Ще може ли зелената енергия да замени природния газ в Европа?

Ръстът на цената на природния газ на борсите поради наложените на Русия санкции като никога изостря въпроса за алтернативните източници на енергия за европейския потребители. Дали наистина слънчевите панели и вятърните електроцентрали могат да станат технологичния отговор на Европа на геополитическите сътресения от последно време?

Европейските политици изключително много харесват възобновяемите източници на енергия не само заради загрижеността си за екологията и климата, но и заради стремежа си Европа да стане независима от руските енергийни носители. Украинската криза многократно засили това желание на Европа, особено след като Русия заяви, че ще продава своя природен газ само за рубли. Наистина ли Европа може да се откаже от използването на природен газ?

Синьото гориво

Идеята за пълна замяна на руския газ с възобновяеми енергийни източници засега не e особено реалистична. През 2020 година ЕС е изразходвал около 16 милиона тераджаула (TJ) газ пресметнато като енергията от неговото изгаряне, като за същото време е произвела малко под 2 милиона TJ. Около 23% от целия внос на газ за ЕС е осигурен от Русия - това е вторият резултат след Норвегия с нейните 25%. Четирите водещи газови потоци са затворени от Украйна (13%) и Беларус (10%), през територията на които преминава руският природен газ.

Алтернативните източници на енергия са в основни линии слънцето, вятърът и биогоривото. Но производството на биогориво изисква посевни площи. Идва ли при бързорастящите цени на хранителните продукти и хляба някой ще реши да засее повече рапица отколкото пшеница. Ето защо погледът пада върху алтернативната електроенергетика.

Според Евростат през 2019 година брутното производство на електроенергия в ЕС е 2900 TWh, от които 22% идват от възобновяеми източници (включително водни). За да заменят получената от руския газ енергия с алтернативно електричество, Европа ще трябва да увеличи производството на възобновяеми източници с 2,4 пъти. Това едва ли ще бъде възможно през следващите 2-3 години.

В същото време съвсем не е достатъчно необходимата енергия само да бъде получена - тя трябва по някакъв начин да достигне до потребителите. Освен това газът се използва не само в газовите електроцентрали (21% от цялото производство на електроенергия в ЕС), но и за отопление, за промишлените предприятия и т.н. Замяната на цялата газова инфраструктура с електрическа ще изисква сериозни разходи.

Това всъщност означава, че през следващите няколко години възобновяемите източници на енергия ще могат донякъде да изтласкат руския газ от пазара, но едва ли ще могат да го заменят.

Какво все пак ще стане в дългосрочен план? Ще могат ли алтернативните източници на енергия да заменят изкопаемите горива, поне при производството на електроенергия?

Като оставим настрана екологията, въглеродния отпечатък и икономическата рентабилност, нека да обсъдим един по-различен въпрос: могат ли възобновяемите източници непрекъснато да осигуряват необходимото количество енергия?

Слънцето и вятърът

Сред някои енергийни скептици е популярен митът, че времето за изплащане на енергията от слънчевите и вятърните генератори (energy payback time) надвишава техния живот. С други думи, през своя технологичен живот те генерират по-малко енергия, отколкото е необходима за тяхното производство. Наистина ли тяхното използване е икономически неефективно и те не са рентабилни?

Това може да е било вярно в първите дни на тази индустрия, но оттогава картината коренно се промени. Така например, според Националната лаборатория за възобновяема енергия на САЩ, слънчевите панели възвръщат вложените в тях инвестиции за от три до четири години при технологичен живот 20-30 години. Това означава, че след третата година тези инвестиции започват да носят дивиденти и имаме налице висока рентабилност и едновременно с това незамърсена планета.

Подобна е ситуацията и с вятърната енергия. Още през 2010 година бе публикуван мета-анализ на 50 проучвания, обхващащи 119 модела на вятърни турбини. Оказа се, че по време на работа на една вятърна турбина се генерира средно от 20 до 25 пъти повече енергия, отколкото е изразходвана за нейното производство. През 2014 година бе публикувана научна работа, която показа, че времето за възвръщаемост на дадените пари за два от водещите модели вятърни турбини възлиза на само от пет до шест месеца.

И така, слънцето и вятърът наистина осигуряват алтернативна енергия. Друг е въпросът дали тази енергия е достатъчна за всички.

Преди година и половина учени от САЩ и Китай се опитаха да дадат отговор на този въпрос на страниците на списание Nature Communications. Те анализираха слънчевите и вятърните ресурси на 42 страни от всички континенти за 39 години наблюдения (от 1980 до 2018 години). След това изследователите изчислиха колко енергия може да се получи от тези ресурси и я сравниха с нуждите от електроенергия на споменатите страни.

Експертите са взели предвид търсенето и производството на този вид електроенергия не средно за годината, а разделно според съответния месец на годината и други фактори. Те са се съобразили с това, че слънчевите панели работят само през деня, но през нощта вятърът е по-силен, че през зимата има по-малко слънце, но повече вятър и т.н.

Експертите са разгледали няколко модела за получаване слънчево-вятърна енергия. В най-опростените от тях енергията не се съхранява и се генерира без излишък. В подобен случай слънцето и вятърът биха могли да осигурят 72–91% (83% средно) от необходимата електроенергия. Тоест, не е е възможно пазарът да бъде задоволен без традиционните енергийни източници.

Във втория модел е добавена възможността за акумулиране на получената енергия в рамките на от 3 до 12 часа. Естествено, това подобрява производителността. Система с 12-часово акумулаторно хранилище може да покрие 83–94% (90% средно) от необходимата електроенергия. В същото време оптималният дял на слънчевата енергия варира значително в различните държави – от 10 до 70%.

Друг начин за задоволяване на търсенето е генерирането с излишък. Ако генерирате 1,5 пъти повече енергия годишно, отколкото ви е необходимо, то тогава дори и в най-лошите случаи тя най-вероятно ще бъде достатъчна за потребителите. Не е изненадващо, че системите от подобен род задоволяват 83-99% (94% средно) от търсенето. А добавянето към това свръхгенериране и 12-часово съхранение в акумулаторни хранилища би направило възможно задоволяването на търсенето с 89-100% или средно с 98%.

Още по-добри резултати могат да бъдат постигнати чрез интегриране на слънчево-вятърни системи на различни континенти. Тогава енергията може да преминава от местата, където има твърде много от нея, към регионите, където тя не е достатъчна. Само че в ерата на геополитическите бури човек може само да мечтае за единна континентална енергийна система.

От друга страна, надеждността на ниво 98% е добра само на пръв поглед. Два процента от незадоволеното търсене са 175 часа без електричество годишно. Да напомним, че стандартите за надеждността на електрическата мрежа в развитите страни позволяват прекъсвания от не повече от два до три часа годишно. За запушването на тази дупка ще са необходими резервни мощности, който през повечето време ще престояват.

Друг важен въпрос е къде може да се акумулира енергията за въпросните 12 часа? Както отбелязват авторите на тази научна работа, само за Германия това са 0,7 TWh, което е над три пъти повече от капацитета на всички произведени към днешен ден литиево-йонни батерии.

Нека обобщим. Делът на слънчевата и вятърната енергия в енергийния баланс на Европа и планетата бързо нараства. Но дори да бъдат изградени огромен брой вятърни и слънчеви електроцентрали, засега няма как да бъде изоставено традиционното производство на електроенергия. Необходими са нови технологии за нейното акумулиране и по-точно по-съвременни батерии за акумулаторните хранилища.

Можем само да се надяваме, че съвсем скоро ще станем свидетели на термоядрената революция преди и последната газова електроцентрала да престане да работи.