«Дайте свет!»: почему энергосистемы мира не справляются с жарой и энергопереходом
Жизнь без интернета и светофоров
Нынешнее лето вновь бьет температурные рекорды. По данным европейской Службы по изменению климата «Коперник», 21 июля стал самым жарким днем в мире за всю историю наблюдений — средняя температура на планете достигла 17,1 °C. Среди прочего это приводит к глобальному повышению нагрузки на электросети, которые с этой нагрузкой не справляются. В крупных городах Европы, Америки и Азии в июне и июле из-за отключений электричества разворачивались почти постапокалиптические сценарии. Выключались светофоры, застревали лифты, не работали интернет и кондиционеры, транспорт останавливался, магазины переставали работать. «Вся энергетическая система была построена и спроектирована в одну климатическую эпоху, а теперь ее просят работать в другую, — сказал в комментарии для Bloomberg Майкл Уэббер, профессор энергетики из Техасского университета в Остине. — Это означает, что в любой момент все может пойти не так». И, похоже, уже пошло.
Одно из богатейших в мире государств, Кувейт, уже фактически становится непригодным для жизни. Это одна из самых жарких стран на планете, средняя температура летом там составляет 44 °C. Из-за жары, пишет Bloomberg, птицы падают замертво, а бездомные кошки и собаки погибают от обезвоживания. Электрические сети страны не могут обеспечить бесперебойную работу из-за крайне высокого спроса — люди пытаются охладить свои дома и офисы с помощью кондиционеров, и чем жарче, тем значительнее возрастает нагрузка. При этом даже кратковременные отключения электроэнергии в стране могут вызвать вспышки смертей из-за тепловых ударов.
Другие, но не менее страшные, последствия климатических изменений в виде ураганов и наводнений также приводят к отключениям электроэнергии во время волн жары. В Техасе более 300 000 человек остались без электричества после урагана «Берил» — у них не было доступа к кондиционированию, когда за окном стояла 34-градусная жара. На пике нагрузки в этом регионе США без электроэнергии остались более 2,3 млн человек, но даже спустя неделю работу сетей не удалось восстановить до конца. Из-за урагана погибли 22 человека, а еще 11 — из-за перегрева вследствие отключения электроэнергии. В Сан-Франциско, где также участились отключения электроэнергии, были созданы центры охлаждения, чтобы люди не погибали из-за тепловых ударов: это общественные места, где работу кондиционера обеспечивают генераторы. Сейчас работают два таких центра (один из них для пожилых), и они открыты каждый день.
В Эквадоре за первую половину 2024 года произошло более 10 масштабных отключений электроэнергии, а на главной гидроэлектростанции страны было обнаружено более 7000 трещин — конструкция не справляется с возрастающей нагрузкой. Электричество на несколько часов исчезло по всей стране, а министра энергетики в итоге отправили в отставку «за саботаж».
В Мексике более 70 000 человек две недели оставались без воды — водяные насосы были отключены для экономии электроэнергии. Местные фермеры должны были тратить до 50 000 песо (около $2700) в день на топливо для генераторов для работы доильного и холодильного оборудования. Страдают в Мексике не только фермеры, но и крупный бизнес — отключения электроэнергии коснулись местного завода Volkswagen.
В Египте из-за жары умерли как минимум девять человек, во многом из-за того, что у них не было доступа к кондиционерам: в некоторых городах Египта температура достигала 49 °C в тени. В Ираке, где в летнюю жару власти проводили плановые отключения электричества по 10 или больше часов в день, люди вышли на массовые уличные протесты.
Перебои в работе энергосистем затронули и Европу. Без света и кондиционеров остались около 4 млн человек в четырех странах Балканского полуострова, включая Хорватию, Черногорию и Албанию, которая пользуется гидроэлектростанциями, уязвимыми для жаркой и сухой погоды. Кроме того, в регионе резко возросло потребление электричества при температуре в районе 40 °C, что привело к сбоям в работе одной системы за другой. В Испании температура достигает 42 °C, а в Париже ожидается повышение до 35 °C, что делает посещение города во время Олимпиады небезопасным для здоровья.
Почему энергосети не выдерживают?
