13 июля воздух в Москве нагрелся до +33 °C. Жара стоит уже неделю и продержится еще столько же. С начала лета это вторая волна, а первая была даже хуже. Хотя трудно напрямую связать страшный зной с изменением климата, ученые говорят, что экстремальные погодные явления будут возникать все чаще и чаще. В последние дни в это легко поверить.
Изменение климата больше не умозрительная проблема и не предмет споров. Вопрос "Если?" теперь всерьез не обсуждается — только "Когда?" и "Как плохо?". В самом мрачном изложении это история про конец света (во всяком случае, про тот, какой мы знаем).
Тем удивительнее, что на русском языке эта история обрывочна: чуть ли не каждый день выходят тревожные новости, но большие, обстоятельные тексты об изменении климата найти не так-то просто. Оттого перевод "Как нам избежать климатической катастрофы" следовало бы признать запоздавшим, если бы в оригинале книга не вышла всего пять месяцев назад.
Билл Гейтс не ученый, а предприниматель и филантроп, поэтому концентрируется на постановке возникающих проблем и их возможных решениях, заодно давая смысловую рамку для понимания нарастающего потока информации. Людям, погруженным в тему, многое в книге покажется тривиальным. Но с учетом экзистенциального риска для сотен миллионов людей кто из нас погружен в нее достаточно глубоко?
Низкие цены на ископаемое топливо стараются удерживать большинство стран. По данным IEA, правительственные субсидии на потребление ископаемого топлива достигли 400 миллиардов долларов в 2018 году, что объясняет, почему оно играет настолько важную роль в производстве электроэнергии. Доля электроэнергии в мире, которую получают путем сжигания угля (примерно 40%), не изменилась за 30 лет. Нефть и природный газ дают около 26% электроэнергии вот уже три десятилетия. А в целом ископаемое топливо является источником двух третей мировой электроэнергии. Солнце и ветер — всего 7%.
По данным на середину 2019 года, в мире строятся угольные электростанции на 236 гигаватт; уголь и природный газ — основные источники электроэнергии в развивающихся странах, где спрос на них взлетел за последние несколько десятков лет. С 2000 по 2018 год Китай утроил объем потребляемой угольной электроэнергии. Теперь это больше, чем в США, Мексике и Канаде, вместе взятых!
Можем ли мы изменить ситуацию и получать электроэнергию без выбросов парниковых газов?
Зависит от того, что подразумевается под словом "мы". Соединенные Штаты способны осилить эту задачу, если политика страны будет поощрять развитие ветровой и солнечной энергетики и активно стимулировать конкретные области инноваций. Но сможет ли весь мир перейти на безуглеродную электроэнергию? Это намного сложнее.
Начнем с зеленых наценок. На самом деле все не так уж и плохо: мы можем избавиться от выбросов при довольно скромной наценке.
Она представляет собой дополнительные расходы на получение всей необходимой энергии из чистых источников, таких как ветер, солнце, а также АЭС, угольных и газовых электростанций с технологиями, улавливающими СО2. (Напомню, что цель не в том, чтобы использовать только возобновляемые источники, такие как ветер и солнце; цель — сократить выбросы до нуля. Вот почему я отметил и другие безуглеродные варианты.)
Переход всей системы электроэнергии США на безуглеродные источники повысит среднюю розничную цену примерно на 1,3–1,7% (ошибка перевода: в оригинале не проценты, а центы, — прим. ТАСС) за киловатт-час, и мы будем платить на 15% больше. Среднестатистическому домохозяйству зеленая наценка обойдется в 18 долларов в месяц — вполне приемлемую сумму, хотя гражданам с низким доходом, которые и так уже тратят на электричество десятую часть своего заработка, придется нелегко.
Если вы оплачиваете счета за электричество, вам наверняка знаком термин "киловатт-час", поскольку именно по этому показателю рассчитывается общая сумма. Тем, кто забыл, напомню: киловатт-час — это единица измерения электроэнергии, которая показывает, сколько электричества вы потребляете за конкретный период. Один киловатт в час будет обозначаться как один киловатт-час. Типичная американская семья потребляет 29 киловатт-часов в день. В среднем по США киловатт-час электричества обходится в 10 центов, хотя в некоторых регионах более чем в три раза дороже.
