Александр Лосев

| Атомный эксперт

Генеральный директор АО «УК „Спутник — Управление Капиталом“» Александр Лосев оценил влияние развития рынка электромобилей в мире на структуры энергетики. И пришел к выводу, что без ядерной энергетики тут не обойтись. Эксперт рассуждает также о спорности прогнозов технологического развития человечества, глобальном изменении климата и ответственности политиков за судьбу планеты.

Человечеству во все времена хотелось заглянуть в будущее, узнать, что находится там, за горизонтами времени, и куда ведет прогресс. К сожалению, предугадать грядущие события и реалии практически невозможно. Намного проще линейно экстраполировать на годы или десятилетия вперед уже существующие тенденции в науке и общественной жизни и «увидеть» будущее, основанное на имеющихся технологиях. Правда, прогнозы, построенные на подобных линейных принципах, иногда бывают весьма забавны.

Например, выдающийся британский ученый в области термо- и электродинамики Уильям Томсон Кельвин за восемь лет до полета первого самолета братьев Райт авторитетно утверждал, что «летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны». А в начале ХХ века жители Парижа и Лондона были всерьез напуганы предсказаниями: в недалеком будущем развитие городов остановится, а качество жизни в них упадет из-за проблем с конским навозом, ведь при существовавших на тот момент в Западной Европе высоких темпах урбанизации ускоренный рост городского населения требовал невероятного количества гужевого транспорта. В перспективе для этого понадобились бы сотни тысяч, возможно, даже миллионы лошадей. Ресурсов для уборки улиц могло бы просто не хватить. Люди были всерьез обеспокоены тем, что первые этажи домов на городских улицах в итоге могут быть погребены под толстым слоем навоза. Не говоря уж о необходимости производства овса и фуражного зерна для лошадиного корма в масштабах, превышающих возможности сельского хозяйства Европы начала ХХ века.

La Jamais Contente — первый электромобиль, разогнавшийся свыше 100 км/ч

Автомобили же в эпоху паровых машин рассматривались как дорогие технические причуды и предметы роскоши, которые могут себе позволить лишь состоятельные люди. Готтлиб Даймлер, Карл Бенц, а вслед за ними и американский промышленник Генри Форд сконструировали для человечества совсем иное будущее, в котором малодоступной роскошью стало иметь лошадь, а города продолжили развиваться на качественно ином уровне.

И даже гениальный Альберт Эйнштейн в 1930-х годах — то есть всего за десятилетие до появления первых ядерных ректоров Э. Ферми и И. В. Курчатова, атомной трагедии Хиросимы и Нагасаки, старта ядерной гонки мировых держав — полагал, что человечество начнет использовать энергию атома не раньше, чем через 100 лет.

Можно иронизировать над футурологами и обсуждать мнения ученых, но с точки зрения экономического развития и безопасности государства крайне важно иметь хотя бы качественное понимание перспектив эволюции технологий.

Электрокэб инженера И. В. Романова, 1899 год

Это необходимо для того, чтобы у принимающих решения была возможность долгосрочного планирования и анализа достаточности доступных ресурсов: энергетических, материальных, финансовых, а также трудовых, ведь технологии увеличивают производительность труда и одновременно повышают требования к квалификации работников. Бюджеты государств, банков и корпораций не безграничны, а инвестиции — это не просто денежные суммы и направляемый куда-то капитал, это рациональный процесс вложения средств в долгосрочное развитие как отдельных компаний и отраслей, так и страны в целом, осуществляемый в расчете на получение финансового результата в течение длительного периода, поэтому ошибки долговременного планирования могут стоить очень дорого. И как показывает история ХХ века, заблаговременное распознавание основных тенденций будущего особенно важно в таких сферах человеческой деятельности, как военная промышленность, энергетика и информационные технологии.

Электромобили: хорошо забытое старое

Новые, необычные и непривычные технологии постепенно становятся частью нашей повседневной жизни. Для успешного построения прогнозов важно принимать их во внимание, задумываться о том, какие из новых направлений в науке и технике с большей вероятностью станут спустя годы мейнстримом, а что так и останется забавной технологической игрушкой или историческим курьезом. Зачастую люди в массе своей осознают, что мир подходит к новому этапу технологической революции, когда она уже практически произошла.

Глядя на падающие нефтяные цены, многие эксперты и аналитики заговорили о завершении сырьевого суперцикла и окончании эры углеводородов. В качестве «неоспоримого» аргумента приводится ускоренное развитие индустрии электромобилей. Многие эксперты склонны видеть в появлении машин Tesla Motors, а также концептов электромобилей от традиционных автопроизводителей убедительное доказательство того, что эпоха нефти подходит к концу.

