Энергетический переход и декарбонизация промышленности

Мы хотим, чтобы в будущем нашей высокоэнергетичной планете с избытком хватало экологически чистых источников энергии. Для полной декарбонизации мировой энергетической системы и обеспечения каждого жителя планеты возможностью пользоваться современными энергетическими услугами, эквивалентными среднему показателю Организации экономического сотрудничества и развития, понадобится более 30 тераватт (эл.) (ТВт (эл.)) экологически чистой энергии.

Как отрасли промышленности и экономика стран могут продолжать расти, стремясь к декарбонизации?

В 2022 году на промышленный сектор приходилось 37 процентов мирового потребления энергии, и он был непосредственным источником выбросов 9 гигатонн углекислого газа, что составляет 25 процентов от выбросов углекислого газа в мировой энергосистеме (не считая косвенных выбросов от использования электроэнергии в промышленных процессах). Несмотря на обязательства по декарбонизации, технологические выбросы ведущих промышленных стран неуклонно растут.

Как удовлетворить потребности в технологическом тепле и электроэнергии в условиях энергетического перехода

Главной тенденцией энергетического перехода является стремление к полномасштабной электрификации, даже в промышленности. Однако такая стратегия «полной электрификации» сопряжена со значительными трудностями, особенно когда речь идет об удовлетворении потребностей в технологическом тепле и электроэнергии. Эти потребности отличаются от потребностей в ресурсах, поступающих только из энергосети, так как в этом случае они зависят от загрузки системы комбинированной выработки тепла и электроэнергии, расположенной «за счетчиком». Первая проблема заключается в том, что тепло и электроэнергия потребляются одновременно, а вторая — в том, что необходимо обеспечить надежность, доступность и безопасность этого процесса. Есть и другие препятствия, такие как наличие новых линий электропередачи, а также эффективность и надежность вновь электрифицированных технологических процессов.

Согласно результатам анализа, приведенным в недавнем отчете Министерства энергетики Соединенных Штатов Америки (США), основная часть выбросов в промышленных секторах связана с выработкой тепла: этим, а также необходимостью производить электроэнергию на площадке, обусловлено почти 60 процентов выбросов. Если учесть удельный выброс углерода энергосети, то промышленные выбросы вполне могут превысить 70 процентов от общего объема выбросов.

На 28-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (КС-28) ядерная энергия была впервые включена в число экологически чистых источников энергии, требующих ускоренного развития. Более 22 стран обязались прилагать усилия, чтобы утроить мощность мировой ядерной энергетики к 2050 году. Однако это означает, что будет произведено около 9000 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии, а в 2022 году столько электроэнергии потреблялось только лишь отраслью черной металлургии. Полная декарбонизация энергоемких отраслей промышленности, таких как химическая, нефтехимическая, цементная и целлюлозно-бумажная, потребует значительного увеличения объемов вырабатываемого экологически чистого тепла и электроэнергии.

Для использования непостоянных источников энергии требуется значительное расширение энергосети, что отражается на ее стабильности и приводит к увеличению системных издержек и расходов на обеспечение надежности источников энергии. Эти обстоятельства не способствуют удовлетворению потребности промышленности в электроэнергии и могут серьезно ограничить промышленный рост. Однако децентрализованный источник ядерной энергии — например, малый модульный реактор (ММР) или микрореактор, работающий на промышленной площадке или в промышленном кластере, — может обеспечить достаточное количество тепла и электроэнергии для удовлетворения потребности в них. Компания «Доу кемикал», среди прочих, уже намеревается испытать эту модель, планируя разместить высокотемпературные газоохлаждаемые ММР на одной из своих производственных площадок в США, чтобы использовать этот экологически чистый источник тепла и электроэнергии вместо природного газа и декарбонизировать производство.

Устойчивое будущее энергетики

Химическая отрасль является важнейшим источником материалов, которые используются в самой разной продукции, например в пластмассах, удобрениях и фармацевтических препаратах. Выбросы в этой отрасли в основном приходятся на выработку тепла (приблизительно 40 процентов), потребление электроэнергии (приблизительно 29 процентов) и прямые технологические выбросы (приблизительно 24 процента). Более того, 80 процентов эксплуатационных выбросов производится точечными источниками на площадке. Использование атомной энергии на площадке может обеспечить эти важнейшие химические процессы экологически чистым теплом и электроэнергией.

Еще одна растущая отрасль — это центры обработки данных, из-за которых увеличивается мировой спрос на электроэнергию. В 2017–2021 годах совокупное потребление электроэнергии компаниями «Амазон», «Майкрософт», «Гугл» и «Мета» выросло более чем вдвое. Согласно прогнозам, потребление электроэнергии центрами обработки данных к 2026 году превысит 1000 ТВт·ч и будет продолжать расти с развитием искусственного интеллекта (ИИ). В этой связи ряд крупных технологических компаний рассматривают возможность применения усовершенствованных ядерных энергетических источников, таких как ММР, для получения в будущем экологической чистой электроэнергии.

ММР могут помочь удовлетворить потребности промышленности благодаря своей модели внедрения, в основе которой лежит не осуществление масштабного индивидуального проекта, а изготовление на заводе реакторов типовой конструкции с использованием существующих логистических цепей и процесса доставки. Такой подход позволяет сократить расходы, повысить эффективность и обеспечить предсказуемость сроков строительства. Благодаря этому создается коммерчески надежное, экономически эффективное, воспроизводимое и масштабируемое решение, которое соответствует целям отрасли и способствует достижению глобальных целей по декарбонизации.

Невозможно достичь цели декарбонизации промышленности только лишь при помощи традиционных атомных электростанций. Необходимы новые модели предоставления услуг, которые будут соответствовать используемому компаниями в настоящее время быстрому и предсказуемому процессу развертывания активов.

Передовые ядерные технологии смогут помочь построить устойчивое, равноправное и надежное будущее энергетики благодаря принципиально новым подходам к проектированию, лицензированию и внедрению технологий в области экологически чистой энергетики, а также использованию новых цифровых инструментов.

__________________________________________________________________________________________

Эрик Ингерсол — консультант по стратегическим вопросам и предприниматель с обширным опытом работы в области коммерциализации новых энергетических технологий. Он основатель и один из исполнительных директоров некоммерческой организации «Терра праксис».

Чирайю Батра — инженер-атомщик с большим опытом разработки технологий усовершенствованных реакторов.