Энергия нагрева

Доклад «Адаптируя энергетический сектор к климатическим изменениям» (Adapting the Energy Sector to Climate Change) на многочисленных примерах разбирает воздействие участившихся в последние годы экстремальных природных явлений (ураганов, наводнений, засух) на традиционную тепловую, атомную и возобновляемую энергетику, а также на электрические сети.

«Антропогенное изменение климата – один из самых сложных вызовов, с которыми сталкивался мир, – говорится в предисловии к исследованию. – Несмотря на то, что в степени грядущих глобальных изменений и вариантах их развития в различных регионах планеты остаётся доля неопределённости, в большинстве глобальных и региональных климатических моделей прогнозируются изменение температур, количества осадков, повышение уровня моря и различные экстремальные природные явления. Эти изменения уже повлияли на инфраструктуру атомной энергетики и на энергетический сектор в целом, и этот эффект будет только возрастать – параллельно с увеличением выбросов углекислого газа».

В качестве подтверждения этого тезиса авторский коллектив приводит статистические данные:

Статистика засух и наводнений с 1977 по 2017 год

Изменения температуры земной поверхности по годам

«Рост глобальных и региональных среднегодовых температур влияет на количество атмосферных осадков, их распределение по временам года, повышение уровня моря, а также на характеристики экстремальных природных явлений, повышая частоту, интенсивность, продолжительность и масштабы засух, штормов, наводнений и циклонов, – говорит системный аналитик МАГАТЭ Лорета Станкевичютэ (Loreta Stankeviciute). –Систематизация и анализ этого воздействия, последовательная адаптация энергосектора к нему сделает энергоснабжение более надёжным».

Тепловые электростанции: термическая неэффективность

Воздействие климатических изменений на тепловые электростанции выражается в снижении их общей термической эффективности из-за повышения среднегодовых температур, а также в нагревании и высыхании близлежащих охладительных водоёмов. В качестве альтернативы МАГАТЭ предлагает повторно использовать технологическую воду (замкнутые системы водооборота) или более дорогие технологии сухого охлаждения.

Что касается ураганов, наводнений и засух, здесь воздействие может быть куда более значительным, а методы защиты от них – дорогостоящими.

Затопление нефтеналивного терминала в Техасе. Последствия урагана «Харви». Август 2017 года

Возобновляемая энергетика: акцент на оценку ресурсов

Возобновляемая энергетика критически важна с точки зрения декарбонизации электросистемы и смягчения последствий антропогенного изменения климата, полагают авторы документа. Однако пока на ВИЭ приходится не более 25% от мировых генерирующих мощностей, при этом 16% составляет гидроэнергетика и около 5% – солнечные (СЭС) и ветровые электростанции (ВЭС) вместе взятые.

Уязвимость гидроэнергетики заключается в изменении уровня речной воды и температуры из-за глобального потепления. Проточные ГЭС дешевле в строительстве, но более подвержены таким рискам.

Ресурсная база ветровых электростанций также оказывается под сильным воздействием температурных изменений: низкая плотность воздуха, обусловленная высокими среднегодовыми температурами, приводит к снижению выходной мощности ВЭС.

Единственное доступное решение проблемы – совершенствование методов оценки ветровых ресурсов.

«Учёт случайных изменений в энергетическом планировании и установка достаточных резервных мощностей – основные варианты адаптации, – пишут авторы доклада. – Постепенное изменение погоды, в частности околоземной влажности, повлияет на частоту обледенения лопастей как наземных, так и морских ВЭС. Средством частичного решения проблемы может стать изменение конструкции лопастей или система внутреннего отопления».

Аналогичная ситуация с солнечной энергетикой. Изменение климата влияет на облачность и инсоляцию различных регионов, а следом и на производство солнечной энергии на расположенных в этих регионах СЭС. По мнению экспертов, эффективным решением в таком случаем могут быть солнечные электростанции концентрического типа. В таких установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч света и нагревает рабочую жидкость, приводящую в движение генератор. Другие возможные варианты – применение новых материалов поверхности на фотоэлектрических панелях, лучше усваивающих рассеянный свет, трекинговых систем, меняющих положение панелей в зависимости от времени суток, а также повышение ёмкости энергохранилищ.

«Повышение среднегодовых температур повышает производительность солнечных нагревательных систем (особенно в холодных регионах), но снижает эффективность фотовольтаической конверсии. Это снижение прогнозируется на уровне 0,5% для кристаллического кремния и тонкоплёночных модулей, однако в среднем последние эффективнее», – пишут эксперты МАГАТЭ.