К сожалению, те, кто делает подобные выводы, серьезно ошибаются. Причина ошибки — не в оценке перспектив электромобилей, а в непонимании того, какими источниками энергии будут пользоваться владельцы электрического транспорта. Как и откуда появится электроэнергия в аккумуляторах новых машин, как это дополнительное электричество будет вырабатываться и распределяться? Именно дополнительное, потому что существующие электростанции уже обслуживают миллиарды своих потребителей и рассчитаны на удовлетворение текущего спроса на электроэнергию.

Безусловно, электромобили — яркий и «раскрученный» усилиями средств массовой информации пример технологических изменений. Но мало кто знает, что в самом начале ХХ века человечество уже делало ставку на электромобили, ведь они были изобретены почти на полвека раньше автомобилей с бензиновыми двигателями.

В России в 1899 году был создан первый отечественный электрический омнибус, способный перевозить пассажиров на расстояние 64 км без подзарядки аккумуляторов. В том же 1899 году именно электромобиль впервые в истории автомобильного транспорта достиг скорости 100 км/ч. В 1910-х годах, когда бензиновые двигатели были маломощны и только начинали совершенствоваться, в Нью-Йорке в качестве такси использовалось 70 тысяч электромобилей.

Стоянка и подзарядка для электромобилей на строящейся финской АЭС «Ханхикиви-1». Лучшие места на автостоянке отданы владельцам электрокаров

Но конкурентную борьбу в итоге выиграли бензиновые и дизельные машины. Именно автомобили с двигателями внутреннего сгорания заменили в начале XX века лошадей и гужевой транспорт на городских улицах и шоссе, и это радикально преобразило мир в очень многих аспектах, включая урбанизацию, инфраструктуру, коммерцию, производство и даже способы ведения войн. Сегодня, на новом витке развития техники, опять возник интерес к электромобилям. Удастся ли электрокарам все-таки завоевать свою нишу?

Количество единиц автомобильного транспорта (включая грузовики и автобусы), ежедневно выезжающего на дороги всего мира, превышает миллиард. Потребляемая ими энергия, необходимая для движения — то есть та самая мощность, которая создается в бензиновых и дизельных автомобильных двигателях, — в 2,5 раза превышает суммарную вырабатываемую мощность всех электростанций планеты Земля! То есть каждый автомобиль — это своего рода самостоятельная движущаяся энергетическая установка. Что же произойдет, если сотни миллионов машин, вместо того чтобы получать тепловую энергию, сжигая топливо в своих моторах, и преобразовывать ее в кинетическую энергию движения, станут потреблять электричество?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо понять, что представляет собой современная мировая электроэнергетика. Насколько мир продвинулся за последнее столетие в энергетической сфере?

Углеводороды ограничивают рост числа электромобилей

Глобальная структура энергетики такова, что более двух третей всей мировой электрогенерации по-прежнему приходится на теплоэнергетику. Первичная энергия, как и 100 лет назад, безоговорочно доминирует; 68 % потребляемого человечеством электричества вырабатывается путем сжигания ископаемого органического топлива: угля, торфа, газа и нефтепродуктов. При этом доля угольной энергетики в мире превышает 40 %.

В Китае, который по праву считается «мировой фабрикой», 70 % генерации электроэнергии приходится на угольные ТЭС, отсюда и пугающие экологические проблемы китайских мегаполисов. Соединенные Штаты, чувствующие себя мировым лидером во всех сферах, 32 % своего электричества также получают сжиганием угля.

В России дело обстоит лучше, чем в Соединенных Штатах. У нас на угольную энергогенерацию приходится лишь 24 % от общего количества вырабатываемой энергии, что является безусловным плюсом для экологии; этим мы обязаны российской газовой отрасли и полноводным сибирским рекам.

Не будем забывать, что КПД современных тепловых электростанций находится в диапазоне 40–60 %. Величина этого показателя зависит от размеров, конструктивных особенностей и видов топлива. Таким образом, половина сжигаемых углеводородов превращается просто в продукты горения, прежде всего в углекислый газ, и выбрасывается в атмосферу Земли.

Производители электромобилей заявляют, что их продукция потребляет 200–250 Вт мощности на 1 км пути. Реальные тесты дают результат порядка 400 Вт на 1 км. В процессе выработки такого количества энергии с учетом общего мирового энергобаланса в атмосферу попадает примерно 200 г углекислого газа. И это без учета потерь электричества в высоковольтных и распределительных сетях, в трансформаторах, на станциях зарядки, а также в аккумуляторах, кондиционерах и электросетях самих электромобилей. А для бензиновых двигателей норма выброса углекислого газа — 130 г на 1 км пути, и показатель этот должен быть снижен к 2020 году до уровня 95 г/км. Парадоксальный вывод: электромобили в два раза «грязнее» и опаснее для экологии планеты, чем обычные автомобили с бензиновыми двигателями.