Замечательно, что американская зеленая наценка такая низкая. Европейцам тоже повезло: исследование Европейской торговой ассоциации показало, что при сокращении выбросов углерода от производства электроэнергии на 90–95% средняя цена вырастет примерно на 20%. (В этом исследовании используется другой метод; американскую наценку я рассчитывал иначе.)
К сожалению, другим странам повезло меньше. У Соединенных Штатов есть большие запасы возобновляемых источников, включая гидроэлектроэнергетику на Тихоокеанском Северо-Западе, сильные ветра на Среднем Западе и круглогодичную солнечную энергию на Юго-Западе и в Калифорнии. В других странах есть солнце, но нет ветра или, наоборот, есть ветер, но мало солнца, или мало и того и другого. Добавьте к этому низкий кредитный рейтинг — и будет сложно найти финансирование для крупных инвестиций в новые электростанции.
В самом тяжелом положении находятся Африка и Азия. За последние несколько десятков лет Китай добился величайшего достижения за историю человечества — вывел сотни миллионов людей из бедности — отчасти благодаря строительству угольных электростанций за очень низкую цену. Китайские фирмы снизили стоимость угольных станций на целых 75%. И теперь им, естественно, нужно больше потребителей, поэтому они изо всех сил стараются привлечь следующую волну развивающихся стран: Индию, Индонезию, Вьетнам, Пакистан и страны Африки.
Что сделают эти потенциальные потребители? Построят угольные станции или перейдут на чистые источники? Взглянем на их цели и возможности. Небольшая солнечная электростанция вполне подойдет жителям бедного сельского района, которым нужно заряжать мобильные телефоны и включать свет по ночам. Однако подобное решение никогда не обеспечит большие объемы дешевой бесперебойной электроэнергии, которая нужна этим странам для развития экономики. Они планируют взять пример с Китая: развивать свою экономику, используя промышленное производство и колл-центры — то есть отрасли, требующие намного больше энергии (и намного более стабильной), чем дают небольшие возобновляемые источники на сегодня.
Если эти страны, подобно Китаю и богатым странам, выберут угольные электростанции, разразится настоящая климатическая катастрофа. Но сейчас для них это наиболее экономичный вариант.
Откуда вообще берется зеленая наценка? Газовые электростанции должны покупать топливо, чтобы работать; солнечные и ветряные станции и плотины получают топливо бесплатно. Кроме того, принято считать, что чем больше масштаб применения технологий, тем они дешевле. Почему же переход на зеленое производство электроэнергии обходится дороже?
Одна из проблем заключается в дешевизне ископаемого топлива. Поскольку цена на него не учитывает настоящие издержки климатических изменений — то есть экономический ущерб от повышения температуры на планете, — чистым источникам энергии сложно с ним конкурировать. К тому же мы потратили много десятков лет на строительство этой системы — чтобы добывать ископаемое топливо из земли, преобразовывать его в энергию и доставлять эту энергию людям по низкой цене.
Другая причина заключается в том, что, как я отметил, в некоторых регионах мира нет подходящих возобновляемых источников энергии. Чтобы обеспечить 100% необходимой электроэнергии, придется транспортировать огромные объемы чистой энергии с места ее производства (из ветреных, а также солнечных мест, в идеале ближе к экватору) туда, где она нужна (где облачно и нет ветра). Для этого придется построить новые линии электропередач, а это дорого и требует немало времени, особенно если придется пересекать границы между странами, и чем больше линий электропередачи мы проведем, тем выше будет цена на энергию. По сути, на транспортировку и дистрибуцию приходится более трети итоговой стоимости электроэнергии. К тому же в поставках электроэнергии многие страны не хотят полагаться на своих соседей.
Однако дешевая нефть и дорогие линии электропередачи не основные факторы, формирующие зеленые наценки. Главные виновники — это наше стремление к стабильности и треклятые перебои.