Атом: альтернативное охлаждение

Авторы доклада ожидаемо отмечают позитивный вклад атомной отрасли в обеспечение чистой и надёжной электроэнергией. В 2018 году суммарные мощности АЭС в мире выросли на 61 ТВт∙ч и составили 2563 ТВт∙ч. В мире строится более полусотни реакторов, ещё пять находятся в стадии подготовки к строительству. Атомные электростанции в меньшей степени подвержены последствиям экстремальных природных явлений, хотя в последние годы число таких явлений вблизи АЭС увеличилось, как видно из таблицы:

По заключению МАГАТЭ, самое значительное воздействие климатических изменений на атомную энергетику сводится к небольшой потере термической эффективности, а также к нагреванию и высыханию водоёмов-охладителей. Впрочем, в отрасли всё большую популярность набирают альтернативные варианты охлаждения. На АЭС Пало-Верде в Аризоне (крупнейшая генерирующая станция в США) для охлаждения используются переработанные сточные муниципальные воды.

Сетевое хозяйство: борьба с обледенением

Сети – слабейшее звено в цепочке электроснабжения с точки зрения противостояния экстремальным природным явлениям. Половина всех энергопотерь и две трети крупнейших блэкаутов в Северной Америке в 1984–2006 годах были вызваны природными катаклизмами. Диапазон превентивных защитных мер в данном случае широк – от новых инженерных решений до изменений в нормативных актах, регулирующих работу сетей.

Рост среднегодовых температур приводит к повышению электрического сопротивления, а значит, к увеличению потерь в линиях электропередачи. Ещё одно следствие повышения температуры – провисание воздушных линий и ускоренный рост деревьев на участках ЛЭП, что также негативно влияет на стабильность электроснабжения. Эти потери можно компенсировать за счёт новых инженерных решений. С тем же провисанием можно справиться, установив дополнительные опоры и регулярно расчищая прилегающие к ЛЭП участки от растительности. Победить другую напасть сетевиков – обледенения – полностью невозможно, но можно снизить их пагубный эффект за счёт новых изоляционных материалов, систем обогрева и усиления поддерживающих конструкций.

Страновые исследования

Доклад включает результаты трёх страновых исследований, оценивающих уязвимость энергетического сектора Аргентины, Пакистана и Словении. Эти исследования – часть трёхлетнего проекта МАГАТЭ по технико-экономической оценке вариантов адаптации ядерной и другой энергетической инфраструктуры к долгосрочным изменениям климата и экстремальным природным условиям.

В Аргентине ключевые варианты адаптации были определены путём сопоставления потенциальных рисков, связанных с изменением климата, с основными характеристиками национальной энергосистемы. Её главной уязвимостью эксперты назвали нехватку мощностей ГЭС – главного источника энергии в стране.

В словенском кейсе был сделан акцент на смягчении рисков повреждения электросетей, в том числе в результате обледенения, с помощью более точного планирования при строительстве линий.

В случае с Пакистаном эксперты рассчитывали, какое количество дополнительных генерирующих мощностей потребуется стране, чтобы преодолеть последствия глобального потепления. Выводы в данном случае неутешительные – из-за трудной экономической ситуации и слаборазвитой технологической базы внедрение в стране ВИЭ неактуально, а дополнительные мощности на основе ископаемого топлива спровоцируют усиление парникового эффекта.

«Интерес к исследованиям, посвящённым взаимовлиянию климатических изменений и энергетики, растёт с 2010 года, – говорит Лорета Станкевичютэ. – В ближайшие десятилетия отрасли придётся решать двойную задачу – кардинально снижать углеродный след и в то же время повышать надёжность и устойчивость энергопоставок».

Глобальное потепление: тревожные цифры

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата при ООН, с 1880 по 2012 год средняя глобальная температура повысилась на 0,85 °C. Это привело к повышению температуры океанов, сокращению объёма льда и снега и повышению уровня моря на 19 см. С 1979 года объём ледового покрова в Арктическом океане сокращался в каждом десятилетии на 0,45–0,51 млн кв. км.

«С учётом существующей концентрации парниковых газов и их продолжающихся выбросов весьма вероятно, что к концу этого столетия средняя глобальная температура повысится на 1–2 °C по сравнению с уровнем 1990 года и на 1,5–2,5 °C по сравнению с доиндустриальной эпохой», – говорится в оценочном докладе группы.

Потепление отрицательно скажется на урожайности, особенно в слаборазвитых странах Африки, Азии и Латинской Америки, и приведёт к продовольственным проблемам. По данным учёных, к 2080 году число людей, сталкивающихся с угрозой голода, может увеличиться на 600 млн человек.

«Другим важным последствием климатических изменений может стать нехватка питьевой воды. В регионах с засушливым климатом (Центральная Азия, Средиземноморье, Южная Африка, Австралия и т. п.) ситуация ещё более усугубится из-за сокращения количества осадков», – передал ТАСС со ссылкой на экспертов ООН.

Мнения специалистов о последствиях глобального потепления для России разнятся. Однако, по оценке Всемирного банка, ежегодный ущерб страны от воздействия опасных гидрометеорологических явлений, ставших результатом потепления, составляет 30–60 млрд рублей.

Источники: www.un.org, www.forbes.com, tass.ru, www.powerengineeringint.com