Страны недостаточно инвестируют в энергосистемы — превентивных мер по обеспечению бесперебойной работы практически нет. Об этом говорят и сами представители государств: «Никто не понимал важность превентивных мер, — сказал Bloomberg Фуад Аль-Оун, бывший чиновник Министерства электроэнергии и воды Кувейта. — Мы должны были планировать на годы вперед». Недавно выигравшая президентские выборы в Мексике Клаудия Шейнбаум, климатолог с докторской степенью в области энергетики, пообещала выделить $13,6 млрд на развитие возобновляемых источников энергии, газовых электростанций и новых линий электропередач. Но, по оценкам Bloomberg, это меньше половины из $38 млрд, необходимых для удовлетворения растущего спроса в течение следующих пяти лет. Похожая ситуация на Балканах: в 2019 году была запущена линия электросетей между Италией и Черногорией стоимостью $1,3 млрд, но ее мощность уже считается недостаточной, и нужны инвестиции в новую линию.
Климатические изменения, пишет Bloomberg, приводят к сбоям в подаче электричества по нескольким причинам: экстремальная жара ведет к росту потребности в охлаждении помещений, одновременно приводя к перегреву оборудования и создавая риски пожаров.
При этом только в США с 1980-х годов количество отключений электроэнергии увеличилось в 10 раз, в основном из-за старения электрической сети и ущерба, нанесенного сильными штормами, происходящими из-за климатических изменений.
«Отключения электроэнергии происходят, когда не вырабатывается достаточно энергии для обеспечения спроса или когда она вырабатывается, но ее не удается доставить, — сказал турецкому изданию Anadolu Ян Добсон, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Университете штата Айова. — Полное отключение электричества в развитых странах происходит редко, но имеет масштабные последствия. Волны жары увеличивают напряжение в сети, потому что потребители активнее используют кондиционеры. Но и жара сама по себе приводит к тому, что компоненты сети (такие как линии электропередач и трансформаторы) работают с пониженной эффективностью или выходят из строя».
Изменения климата приводят в том числе к таянию ледников, что, в свою очередь, ограничивает количество воды, доступное для гидроэнергетики и охлаждения электростанций. Это уже происходит в Замбии — в стране слишком низкий уровень воды в плотинах на гидроэлектростанциях. Правительство было вынуждено ограничить подачу электроэнергии до 12 часов в день.
По словам исполнительного директора экологического проекта «Земля касается каждого» Владимира Чупрова, помимо аварий самого разного типа, важным фактором, влияющим на надежность энергоснабжения, является рост потребления электроэнергии во всем мире. «Наряду с другими драйверами на этот рост влияет энергопереход, о котором так много говорят на климатических конференциях, — считает эксперт. — Отказ от ископаемой энергетики означает электрификацию основных секторов экономики, причем во многом за счет возобновляемой энергетики».
Евгений Кузнецов, генеральный директор венчурного фонда Orbita и эксперт по вопросам климата, тоже отмечает, что у авральных отключений две основные причины: «Первая — резкий рост климатических аномалий, которые вызывают незапланированные всплески потребления на охлаждение или обогрев. Вторая — изменение структуры энергопроизводства и энергопотребления, структуры энергосети из-за резкого появления множества новых источников энергии и резкого роста новых типов потребления». Он уточняет при этом, что доминирует сейчас именно первая причина.
Электрические сети, действительно, были построены не для современного климата, указано на сайте организации Climate Central. Сейчас электричество в основном передается и распределяется через наземные трансформаторы, электропровода и столбы электропередач, которые подвергаются воздействию экстремальных погодных условий, таких как сильный ветер, ливни, обледенение, молнии и жара. Даже в районах, где линии электропередач находятся под землей, к потере электроэнергии может привести наводнение.
Евгений Кузнецов согласен, что с каждым годом риск и масштабы климатических изменений будут только нарастать: «Энергосистемы проектировались в значительно более комфортные периоды, — отмечает он. — Зимой добавляются аномальные холода в регионах, в которых их раньше не было, — и да, это тоже связано с глобальным потеплением — полярные вихри стали прорываться на юг из-за роста турбулентности воздушных потоков, а летом возникают крупные пожары. Нет никаких причин ждать, что все наладится, — число природных аномалий растет по экспоненте последнее столетие».
Что можно сделать, чтобы исправить ситуацию?
