему остается важнейшей опорой для энергетики Европы, а российский газ — высококачественным и надежным источником энергии для нашей экономики.
Реализация «Зеленого курса» создает новые возможности для сотрудничества между ЕС и Россией. Существует множество перспективных областей для развития такого взаимодействия. На первом этапе это касается инвестиций в научные исследования, поскольку декарбонизация требует перехода мировой экономики на новый технологический уровень. Две ключевые области с многообещающим потенциалом — УХУ и водород.
Развитие водородной энергетики в ЕС происходит в рамках «Водородной стратегии», утвержденной Европейской комиссией в 2020 году в качестве части «Зеленого курса». В России соответствующим программным документом является национальная концепция развития водородной энергетики, утвержденная в 2021 году. Совместные европейско-российские проекты по производству и транспортировке «голубого» и «бирюзового» водорода, получаемого из природного газа, обладают огромным потенциалом. В настоящее время Wintershall Dea обсуждает проекты в этой области с «Газпромом».
Первые проекты по улавливанию углекислого газа УХУ, которое может стать ключевой технологией для решения проблемы изменения климата, — еще одно направление наших обсуждений с российскими партнерами. УХУ предполагает улавливание CO2, например на электростанциях или промышленных объектах, и его долгосрочное хранение в подземных геологических структурах, таких как истощенные нефтяные и газовые месторождения на континентальном шельфе.
УХУ обеспечивает доказанную на практике и доступную по стоимости декарбонизацию отраслей, в которых трудно или невозможно избежать выбросов CO2, в частности в сталелитейной промышленности. В Германии 85 тыс. человек заняты непосредственно в этой отрасли и еще 4 млн — в смежных. Использование УХУ при производстве стали поможет обеспечить конкурентоспособность сталелитейной промышленности в течение ближайших десятилетий.
Некоторые европейские страны уже приступают к реализации первых проектов по внедрению УХУ. Одна из них — Дания. Там Wintershall Dea наряду с INEOS Oil & Gas Denmark и 30 другими компаниями и организациями выступает в составе консорциума, реализующего проект «Гринсэнд», который в будущем позволит обеспечивать безопасное хранение 8 млн т CO2 в год, что эквивалентно четверти всех выбросов Дании.
Это лишь один пример того, как европейские и российские предприятия могут использовать совместные активы и опыт, чтобы освоить новые направления деятельности и внести вклад в декарбонизацию экономики. Совместная разработка благоприятных для климата технологий будет выгодна обеим сторонам: Европа сможет достичь целей «Зеленого курса», а Россия — укрепить конкурентоспособность своих предприятий на европейском рынке.