Согласно последним оценкам экспертов, число автомобилей к 2030 году вырастет на 50 % и превысит 1,5 млрд единиц. Также прогнозируется, что электромобили составят около четверти этого количества транспортных средств. Принимая во внимание, что на сегмент тепловых электростанций приходится львиная доля мировой энергогенерации, чтобы снабжать электроэнергией всё возрастающее количество электромобилей, придется каждый год сжигать дополнительные миллиарды кубометров природного газа, миллионы тонн угля и нефтепродуктов.

Важно учитывать и тот факт, что мировой ВВП растет темпами по 3–3,5 % в год; в 2015 году он составил $73 трлн (данные 2015 года), к 2030 году достигнет $140 трлн а в 2050-м приблизится к $220 трлн причем основной рост глобальной экономики обеспечат развивающиеся страны, где энергоэффективность увеличивается не так заметно, как в развитых.

За этими триллионами долларов ВВП стоят реальные цифры гига- и тераватт энергопотребления, которое по самым консервативным оценкам может возрасти на 30 % за ближайшие 15 лет. И рост этот может произойти во многом за счет первичных источников энергии, прежде всего ископаемых углеводородов: угля, нефти и газа.

Таким образом, пока рано ставить крест на угольной и нефтегазовой отраслях. Реальный сценарий развития энергетики скорее предполагает ренессанс нефти и газа, а никак не избавление от нефтяной зависимости. В ближайшие 25 лет на долю нефти будет приходиться 30 % выработки энергии в мире, а на долю газа — 26 %.

Однако при инерционном сценарии развития энергетики, с учетом стремительного расширения парка электромобилей, земная атмосфера начнет приближаться по составу к атмосфере Венеры. Так что электромобили по-прежнему будут оставаться нишевым сегментом мировой автомобильной отрасли, предназначенным для немногочисленных обеспеченных жителей крупных городов.

Массовая замена обычных автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями на электромобили невозможна без прорыва в энергетике. Человечеству сначала нужно научиться дешево и эффективно использовать вторичные источники энергии — прежде всего ядерные и термоядерные, освоить новые способы передачи энергии на расстояние и лишь затем переходить к повсеместному использованию электромобилей.

ВИЭ и АЭС как шанс остановить катастрофу

Будущее всегда начинается с революции в энергетике. Энергетика первична; именно уровень энергопотребления прежде всего влияет на технический прогресс и качество жизни людей. На протяжении всей человеческой истории количество используемых энергии и ресурсов определяло степень развития цивилизации — от огня, впервые добытого и бережно сохраненного человеком в эпоху палеолита, озарившего старт социальной эволюции сотни тысяч лет назад, до овладения энергией атомного ядра в век высоких технологий.

Энергопотребление — одна из основных характеристик технологического уклада и уровня развития промышленности, транспорта и сферы обитания человека. Первая промышленная революция произошла под занавес эпохи водяных мельниц и парусов, когда машины позволили человечеству перейти от ручного труда к фабричному производству. Использование пара преобразовало промышленность и транспорт и резко увеличило энергопотребление. В век нефти и электричества энергетические потребности человечества продолжали увеличиваться. С середины XIX века суммарное потребление энергии росло пропорционально квадрату численности населения Земли.

Сегодня потребляемая мощность мировой энергетической системы составляет порядка 16 тераватт (ТВт); к 2030 году она превысит 20 ТВт. Учитывая КПД тепловой генерации и соответствующие потери при получении электричества, расход тепловой энергии для выработки такого количества электричества, то есть нагрузка на энергобаланс планеты Земля, составляет 28 ТВт и может возрасти до 40 ТВт.

При этом важно оценить, какими потенциальными запасами топлива в пересчете на тераватты энергии располагает мир. Общие запасы нефти и газа потенциально могут обеспечивать производство энергии по 500 ТВт в год до момента исчерпания (при максимальном использовании в течение одного-двух десятилетий). Уголь потенциально может дать на порядок больше — до 5 тыс. ТВт.

Природа 300 млн лет назад постаралась законсервировать изобилие солнечного излучения. Но именно на эти вышеперечисленные ископаемые виды топлива приходится 75 % техногенной эмиссии углекислого газа.