Снизить нагрузку на электросети поможет использование возобновляемых источников энергии— солнечных панелей или ветряных турбин, считает Владимир Чупров. Тепловые насосы также требуют значительно меньше энергии, чем классические системы кондиционирования воздуха, так же хорошо охлаждают помещения и помогут сэкономить деньги на счетах за электроэнергию.
Эксперты Climate Central уверены, что наиболее значимым действием по замедлению темпов потепления должно стать быстрое сокращение выбросов углекислого газа. Именно это, утверждают климатологи, может облегчить растущую нагрузку на электросети и дать больше времени для адаптации энергосистем к меняющемуся климату. Сжигание большего количества угля или нефти для борьбы с отключениями электроэнергии только увеличивает выбросы, говорят они, создавая порочный круг, который приводит к большему количеству волн жары и создает дополнительную нагрузку на сети.
Евгений Кузнецов говорит, что структура производства энергии меняется: «Доля возобновляемых источников энергии с их специфическим профилем генерации возрастает. В перспективе это будет смягчено аккумуляторными системами, но их установка запаздывает. Прогнозировать пики становится сложнее, — считает эксперт. — Требуется фактическое перепроектирование и переделка региональных и национальных энергосистем. Сейчас в мире это становится все более важной инвестиционной и индустриальной задачей. Этот переходный период займет не один год, и даже не одно десятилетие, и все это время число сбоев и внеплановых перегрузок может расти».
Система также должна прогнозировать и реагировать на изменения в спросе на энергию. Одной из частей решения являются технологии интеллектуальных сетей, которые используют подключенные к интернету датчики в различных частях сети для сбора гораздо более подробных данных о том, насколько хорошо работают эти части. Эти данные в режиме реального времени могут помочь коммунальным службам быстро и превентивно решить потенциальные проблемы, прежде чем они станут широко распространенными. Кроме того, в краткосрочной перспективе, чтобы помочь избежать отключений, энергетические компании могли бы просвещать клиентов о том, что вызывает перебои, или даже мотивировать сокращать использование электроэнергии во время волн жары.
По мнению Чупрова, один из возможных путей предотвращения проблем — это точность метеорологического прогнозирования, которая позволяет маневрировать разными источниками энергии в зависимости от того, какой из них в данный момент эффективнее и надежнее. «Вторая стратегия, — говорит эксперт, — это развитие сетей и всего, что связано с возможностью обеспечивать переток мощностей. А третья — это развитие технологий накопления, в том числе химических накопителей на основе литиевых, а в перспективе — более дешевых, например натриевых, аккумуляторов. Потенциально они могли бы кардинально снизить расходы на бэкап-системы для обеспечения предприятий электроэнергией».
Что касается глобальных решений: исследователи обнаружили, что мировую протяженность электросетей необходимо увеличить до 111 млн км (практически вдвое), чтобы удовлетворить растущий спрос — это почти три четверти расстояния до Солнца. По подсчетам экспертов Bloomberg, глобальный спрос на электроэнергию увеличится вдвое уже к 2038 году. Цена капитального ремонта и удлинения сетей для его удовлетворения составит около $24,1 трлн — сейчас глобальные инвестиции в год составляют около $370 млрд.
Кроме того, помимо строительства новых участков электросетей, для обеспечения безопасности необходимо обновлять имеющиеся участки, а также инвестировать в посадку деревьев и создание дополнительных зеленых зон в городах, чтобы снижать температуру.
Альтернатива для России
Спрос на электроэнергию в южных регионах страны растет, как и во всем мире, а вместе с этим значительно увеличивается нагрузка на электросети. 16 июля энергетики зафиксировали исторический рекорд потребления электричества на юге России. Однако связывают это не только с жаркой погодой и использованием кондиционеров, но и с другими факторами, такими как традиционный сезонный наплыв туристов. Кроме того, в тот же день несколько регионов страны остались без электричества из-за сбоя на Ростовской АЭС.