Солнце и ветер — ненадежные источники, иными словами они не обеспечат электричество 24 часа в сутки и 365 дней в году. Мы же нуждаемся в электроэнергии постоянно. Так что, если солнце и ветер станут основными ее источниками и мы хотим избежать перебоев, понадобятся "страховочные" варианты на случай, когда солнце не светит и ветер не дует. Придется либо хранить запас электроэнергии в аккумуляторах (что чудовищно дорого, о чем я скажу ниже), либо добавить другие источники на ископаемом топливе, такие как газовые электростанции, которые будут использоваться только по мере надобности. В любом случае расчеты против нас. Чем мы ближе к 100% чистой электроэнергии, тем сложнее и дороже проблема перебоев.
Яркий пример — когда солнце опускается за горизонт и "обрубает" источник солнечной электроэнергии. Допустим, мы захотим решить эту проблему, взяв один киловатт-час лишней энергии, которая вырабатывается за день, чтобы использовать ее ночью. (Понадобится намного больше, чем один киловатт-час, но я специально упрощаю пример, чтобы облегчить расчет.) Насколько это "резервирование" повысит цены на электричество?
Все зависит от двух факторов — стоимости аккумулятора и срока его эксплуатации до замены. Что касается цены, допустим, можно купить аккумулятор на один киловатт-час за 100 долларов. (Это весьма сдержанная оценка, и мы не будем обсуждать, что произойдет, если придется брать кредит на покупку аккумулятора.) Предположим, что срок его службы составит 1000 циклов заряда-разряда.
Итак, общая стоимость аккумулятора на один киловатт-час — 100 долларов на 1000 циклов, а значит, 10 центов за киловатт-час. Это плюс к расходам на производство самой электроэнергии, что при использовании солнечной энергии составляет 5 центов за киловатт-час. Другими словами, энергия, которую мы храним для ночного потребления, обойдется в три раза дороже того, что мы платим в течение дня: 5 центов за производство и 10 центов за хранение, итого 15 центов.
Некоторые ученые считают, что могут создать аккумулятор, который прослужит в пять раз дольше, чем тот, о котором шла речь. Если это возможно, то наценку удастся снизить с 10 до 2 центов, что, конечно, намного лучше. В любом случае ночную проблему можно решить уже сейчас, если мы готовы заплатить солидную наценку, — а благодаря инновациям, я уверен, ее удастся сократить.
К сожалению, ночные перебои еще не самая большая проблема. Сезонные колебания летом и зимой — намного более серьезное препятствие. Есть несколько вариантов решений — добавить энергию с атомной или газовой электростанции с технологией улавливания выбросов, и любой реалистичный сценарий предполагает один из этих вариантов. Я еще вернусь к ним, но сейчас, иллюстрируя проблему сезонных колебаний, для простоты ограничусь аккумуляторами.
Допустим, мы хотим сохранить один киловатт-час не на сутки, а на целый сезон. Произведем мы его летом, а зимой используем для отопления. На этот раз жизненный цикл аккумулятора не проблема, поскольку мы заряжаем его только раз в год.
Но, допустим, нужно дополнительное финансирование для покупки этого аккумулятора. Мы нашли кредит в 100 долларов. (Как вы понимаете, для одного аккумулятора вряд ли придется привлекать дополнительное финансирование, но оно может понадобиться при покупке аккумуляторов для хранения нескольких гигаватт. Расчеты те же.) Если мы платим 5% по кредиту, а аккумулятор стоит 100 долларов, то это плюс еще 5 долларов на хранение одного киловатт-часа. Помните, сколько мы тратим на солнечную энергию в течение дня? Всего 5 центов. Кто заплатит 5 долларов за хранение электричества, которое на самом деле стоит 5 центов? Сезонные колебания и высокая стоимость хранения приводят к еще одной проблеме — особенно для крупных потребителей солнечной энергии, — проблеме переизбытка летом и нехватки зимой.
Поскольку ось вращения Земли наклонена, количество солнечного света, которое попадает на конкретное место планеты, варьируется в зависимости от времени года, как и интенсивность света. Насколько велика разница, зависит от того, как далеко вы находитесь от экватора. В Эквадоре почти нет никаких изменений. В Сиэтле, где я живу, мы получаем примерно в два раза больше солнечного света в самый долгий день в году, чем в самый короткий. В некоторых регионах Канады и России — в 12 раз больше (У ветра тоже есть сезонные колебания. В США ветровая электроэнергия достигает пика весной, а нижнего показателя — в середине и конце лета (хотя в Калифорнии все наоборот). Разница может быть кратна 2–4.).