Колоссальное энергопотребление увеличивает нагрузку на атмосферу Земли в дополнение к биосферному и техногенному воздействию. Энергия, производимая человечеством, составляет более одной трети энергии, выделяемой всей биосферой планеты. Это почти в три раза превышает допустимую нагрузку на окружающую среду и грозит дестабилизировать всю систему обмена энергией в биосфере Земли, а также сложившееся за тысячелетия термодинамическое равновесие в атмосфере. И тогда все пережитые человечеством войны и экономические кризисы не смогут сравниться по разрушительной силе с возможным экологическим кризисом.

Поскольку остановить мировую экономику, рост численности населения и увеличение объемов потребляемой энергии невозможно в принципе (варианты глобальной ядерной войны или падения астероидов не рассматриваются), единственной возможностью предотвратить катастрофу может стать изменение структуры производства энергии в пользу возобновляемых источников, включая солнечную, ветровую и геотермальную генерацию, а также увеличение доли атомных электростанций.

Доступной атомной энергии припасено на планете на три порядка больше. До 3 млн ТВт можно получать, если использовать запасы урана в реакторах-размножителях с жидкометаллическим охлаждением. И уж совсем фантастические цифры получаются, если человечество освоит технологии управляемого термоядерного синтеза и научится получать энергию за счет соединения легких атомных ядер дейтерия и трития (изотопов водорода) в изотопы гелия, а также освоит реакцию дейтерия с изотопом ³He, который можно получать в реакторах или добывать на Луне. Потенциал термоядерной энергетики с учетом доступности получения изотопов водорода и гелия может составить до 250 млрд ТВт.

Пусть мировая наука пока только пытается разработать коммерчески успешные технологии управляемого термоядерного синтеза. Но атомные электростанции существуют с середины 1950-х, и технологии ядерной энергетики продолжают совершенствоваться уже седьмой десяток лет. Ядерная энергетика вполне способна в долгосрочной перспективе обеспечить мировую экономику необходимым количеством энергии и предотвратить глобальную экологическую катастрофу, связанную с бесконтрольным ростом эмиссии углекислого газа.

Но парадокс современного мира заключается в том, что за последние 20 лет доля атомных электростанций в общемировом производстве энергии снизилась практически в два раза: с 19 % в середине 1990-х годов до примерно 10 % в 2015 году. Перспективная наукоемкая отрасль энергетики, на которую во второй половине ХХ века возлагались огромные надежды, сейчас находится практически на грани стагнации. В чем же дело?

Проблема в том, что очень многое в мире сейчас измеряется не будущей пользой и интересами долгосрочного развития всей человеческой цивилизации, а деньгами, которые можно получить «здесь и сейчас». Экономисты и юристы смогли убедить политиков и общество в том, что эффективнее использовать доступное и относительно дешевое ископаемое топливо, вред от которого хоть и очевиден (как и вред от курения), но распределен по всем странам и континентам, а значит, за выбросы углекислого газа и загрязнение окружающей среды несут ответственность одновременно все и никто конкретно. А бороться за экологию предлагается различными межгосударственными соглашениями вроде Киотского протокола и пиаром «зеленой» энергетики. Любая же авария, пусть даже незначительная, произошедшая на атомной электростанции, сразу указывает на вполне конкретных виновников и вызывает мощную волну негативного пиара, острых политических дебатов и общественных протестов, после которых инвесторы, как частные, так и государственные, далеко не всегда решаются продолжать вкладывать средства в развитие новых поколений ядерных реакторов и в строительство атомных электростанций. При этом любой экономист легко докажет, что тепловые электростанции на временном горизонте бюджетного планирования, как правило, ограниченного одним-двумя годами, намного превосходят по конкурентоспособности любые атомные станции в условиях либерализации рынка электроэнергии.

На мировых политиков также давят соображения глобальной ядерной безопасности и проблемы распространения высоких технологий двойного назначения, увеличивающих риски создания ядерного оружия в целом ряде стран с нестабильными режимами или втянутых в региональные конфликты.

Дешевые нефть, газ и уголь, а также повсеместное нежелание отвлекать финансовые ресурсы на капиталоемкие и долгосрочные атомные проекты перевешивают любые соображения и доводы технологического прогресса. Аналитикам гораздо интереснее рассуждать в СМИ об электромобилях и давать прогнозы цен на нефть, чем ставить задачи увеличения эффективности и безопасности атомной отрасли.

Мирный атом: быть или не быть

Метки: АЭС, ВВП, инвестиции, история, Китай, наука, нефть, революция, Россия, США, технологии, экология, экономика, электроэнергия, энергетика