Первые отключения начались еще в начале лета — в июле без электричества остались около 600 000 человек в Краснодарском крае, Астраханской области, Ростовской области и Республике Адыгея. 6 июля на территории Ростовской области был введен график временного отключения потребления, чтобы избежать аварий на линии. Аналогичные меры были приняты в Крыму и Краснодарском крае. Температура на юге вторую неделю достигает 40 °C — из-за отсутствия доступа к электричеству и кондиционированию в Краснодаре и Анапе местные жители даже вышли на улицы в знак протеста: они частично перекрыли движение и скандировали «Дайте свет!».
Владимир Чупров отмечает, что для России фактор энергоперехода пока не является значимым. По его мнению, на юге страны, где основной причиной перебоев с электроснабжением являются «жара, помноженная на девелоперскую активность» (в регионе в последнее время активно строилось новое жилье, которое нужно кондиционировать), солнечная энергетика во многом помогла бы решить проблему адаптации энергетических систем.
Екатерина Артеменкова, старший консультант группы аналитики в электроэнергетике Kept, рассказывает, что такая ситуация наблюдается не первый год: «Южный регион уже на протяжении многих лет испытывает дефицит, и здесь активно развертывается масштабное строительство и электростанций, и сетевого комплекса, но и этого все еще остается недостаточно для того, чтобы свет горел всегда».
Дмитрий Жарский, партнер экспертной группы Veta, указывает на несколько ключевых проблем электросетевой инфраструктуры, характерных для России: «Электросети подвержены физическим повреждениям от участившихся экстремальных погодных явлений, таких как лесные пожары, а так как у нашей страны значительная территория, региональные различия в климатических воздействиях еще больше могут усложнять разработку единой стратегии повышения устойчивости электросетей». Он уточняет, что для решения проблемы устойчивости энергосистем в России потребуются значительные инвестиции в модернизацию инфраструктуры электроэнергетики, а также меры стимулирования потребителей к использованию энергосберегающих приборов. Однако, говорит эксперт, очевидная сложность заключается в дороговизне таких проектов длиной окупаемости, что может тормозить реализацию этого сценария.
Екатерина Артеменкова говорит, что одной из мер может стать изменение подхода к энергетическому планированию: «Существующие механизмы и регулирование обеспечивают наращивание мощностей в энергосистеме под прогнозный рост спроса существующих потребителей или конкретную заявку на технологическое присоединение. Эти меры не обеспечивают развитие энергетики с запасом на опережающее развитие. Формируются предпосылки к введению дифференцированного подхода по энергопланированию по регионам: например, введение нормативных запасов для энергетического комплекса в экономически быстро развивающихся регионах и с малыми запасами резервов мощностей».
Ольга Лакустова, директор фонда «Зеленая миссия», говорит, что решить эту проблему возможно только с подключением альтернативных источников электроэнергии: «В России энергия генерируется в основном за счет ископаемого топлива. Увеличение объемов такой генерации только вредит экосистеме, увеличивая количество выбросов СО2, что в свою очередь провоцирует глобальное потепление. То есть мы имеем замкнутый круг: чем выше потребление — тем острее проблема».
В России есть свои особенности, уточняет эксперт: «Солнечная энергия рассматривается как один из вариантов решения, но использовать ее в больших объемах просто невозможно, особенно в регионах с маленьким количеством солнечных дней в году. Например, в Краснодаре солнечная энергия вполне может использоваться, а в Санкт-Петербурге — нет». Еще одним вариантом альтернативного источника энергии, говорит Ольга, выступают водоросли. Сейчас начинают появляться проекты по выращиванию водорослей, которые могут использоваться как биотопливо: «Такие фермы могут поглощать большое количество СО2 в процессе своего роста, примерно в 100 раз больше, чем лесные массивы. Разработки в этой области только начинаются, но это именно то направление, на которое следует обратить внимание, потому что при относительно небольших затратах мы можем получить универсальное экологичное топливо, которое в процессе роста еще и поглощает СО2, а не вырабатывает углекислый газ».
Чупров считает, что для России было бы хорошим решением развивать ветровую и солнечную генерацию. Он отмечает, что солнечные панели на юге могли бы обеспечить энергией небольшие города. «Это не хуже бензиновых генераторов, которые сегодня используют многие домохозяйства, — говорит эксперт. — Возможно, использование альтернативных возобновляемых источников энергии не решило бы проблему на 100%, но это обеспечило бы значительный вклад в ее решение и позволило бы обеспечить людей энергией при прохождении пиков нагрузки».