Или почему «зеленая» энергетика приобретает все большее значение в современном мире.
Альтернативные источники энергии (АИЭ)
— это ресурсы, которые, в отличие от органических видов топлива (таких, как нефть, газ, уголь, урановая руда), неисчерпаемы и не наносят серьезного вреда окружающей среде. К ним относятся вода, ветер, солнце и т. д. Наши предки строили ветряные и водяные мельницы задолго до появления парового двигателя, однако все эти конструкции были маломощными, и со временем получаемой с их помощью энергии стало не хватать.
После того, как люди научились добывать и сжигать ископаемое топливо, применение ветровых и других «зеленых» установок резко сократилось. А во второй половине прошлого века интерес к ним начал активно возрождаться. Зелёная энергетика находится на мировой повестке уже несколько десятилетий, что вполне закономерно: парниковый эффект, загрязнение воздуха, увеличение количества заболеваний человечество явно не радуют. По данным на 2021 год, ежегодно в атмосферу выбрасывается порядка 50 млрд тонн парниковых газов, 70% из них − за счет энергии, получаемой из ископаемого топлива. Ученые всего мира уже много лет ищут альтернативу углю, нефти и газу, тем более что лет через 100 полезные ископаемые на нашей планете и вовсе закончатся. А вот солнце не потухнет, ветер не утихнет, и океан не засохнет. Вопрос только в том, как с помощью современных технологий научиться использовать эти ресурсы максимально эффективно.
Пять элементов для спасения мира или виды альтернативных источников энергии
Существует множество возобновляемых источников энергии, включая энергию приливов и отливов, грозовую и криоэнергию, но основными считаются следующие пять: помимо солнца, ветра и проточной воды к ним относятся геотермальное тепло (энергия земли) и биомасса. Каждый из этих источников имеет свои преимущества и ограничения.
Солнечная энергия
Это один из самых мощных видов АИЭ и самый дешевый. С помощью солнечных батарей солнечный свет преобразуется в электричество и используется для отопления домов, освещения улиц и т. д. Эффективность такого рода устройств напрямую зависит от климатической зоны, поэтому этот вид энергии не особо выгоден для тех городов и стран, где солнца в течение года бывает мало, например, для Москвы, где в среднем всего 72 солнечных дня в году.Энергия ветра
Это самый старый способ получения энергии, известный человечеству. На смену ветряным мельницам уже давно пришли ветрогенераторы, которые используются как минимум половиной земного шара (лидером по количеству ветроэлектростанций является Китай). Проблема лишь в том, что сильные ветры дуют далеко не всегда и не везде, а значит такого рода энергию можно использовать в ограниченном объеме.Гидроэнергетика
В отличие от ветра, вода – достаточно предсказуемый ресурс, с ее помощью энергия вырабатывается стабильно. В России примерно 98% всей возобновляемой энергии приходятся на гидроэлектростанции. В Норвегии же практически вся электроэнергия для промышленности и городов поступает из гидроэнергетики. К минусам этого вида относятся затраты на строительство и сложность конструкций: любой просчет несет за собой риски затопления прилегающих территорий, а из-за резких скачков уровней воды страдает флора и фауна водоемов.Геотермальная энергия
Геотермальная энергия зарождается внутри Земли и нагревает подземные источники. Пробурив скважины, люди извлекают горячий пар и воду наружу и используют их для обогрева помещений или же преобразуют в электроэнергию. Это отличный вариант выработки электричества для вулканических районов, однако найти место для строительства – задача нетривиальная, особенно с учетом сейсмической активности.Биоэнергетика
Биоэнергетика основана на использовании растительной и животной биомассы. Это крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс, который можно производить практически в любой стране. Однако эти нетрадиционные источники энергии имеют относительно низкую теплотворную способность, а также несут риски экологического дисбаланса. Например, производство биомассы из древесины может привести к уменьшению площади лесов и, как следствие, загрязнению атмосферы.Какого цвета атом?
Теоретически к списку альтернативных источников энергии можно добавить и атомную энергию, так как она соответствует двум основным критериям «зелености»: она неисчерпаема и не производит выбросов парниковых газов. В некоторых странах этот вопрос уже решен положительно. В 2022 году Еврокомиссия приняла в «зеленый клуб» и атомную энергетику. Основной критерий «членства» − соответствие требованиям перехода к безуглеродной экономике и климатически нейтральным способам генерации энергии. Однако «зеленый» статус мирного атома официально утвержден далеко не во всех странах. За Европой последовали пока только Китай, Россия и Бангладеш. Дилемма упирается в утилизацию радиоактивных отходов и надежность атомных электростанций. Атомная энергетика не создаёт парниковых газов, но ее использование пока нельзя назвать безопасным. По-настоящему экологически чистым источником энергии мог бы стать термоядерный реактор, но до его промышленной эксплуатации пока еще далеко.Мировые планы «озеленения»
Использование альтернативной энергии растет во всем мире. Начиная с 2012 года более 50% из всех ежегодно устанавливаемых энергомощностей приходится на возобновляемые источники. За 20 лет инвестиции в создание «зеленых» энергоносителей выросли практически в 10 раз (с $33 млрд до более чем $300 млрд), и они продолжают увеличиваться. По прогнозам Международного Энергетического Агентства (МЭА), к 2027 году зеленые энергоресурсы вырастут на 2400 ГВт (это примерно мощность всей электроэнергетики Китая), а их доля в мировом энергобалансе достигнет 38%! Основные лидеры этого тренда – страны Европы, Китай, Америка, Канада. Так, например, в Китае уже в 2021 году из всех введенных энергетических мощностей 76% были зелеными. В США альтернативная энергетика составляет 21% от общего энергобаланса, тогда как на долю АЭС приходится 20%.
