Ветер, солнце и вода, или Как Центральная Азия отказывается от нефти

История использования «зеленой» энергии

«Зеленая» энергетика — это чистая энергия, не загрязняющая окружающую среду, или, говоря простым языком, получаемая из естественных источников – воды, ветра, солнца, тепла земли. Примеры использования человеком природных источников энергии известны со средних веков, когда люди начали использовать механическую энергию ветряных и водяных мельниц.

В 19 веке с изобретением электропроводников появились первые электростанции на углеродном топливе. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) были открыты значительно позже. Первая ветровая электростанция появилась в 1887 году в Великобритании. Эффект преобразования света в электричество в 1839 году открыл Александр Эдмон Беккерель, а прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фото-химиком Джакомо Луиджи Чамичаном в 1912 году. Однако первые солнечные батареи созданы только в 1954 году специалистами компании «Bell Laboratories».

За всю свою историю человечество уже пережило три этапа трансформации энергокомплекса при переходе от биомассы к углю, от угля к нефти, от нефти к газу. Сейчас мир стоит на пороге четвертой энергетической революции, где ВИЭ выходят на первые позиции. Они представляют собой важную часть прогресса, необходимую для создания будущего, в котором люди могут получать энергию без вреда для себя и окружающей среды.

Мировой тренд энергетического перехода на ВИЭ

С учетом истощения традиционных источников, запасов которых при нынешних темпах добычи хватит ориентировочно только на 50–60 лет, применение «зеленой» экономики становится неотъемлемой частью обеспечения энергетической безопасности. Energy Transition – это рассчитанная на десятилетия стратегия изменения структуры производства и потребления энергии человечеством, направленная на глобальную трансформацию мировой энергосистемы по четырем направлениям: энергоэффективность, декарбонизацию, децентрализацию, цифровизацию. Эта трансформация на данный момент является официально принятой стратегией глобального человечества и закреплена в Парижском климатическом соглашении, которое подписано 180 странами в 2015 году.

Решение о переходе на «зеленую энергетику» принято на основании гипотезы, что энергетическая деятельность человека приводит к глобальному потеплению. Не все ученые согласны с этой теорией, однако на сегодня именно она определяет мировой тренд. В ее рамках считается, что потепление вызвано повышением выработки СО2. Сейчас ВИЭ в мире эффективнее и активнее всего используются в таких странах, как Германия, Испания, Франция, Финляндия, Норвегия, Китай, США и Япония. Активно развивается эта отрасль также в Индии, Бразилии и Мексике.

Недостатки и проблемы

Несмотря на очевидные преимущества, в особенности неисчерпаемость ресурсов, развитие «зеленой» энергетики имеет свои недостатки и приносит с собой новые проблемы. В первую очередь это зависимость «зеленых» технологий от географии, природных условий и времени суток, что способствует децентрализации энергетического комплекса, усложняет контроль за загруженностью мощностей, процессами передачи энергии и создания запасов, а также выступает причиной перебоев в электроснабжении.

Далеко не все места на планете хорошо освещены солнцем, имеют стабильные ветра или геотермальные источники. Например, в пустынях солнце светит более 300 дней в году, тогда как в отдельных местах количество солнечных дней не превышает и 100 суток. Кроме того, производство солнечной энергии и ее потребление не совпадают в течение суток. Утром и вечером, когда потребление максимальное, солнце либо еще не светит, либо уже не светит, да и ветер усиливается после того, как солнце прогреет землю. Еще больше разрыв увеличивается при неблагоприятных погодных условиях. Это требует замещения недостатка «зеленой» энергии традиционными источниками, создания глобальных перетоков энергии из одного региона в другой или ее аккумуляции в больших объемах.

Создание источников «зеленой» энергии требуют множества высокотехнологичных материалов и редких ископаемых, добыча и производство которых сами по себе требуют очень много энергии. Также отдаленность места производства «зеленой» электроэнергии от территорий, где ее потребляют, требует колоссальной инфраструктуры, что повышает затраты на транспортировку. Например, стоимость передачи «ветряной» энергии в три раза больше, чем транспортировка традиционной энергии.

Ограниченный срок службы отдельных компонентов ВИЭ (солнечных панелей, турбин ветрогенераторов), составляющий в среднем 15–20 лет, порождает необходимость их регулярной замены и обостряет проблему утилизации отходов. Также со счетов нельзя сбрасывать экологический след от нарушения естественного состояния рек при строительстве ГЭС, нагревания атмосферы от работы ветрогенераторов и солнечных батарей и др.