Чтобы объяснить, почему эти колебания важны, проведем еще один мысленный эксперимент. Представим город неподалеку от Сиэтла — назовем его Солнцеградом, — который хочет производить гигаватт солнечной энергии круглый год. Какую площадь должна занимать его солнечная установка?
Один вариант — установить столько солнечных панелей, сколько нужно для производства гигаватта электроэнергии летом, когда много солнца. Но зимой, когда солнечного света в два раза меньше, городу придется туго: он столкнется с нехваткой электроэнергии. (А городской совет прекрасно понимает, что хранить электроэнергию слишком дорого, поэтому от аккумуляторов отказались.) Другой вариант — разместить столько солнечных панелей, сколько нужно для коротких зимних дней. Однако в этом случае с наступлением лета город будет производить гораздо больше электроэнергии, чем нужно. Цены на электричество упадут в разы, и невозможно будет возместить затраты на установку всех этих панелей.
Решить проблему переизбытка Солнцеград может, отключив некоторые панели летом, но тогда получится, что город вкладывает деньги в оборудование, которое используется только несколько месяцев в году. Это повысит цены на электричество для жилых домов и коммерческих организаций. Другими словами, зеленая наценка вырастет.
Это не просто гипотетический пример. Нечто похожее происходило в Германии, которая развернула амбициозную программу Energiewende и нацелилась на получение к 2050 году 60% энергии за счет возобновляемых источников. За последние 10 лет страна потратила миллиарды долларов, расширяя области применения возобновляемых источников и повысив мощности производства солнечной электроэнергии почти на 650% с 2008 по 2010 год. Однако в июне 2018 года Германия произвела примерно в 10 раз больше солнечной энергии, чем в декабре 2018 года. По сути, в некоторые летние дни немецкие солнечные и ветряные станции производят столько энергии, что страна не может ее израсходовать. Когда такое происходит, Германия поставляет часть электроэнергии в соседние Польшу и Чехию. Лидеры этих стран жалуются, что это перегружает их собственную энергетическую систему, вызывая непредсказуемые колебания в ценах. Перебои связаны с еще одной проблемой, решить которую даже сложнее, чем проблему суточных и сезонных колебаний. Что произойдет, когда в силу тех или иных причин город будет вынужден прожить несколько дней без возобновляемых источников энергии?
Представьте будущее, в котором Токио получает всю необходимую электроэнергию только от ветрогенераторов. (В Японии действительно дуют ветры с берега и с моря.) Однажды в августе, на пике сезона тайфунов, на страну обрушивается чудовищный ураган. Если не отключить ветряные турбины, он может разнести их в клочья. Власти Токио принимают решение отключить турбины и использовать электроэнергию, которая хранится в самых больших аккумуляторах, какие удалось найти.
Вопрос в следующем: сколько аккумуляторов понадобится, чтобы обеспечить Токио электроэнергией в течение трех дней, пока ураган не утихнет и можно будет снова включить турбины?
Ответ: больше 14 миллионов аккумуляторов. Это больше, чем производится во всем в мире за 10 лет. Их стоимость — 400 миллиардов долларов, а с учетом срока службы аккумуляторов ежегодные расходы составят более 27 миллиардов долларов (Вот как я получил эту цифру: с 6 по 8 августа 2019 года Токио использовал 3122 гигаватт-часов электроэнергии. Для базовой нагрузки я взял 5,4 миллиона проточных аккумуляторов со сроком службы 20 лет и стоимостью 36 тыс. долларов за штуку. Для пикового спроса я взял 9,1 миллиона литий-ионных аккумуляторов со сроком службы 10 лет и стоимостью 23 тыс. долларов.). И это только расходы на сами аккумуляторы, сюда не входят траты на их установку и обслуживание.
Это гипотетический пример. Никто не считает, что Токио должен получать всю электроэнергию от ветра и хранить ее в имеющихся на сегодня аккумуляторах. Я использую этот пример, чтобы подчеркнуть, как сложно и дорого хранить электроэнергию в больших объемах, но это одна из проблем, требующая решения, если мы собираемся получать значительный процент чистой электроэнергии из нестабильных источников.