Сегодня в России работает больше 900 электростанций разного типа, на которые приходится более 50% от общего объема выбросов парниковых газов в стране. Глобальное изменение климата заставляет страны кардинально пересматривать свои подходы к производству. Особую сложность для перехода на возобновляемую энергетику представляют климатические условия в регионах, ограничивающие внедрение солнечной и ветровой генерации. Ученые ПНИПУ оценили углеродный след производимой электроэнергии и доказали, что использование энергетических установок на основе твердооксидных топливных элементов, работающих на биотопливе и водороде, снижает выбросы парниковых газов в 3-4 раза.
Статья опубликована в журнале «Экология и промышленность России».
Энергетический сектор сегодня остается одним из основных источников образования парниковых газов. В среднем при производстве 1 кВт*ч электроэнергии в атмосферу попадает около 480 г CO2-экв. В России углеродный след производимой электроэнергии немного ниже — 440 г CO2-экв/ кВт*ч.
В условиях критического уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах и истощения природных ресурсов ключевым трендом в мире становится распределенная генерация — производство энергии непосредственно в месте ее потребления. Промышленные компании все активнее инвестируют в подобные экологически полезные решения и стремятся снизить углеродный след производимой продукции.
В отличие от крупных электростанций, передающих энергию на большие расстояния со значительными потерями, малая генерация предусматривает использование компактных установок мощностью до 25 МВт, расположенных рядом с потребителями. В Европе на них приходится уже до 30% производимой электроэнергии, тогда как в России — всего около 3%.
Ученые Пермского Политеха провели сравнительный анализ энергетических установок малой генерации по уровню углеродного следа производимой электроэнергии, в том числе выполнена оценка целесообразности внедрения объектов малой генерации для энергоснабжения промышленных предприятий на примере Пермского края.
В отличие от других исследований, которые при оценке углеродного следа производимой электроэнергии в основном изучают количество выбросов и производительность различных установок, в данном исследовании учитывается как территориальное расположение энергосистем, так и все этапы жизненного цикла топлива и энергоустановок.
На основе мировых и российских данных эксперты провели сравнительный анализ углеродного следа производимой электроэнергии. Эксперты рассчитывали полный жизненный цикл производства электроэнергии, то есть уровень углеродного следа на всех этапах жизненного цикла (выбросы при производстве оборудования, добыче и транспортировке сырья, сжигании топлива).
Ученые рассмотрели разные технологии малой генерации, включая газопоршневые, дизельные и газотурбинные установки. Наиболее перспективными признаны энергоустановки на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), которые могут работать с использованием различного вида топлива и имеют высокий КПД (выше 60%). Исследование показало, что углеродный след производимой электроэнергии, производимой энергоустановками на ТОТЭ, сильно варьируется в зависимости от вида топлива. Например, при использовании водорода, произведенного из природного газа, показатель достигает 950 г CO2-экв./ кВт*ч., тогда как с «зеленым» водородом (произведенным из воды и электроэнергии, полученной с помощью возобновляемых источников энергии) снижается до 213 г CO2-экв./ кВт*ч.
— Преимущество энергоустановок на основе ТОТЭ заключается в их возможности работать с разными видами топлива, включая природный газ, биогаз и водород, что открывает путь к декарбонизации (полному отказу от применения угля, нефти, природного газа для уменьшения выбросов). При этом они практически не вырабатывают загрязняющих веществ, таких как оксиды серы и азота, и работают с низким уровнем шума. Кроме того, у энергоустановок на основе ТОТЭ отсутствуют территориальные или климатические ограничения, — рассказывает Юлия Мозжегорова, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», кандидат технических наук.
Согласно выполненным расчетам, при использовании биотоплива в энергоустановках на основе ТОТЭ углеродный след электроэнергии снижается до 90 г CO2-экв./ кВт*ч, а при применении «зеленого» водорода до — 100 г CO2-экв./ кВт*ч, что в 4-5 раз ниже среднего показателя по России. Поэтому энергоустановки на основе ТОТЭ особенно актуальны для промышленно развитых регионов с большим количеством предприятий металлургии и нефтехимии. Это позволит производителям объективно оценить реальный экологический эффект перехода на распределенную генерацию.
— Внедрение установок малой генерации позволяет не только снизить количество выбросов на 50-80%, но и повысить энергетическую эффективность производства. Для промышленных предприятий это также означает укрепление конкурентоспособности на международных рынках, где действуют углеродные налоги. Дополнительный эффект достигается за счет снижения зависимости от централизованных сетей: предприятия получают защиту от аварийных отключений и ценовых колебаний на рынке, — отмечает Юлия Мозжегорова.
Результаты исследования подтверждают возможность снижения выбросов парниковых газов при использовании энергоустановок малой генерации, что также предоставляет промышленности инструмент для перехода к низкоуглеродной энергетике даже в регионах со сложными климатическими условиями.