Основные виды ВИЭ и их доля в мировой энергосистеме

Под общим термином ВИЭ скрываются очень разные источники энергии. С одной стороны, это давно и успешно эксплуатируемая гидроэнергетика, а с другой относительно новые виды: солнечная энергетика, ветер, геотермальные источники и даже совсем экзотическая энергия волн океана.

Гидроэнергетика – это самая освоенная технология ВИЭ, основанная на использовании потенциальной энергии водного потока. На долю ГЭС приходится почти шестая часть мирового производства электроэнергии, они уступают только угольной и газовой генерации. Вклад отрасли в производство электроэнергии почти на 60% выше, чем у ядерной энергии, и больше, чем у всех других возобновляемых источников энергии вместе взятых. В 2022 году общая мощность всех мировых гидроэлектростанций впервые в истории превысила 1200 ГВт.

- Гидроэнергетика является основой производства электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода и растет с 1970-х годов. За последние два десятилетия глобальная мощность гидроэнергетики выросла с 680 ГВт в 2000 году до почти 1200 ГВт в 2021 году. Рост составил более 75%, - говорит аналитик Rystad Energy Каран Сатвани.

Мировым лидером с общей мощностью ГЭС в 340 ГВт является Китай. Второе место - у Бразилии с 112 ГВт. Замыкают пятерку лидеров по выработке гидроэлектроэнергии в мире США - 84 ГВт, Канада - 81 ГВт и Россия - 50 ГВт. За ними следуют Индия - 47 ГВт, Норвегия - 33 ГВт, Турция - 30 ГВт и Япония - 23 ГВт.

Солнечные станции – самый быстрорастущий вид «зеленой» энергетики. Их преимущество заключается в высокой эффективности преобразования солнечной энергии в электричество, устойчивости к изменениям погодных условий и в отсутствии выбросов парниковых газов. По данным Международного агентства по ВИЭ солнечная энергия уверенно доминирует в новых генерирующих мощностях, показав в 2022 году рост на 22%, или 191 ГВт.

В настоящее время самые мощные солнечные электростанции построены в Индии, Китае и ОАЭ. Крупнейшей солнечной станцией в мире является Tengger Desert Solar Park в Китае. Ее площадь составляет порядка 1 200 квадратных километров, а установленная мощность превышает 1,5 ГВт. Это позволяет станции обеспечивать электричеством более миллиона домохозяйств и снижать выбросы углекислого газа на 1,2 млн тонн в год.

В Индии функционируют сразу три крупнейшие станции: Bhadla Solar Park с общей мощностью более 2,2 ГВт, Pavagada Solar Park - 2,05 ГВт, Kamuthi Solar Power Project - 648 МВт.

Станция Noor Abu Dhabi Solar Plant в ОАЭ мощностью в 1,17 ГВт является крупнейшей в регионе и способна обеспечивать электричеством более 90 тысяч домохозяйств. Станция также сокращает выбросы CO2 на 1,2 млн тонн ежегодно.

Ветроэнергетика – преобразование энергии ветра в электрическую с помощью ветрогенератора. Технологические достижения и применение новых композитных материалов способствовали увеличению сроков службы и снижению стоимости ветряных турбин. Международное энергетическое агентство считает, что потенциал ветрогенерации в 40 раз превышает текущий спрос на электроэнергию.

Среди стран, которые активно используют энергию ветра, можно выделить Китай, США, Данию, Индию и Бразилию. В настоящее время самая мощная ветряная электростанция «Ганьсу» работает в Китае. Мощность этого комплекса доходит до 8 ГВт, что сопоставимо с десятью АЭС.

Второе место занимает ветряной комплекс «Альта», расположенный в штате Калифорния США. До недавнего времени это была не только старейшая, но и самая мощная ВЭС. Сейчас мощность «Альты» - 1,7 ГВт, она располагается в пустыне и занимает площадь более 1300 гектаров.

Третье место принадлежит электростанции «Муппандал» в Индии. Она введена в эксплуатацию в 2011 году и к настоящему времени достигла мощности в 1,5 ГВт.

