10 августа 2020

В летней школе МИФИ рассказали о перспективах возобновляемых технологий

МИФИ Энерговыработка в Великобритании за один и тот же период 2015—2017 годов МИФИ

Летняя школа по моделированию проходит в МИФИ с 2016 года. Каждый год два десятка иностранных студентов и аспирантов приезжают в Россию, чтобы научиться основам расчетов реакторных установок. В 2020 году из-за сложной эпидемиологической обстановки все лекции и семинары проводились удаленно. Такой режим работы позволил значительно расширить состав лекторов и провести насыщенную пленарную сессию, посвященную статусу атомной энергетики и будущему моделирования реакторных установок.

Ежедневно к онлайн-­занятиям подключались слушатели из Норвегии, Великобритании, Польши, Италии, Германии, Турции, Франции, Бангладеш, Белоруссии, Египта, Алжира и России. С 2018 года школа проходит при поддержке Университета прикладных наук Западной Норвегии.

«Хорошо известно, что уровень производства электроэнергии в стране или регионе — ключевой фактор прогресса в любых других отраслях, от сельского хозяйства до качества жизни в целом», 

— начал свой доклад И. Пиоро. За два часа лектор подробно рассказал об энергетической картине мира, ее взаимосвязи с общим развитием страны или региона, а также обозначил место, которое занимает в мире атомная энергетика.

На первых слайдах своей презентации профессор И. Пиоро показывает таблицу со списком стран, ранжированных по значению индекса человеческого развития (ИЧР). Разработанный в 1990 году ИЧР — стандартный инструмент для сравнения уровня развития стран и регионов. При рассчете ИЧР учитываются три показателя: ожидаемая продолжительность жизни, уровень грамотности населения и уровень жизни, оцененный через валовой национальный доход. В тройке лучших — Норвегия, Швейцария и Австралия. Замыкают рейтинг африканские страны: Сьерра-­Леоне, Бурунди и Нигер.

Помимо ИЧР для каждой страны в таблице указано количество произведенной электроэнергии на душу населения. Одного взгляда на таблицу достаточно, чтобы связать объемы произведенной электроэнергии с уровнем жизни в стране. В то время как лидирующие по ИЧР страны производят миллионы и сотни тысяч гигаватт-­часов электроэнергии, такие страны, как Южный Судан и Чад, генерируют лишь несколько сотен.

Электрическая энергия может быть произведена из невозобновляемых источников, таких как уголь, природный газ, нефть и атомная энергия; а также из возобновляемых источников (ВИЭ) — это ветровая, солнечная и геотермальная энергия, гидроэнергия, а также энергия из биомассы. Основные источники производства электроэнергии в мире — это уголь, природный газ, гидро- и атомная энергия. Остальные источники заметны только на национальном уровне в некоторых странах. Кроме того, ВИЭ, такие как ветер и Солнце, ненадежны для промышленного производства электроэнергии, поскольку они представляют собой явления природы. Кроме того, относительные затраты на производство электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ, за исключением крупных гидроэлектростанций, могут быть значительно выше, чем при производстве энергии из невозобновляемых источников.

Распределение источников энергии в общей картине в среднем по всем странам мира за последние семь лет в основном осталось прежним: 39% — уголь, 23% — газ, 16% — гидроэнергия, 10% — атомная энергия. Остальные источники — ветровая, солнечная, геотермальная, приливная энергия (6,6%) и другие — дают не более 12% электроэнергии.

Интересно проследить, как менялась энергетическая политика различных стран. К примеру, Китай за семь лет на 15% сократил количество угольных станций, заменив их атомными, газовыми, ветряными и солнечными. Удивительно, что в 2013 году суммарная доля ветряной и солнечной энергетики в Китае не превышала 1%, а спустя семь лет она выросла до значительных 9%.

Также поразителен прогресс Великобритании, которая смогла менее чем за 10 лет снизить долю угольной энергетики с 35% до 4%, развив атомную энергетику и ВИЭ. Среднегодовая доля ВИЭ в Великобритании — 25%, но, в отличие от атомной энергетики, солнечные и ветряные станции не могут работать на полную мощность постоянно. Так, в январе 2017 года из-за неблагоприятных погодных условий ветряные и солнечные станции сгенерировали всего 4% электроэнергии в стране; для их замещения были вновь запущены некоторые угольные станции (см. График). «Энергетическая политика должна включать совместное использование разных источников с минимальным негативным влиянием на окружающую среду» — таков основной тезис профессора И. Пиоро, к которому он несколько раз возвращался.

При планировании энергетической политики следует учитывать эффективность различных источников в зависимости от природных условий. Было доказано, что на территории США строительство ветряных станций целесообразно только в небольшой части центрального региона страны, в то время как большие солнечные электростанции имеет смысл строить в юго-западных штатах. «Более эффективно использовать небольшие солнечные энергетические панели на крышах домохозяйств, чем строить крупные солнечные станции» — утверждает И. Пиоро.

Эффективность электростанций характеризуется отношением генерируемой мощности к установленной за определенный период. В США в 2018 году энерговыработка на всех АЭС составила 92% от установленной мощности. При этом эффективность других источников была существенно ниже: 54% от установленной мощности произвели угольные станции, 45% — гидроэлектростанции, 37% — ветряные и от 12 до 22% — солнечные.

Лектор продемонстрировал несколько графиков, на которых отображена суточная энерговыработка в Онтарио (канадской провинции, где живет и работает И. Пиоро) в зависимости от источника энергии. Только атомные станции работали на уровне 90% (в некоторые дни — на 100%) от установленной мощности. Данные по установленной мощности в Онтарио свидетельствуют о значительной диверсификации источников: 38% — атомная энергия, 29% — газ, 25% — гидроэнергия и 8% — ветровая энергия и биотопливо. При этом реальные данные по энерговыработке, полученные в конце 2015 года, показывают немного другую картину: на атомных станциях было произведено 60%, на гидроэлектростанциях — 24% и только 16% — на газовых, ветряных и солнечных станциях. Это пример успешного совместного использования различных источников энергии, при котором АЭС постоянно обеспечивают базовый суточный спрос на электроэнергию, а остальные источники используются для удовлетворения пиковых нагрузок.

«Какую энергетическую стратегию можно назвать лучшим решением для стран и отдельных регионов? Одновременное использование различных источников энергии для обеспечения устойчивости» — резюмирует профессор И. Пиоро.