Биоэнергетика – четвертый по величине вид «зеленой» энергетики. Производство электроэнергии и тепла основывается на инновационном использовании традиционных источников биомассы, таких как побочные продукты сельского хозяйства и бытовые отходы. Сейчас биоэнергетика покрывает в среднем 15% общего потребления первичных энергоресурсов в мире. Китай, Великобритания и Индия являются лидерами в производстве биоэнергии. В 2022 году Китай стал страной с самой высокой биоэнергетической мощностью в мире - почти 34,1 ГВт.

Крупнейшей станцией по сжиганию биотоплива является Alholmens Kraft, расположенная в Финляндии. Мощность станции составляет примерно 265 МВт электроэнергии и около 160 МВт тепловой энергии. Этот комплекс является крупнейшим в своем роде утилизатором отходов целлюлозно-лесоперерабатывающего комбината. Котлы для горения здесь настолько огромные, что каждые несколько минут сгорает целый грузовик биотоплива.

Геотермальная энергия также входит в список ВИЭ, использование которых растет быстрыми темпами. Геотермальные электростанции являются уникальным источником возобновляемого электричества, отбирая тепло, вырабатываемое под поверхностью земли, для создания пара, который затем используется для вращения турбин для создания электричества электромагнитным способом. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии в мире является Исландия. Заметные позиции в данной сфере занимают Индонезия, Италия, Мексика, Филиппины и США.

Комплекс гейзеров, расположенный в горах Майякамас, штат Калифорния, (США) является крупнейшим геотермальным полем в мире. Комплекс и его 22 геотермальные электростанции имеют суммарную установленную мощность 1520 МВт. Энергия, генерируемая гейзерами, помогает удовлетворить потребности в электроэнергии для округов Сонома, Мендосино и Лейк в Калифорнии.

Энергия приливов и отливов - еще один вид ВИЭ. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, возникающую от перепада давления и разницы температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали - только побережье Европы может ежегодно генерировать энергию в объеме более 280 ТВт, что составляет половину энергопотребления Германии.

Страны-лидеры по производству чистой энергии

Мировые инвестиции в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет. Безусловным лидером по количеству вложений в альтернативные ресурсы считается Китай. 2022 год поставил рекорд по установке возобновляемых источников энергии – общая мощность прироста на 9,6% и составила 3372 ГВт во всем мире. Рост в значительной степени сосредоточен в Азии, США и Европе. На Азию пришлось 60% новых мощностей возобновляемых источников энергии - 1,63 ТВт. Больше половины из них запущены в Китае.

Международное агентство по возобновляемым источникам энергии составило рейтинг стран по объему производства зеленой энергии.

Перспективы развития «зеленой» энергетики в Центральной Азии

Развитие возобновляемой энергетики в странах Центральной Азии проходит неравномерно. Одни государства стали присматриваться к возможностям, которые им открывает использование альтернативных источников энергии, очень давно, а другие – только начали свой «зеленый» путь.

ВИЭ активно развивается в Казахстане

Сектор возобновляемых источников энергии в Казахстане активно развивается уже более десятка лет и становится все заметнее в энергосистеме страны. В 2013 году Указом Главы государства утверждена Концепция по переходу Республики Казахстан к «зеленой экономике». Она закладывает основы для глубоких системных преобразований с целью перехода к экономике новой формации при минимизации нагрузки на окружающую среду. Кроме того, в 2015 году Казахстан в рамках Парижских соглашений присоединилась к борьбе с изменениями климата. В этой связи, страна предпринимает активные шаги, направленные на развитие ВИЭ.

По данным министерства энергетики, сегодня в Казахстане действует 133 объекта возобновляемых источников энергии: 48 ветровых электростанций мощностью – 1107,5 МВт; 43 солнечных электростанций мощностью – 1148 МВт; 39 гидроэлектростанций мощностью – 269,605 МВт; 3 объекта биогазовых электростанций мощностью – 1,77 МВт. Их общая установленная мощность превышает 2,5 ГВт. По итогам 1 полугодия 2023 года объем электроэнергии, выработанный объектами возобновляемой энергетики, составил 3,35 млрд кВт/ч.

В Казахстане есть значительный потенциал для развития возобновляемых источников энергии. В большей степени это гидро-, ветро- и солнечная энергия. Согласно данным Организации Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО), предполагаемый потенциал малой гидроэнергетики в РК составляет 4800 МВт для электростанций мощностью до 35 МВт и 2707 МВт для мощностей менее 10 МВт. Что касается годовой выработки, общий потенциал малой гидроэнергетики оценивается в 65 млрд кВт/ч.

Наибольшие перспективы в развитии ГЭС существуют в южных областях республики. На горных реках южного региона сосредоточено около 65% гидроэнергоресурсов. Очевидным преимуществом развития небольших ГЭС является сравнительно недорогая себестоимость производимой энергии и экологичность. Строительство каскадов ГЭС позволяет осуществлять поэтапный ввод мощностей, не дожидаясь завершения строительства в полном объеме, что значительно повышает скорость получения первых прибылей от вложений капитала.

Казахстан расположен в ветровом поясе северного полушария планеты Земля, поэтому он обладает огромным ветровым потенциалом, по оценкам экспертов составляющим более 1820 млрд кВт/ч. По данным министерства энергетики РК, до 2030 года планируется рассмотреть вопрос строительства ветростанций в 46 регионах республики суммарной мощностью более 1 млн кВт/ч.

Исследования ветроэнергетического потенциала по регионам Казахстана, проведенные в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показывают наличие хорошего ветрового потенциала для строительства ВЭС в Южной зоне (Алматинская, Жамбылская области, ЮКО), в Западной зоне (Мангистауская и Атырауская области), в Северной зоне (Акмолинская область) и Центральной зоне (Карагандинская область).

Кроме ветра просторы Казахстана богаты и солнечным светом, особенно южные и юго-западные районы. По оценке CADGAT (Группа по сбору и анализу данных в Центральной Азии – прим. ред.), потенциал солнечной

фотоэлектрической энергии составляет 6684 ТВтч/год. При 2200–3000 часов солнечного света в год солнечная радиация составляет 1200–1700 кВт/куб. м. Валовой, технический и экономический потенциал солнечной энергии оценивается в 1 млрд ГВт/ч, 1 млн ГВт/ч и 10 ГВт/ч соответственно.

Другими альтернативными источниками энергии для Казахстана могут стать биогазовые технологии, переработка твердо-бытовых отходов, Каспий может стать поставщиком энергии волн, энергии приливов и отливов.

В Узбекистане строятся солнечные и ветряные электростанции

По оценкам Международного энергетического агентства и Европейской экономической комиссии ООН, в Узбекистане совокупный потенциал ВИЭ для производства электроэнергии составляет 2 091 млрд кВт/ч (в 30 раз выше годового потребления). В последние годы уделяется большое внимание этой сфере в развитии имеющегося потенциала.

Узбекистан, как страна, в которой порядка 320 дней в году солнечные, обладает наиболее высоким потенциалом именно в развитии солнечной энергетики, общий потенциал которой составляет 2 058 млрд кВт/ч. Наибольшим потенциалом в этом направлении обладают Сурхандарьинская, Бухарская и Кашкадарьинская области.

В Узбекистане также имеется высокий потенциал ветряной энергетики в северо-западной и юго-западной частях республики, валовый потенциал которой, по различным оценкам, может составлять до 4 090 млрд кВт/ч, технический - более 9,9 млрд кВт/ч.

Следует отметить, что развитию «зеленой» энергетики в стране уделяется особое внимание. В частности, за последние 4-5 лет было подписано 21 соглашение с международными компаниями о строительстве солнечных и ветряных электростанций общей мощностью 7047 МВт и 5 контрактов на транспортировку электроэнергии, произведенной для собственных нужд, общей мощностью 2030 МВт. В целях обеспечения реализации этих проектов президентом Республики Узбекистан было подписано 15 указов.

В настоящее время реализуются 19 проектов в области солнечной энергетики общей мощностью 3977 МВт и 7 ветроэлектростанций общей мощностью 3100 МВт. Стоимость этих проектов составляет более $9 млрд, и все они будут реализованы иностранными компаниями за счет прямых инвестиций. В 2023-2024 годах будут введены в эксплуатацию 7 солнечных и ветряных электростанций общей мощностью 2797 МВт, в том числе в г. Шерабаде Сурхандарьинской области, г. Галляарале Джизакской области, г. Каттакургане Самаркандской области, Томдинском районе Навоийской области, Юкори-Чирчикском районах Ташкентской области, а также в Кашкадарьинской, Бухарской и Наманганской областях.

В 2025 году в Пешкинском и Гиждуванском районах Бухарской области будут введены в эксплуатацию 2 ветроэлектростанции мощностью по 500 МВт каждая, а в 2026 году в Республике - 4 ветроэлектростанции общей мощностью 1600 МВт.

Следует отметить, что в результате планомерной работы к 2026 году в Узбекистане начнут работать солнечные и ветряные электростанции общей мощностью более 8000 МВт, гидроэлектростанции мощностью 868 МВт.

Таджикистан занимает 6 место в мире по производству «зеленой» энергии

Таджикистан обладает огромным потенциалом в области гидроэнергетики, самым высоким среди стран региона. Запасы гидроэнергетических ресурсов в республике оцениваются в 527 млрд кВт/ч в год. 98% электричества в Таджикистане производится на ГЭС. По производству «зеленой» энергии страна занимает шестое место в мире.

За последние 30 лет Таджикистан построил и модернизировал 287 больших и малых ГЭС, 50 подстанций, а также реконструировал 75% энергетической инфраструктуры. При этом солнечная и ветровая энергетика в республике почти не развивается, но планируются шаги в этом направлении, также как и в области геотермальной энергии и биоэнергетики.

В Кыргызстане имеется большой потенциал для водородной энергетики

Эксперты считают, что Кыргызстан имеет уникальные условия для использования «зеленых» технологий. Ежегодный потенциал возобновляемых источников энергии страны оценивается в 5000 млн кВт/ч на водных объектах, более 490 млн кВт/ч – на солнечных, и 45 млн кВт/ч – на ветровых.

По гидроэнергетическим запасам Кыргызстан занимает второе место после Таджикистана, но потенциал задействован лишь на 10%. На случай засухи страна, также зависящая от ГЭС, нуждается в развитии других типов альтернативных источников энергии. По заявлению властей, республика ими обладает, так что это лишь вопрос времени, в первую очередь необходимо привлечь инвестиции. В Иссык-Кульской области строится первая в стране ветровая электростанция мощностью 100 МВт, там же начали строить первую солнечную электростанцию мощностью 300 МВт. В январе 2022 года Кыргызстан договорился с Казахстаном и Узбекистаном о совместном строительстве Камбаратинской ГЭС-1 – при успешном завершении она станет крупнейшей электростанцией в республике.

Согласно данным ЕАБР, для Кыргызстана с его высоким гидроэнергетическим потенциалом существует еще одна «зеленая» энергетическая возможность – водородная энергетика. Снизить расходы на производство «зеленого» водорода можно, разместив производственные мощности рядом с гидроэлектростанциями КР, где относительно недорогая гидроэлектроэнергия в ценовом коридоре 2–2,3 цента за кВт/ч. Водород, полученный с помощью электролиза воды на основе ВИЭ, классифицируется как «зеленый», этот процесс не наносит ущерба экологии благодаря отсутствию выбросов углекислого газа.

Туркменистан планирует запустить производство солнечных панелей

Туркменистан занимает лидирующие позиции в ЦА по экспорту газа и электроэнергии, которую производит в основном из природного газа. В прошлом году была утверждена президентская программа социально-экономического развития Туркменистана в 2022–2028 годах, в ее рамках республика нацелилась на широкое внедрение ВИЭ в будущем, включая планы по запуску внутреннего производства солнечных панелей.

Турецкая компания Çalik Enerji Sanayi ve Ticaret A.S построит к 2024 году в Туркменистане гибридную солнечно-ветряную электростанцию мощностью 10 МВт. Кредит на строительство электростанции размером $25 млн был предоставлен фондом развития Абу-Даби. В прошлом году Туркменистан договорился с Masdar о строительстве солнечной фотоэлектрической станции мощностью 100 МВт. Также власти республики планируют инвестировать в водородный сектор.

В условиях продолжающегося энергетического кризиса развитие возобновляемой энергетики поможет центральноазиатским странам удовлетворить растущий спрос на энергию, а также избежать негативного воздействия от использования ископаемого топлива на окружающую среду.

Очевидно, что человечество всерьез настроено как минимум попробовать обойтись без углеводородов. По прогнозам экспертов, себестоимость возобновляемых источников энергии и, в первую очередь, электроэнергии от солнца и ветра к 2040 году существенно упадет: в большинстве районов ее производство начнет дешеветь по сравнению с добычей газа к 2030 году. Это произойдет за счет форсированного развития технологий и, соответственно, снижения стоимости чистой энергии.

В результате «зеленая» энергия становится не только экономически жизнеспособной, но и предпочтительным вариантом развития. Поскольку население мира продолжает расти, постоянно растет спрос на энергию, и возобновляемые источники являются ответом на обеспечение устойчивых энергетических решений.