Россия пока не может похвастаться большими успехами в этой области: доля альтернативных источников энергии в единой энергетической системе России не превышает 1,5%. Наличие больших запасов полезных ресурсов, отсутствие законодательных стимулов и достаточного количества инвестиций не способствуют борьбе за экологию.
На ветер надейся, а уголь добывай
Темпы роста альтернативной энергетики более чем впечатляющие, но говорить о полном замещении исчерпаемых видов на неисчерпаемые пока рано. В обозримом будущем у последних просто не хватит мощности, чтобы удовлетворить потребность человечества в электричестве, которая будет расти ежегодно на 3% в 2023–2025 гг. (прогноз МЭА). К тому же, как показал недавний опыт, чрезмерная зависимость от экологически чистой энергии может привести к коллапсу: в 2021 году облачная и безветренная погода в Европе застопорили работу ветряных генераторов и солнечных батарей, что привело к ряду блэкаутов и резкому взлету цен на газ.
«Менять один источник энергии на другой − не самая разумная стратегия. Объемы добычи полезных ископаемых по всему миру продолжают расти. Сегодня доля тепловых электростанций всех типов в мировом производстве электроэнергии составляет 65%, на атомную энергетику приходится 11%. Оставшиеся 24% — это все возобновляемые источники вместе взятые, на которые можно полагаться только как на дополнительный ресурс».
Сергей Вышемирский, технический директор IXcellerate.
Существенным препятствием к быстрому росту экологически чистой энергии является также ее цена. Достижение углеродной нейтральности, планируемое рядом стран уже к 2050 году, по прогнозу McKinsey, обойдется примерно в $275 трлн.
«Зеленая» энергетика в индустрии дата-центров
Проблемой экологии и использования «чистых» технологий озабочены не только государственные, но и коммерческие организации, в частности дата-центры, которые поглощают порядка 3% электроэнергии планеты, а по уровню негативного воздействия на природу сопоставимы с авиаперелетами.
При этом в силу цифровизации экономики и прироста интернет-пользователей спрос на услуги дата-центров продолжает расти. Только в нашей стране рынок услуг ЦОД вырос в прошлом году на 28,1% до 89,1 млрд руб., а планы на 2023–2024 гг. предусматривают запуск 32 тыс. новых стойко-мест (по данным iKS-Consulting).
Новая реальность стимулирует провайдеров услуг ЦОД к поиску инновационных решений для повышения собственной энергоэффективности и достижения климатической нейтральности.
Одним из таких решений является использование возобновляемых источников энергии. Пионерами в этой сфере являются такие ИТ-гиганты как Facebook, Google, Microsoft, Apple, а также ряд других ведущих мировых корпораций. Вот только несколько примеров дата-центров, имеющих самый популярный в мировой практике сертификат энергоэффективности The Leadership in Energy & Environmental Design (LEED):
- Дата-центр Facebook расположен в 60 км от Полярного круга на берегу реки и использует энергию от собственной гидроэлектростанции.
- Дата-центр Apple в Северной Каролине (США) производит 244 млн кВт-ч энергии в год с помощью собственной ветровой электростанции, а так же создал для собственных нужд две солнечные фермы, каждая из которых способа производить 42 млн кВт-ч электроэнергии в год.
- Дата-центр Verne Global в Рейкьявике построен рядом с гейзерами и «питается» энергией геотермальных электростанций.
- Швейцарский дата-центр Swiss Fort Knox использует в системах охлаждения ледниковую воду из подземного озера.
Повышение энергоэффективности ЦОД можно также добиться за счет обновления систем охлаждения, на которые приходится около 40% всей энергии, потребляемой дата-центрами. Наиболее продвинутой в этом плане считается технология естественного охлаждения или фрикулинг (от англ. free-cooling — свободное охлаждение), которая использует наружный воздух для охлаждения серверных.
Единственным выходом, который исключает и негативное воздействие на природу и безусловную возобновляемость является использование атомной энергии. И на этом пути уже есть первопроходцы. Так, корпорация Microsoft намерена в ближайшем будущем перейти от использования электричества к использованию микрореакторов для питания своих ЦОД, а для начала − диверсифицировать свои источники электроэнергии, закупая чистую атомную энергию на внешнем рынке. В России пионером использования атомной энергии в ЦОД является «Росатом».
Специалисты полагают, что размещение дата-центров рядом с источниками атомной энергии – это наиболее перспективный путь для индустрии.
«Размещение новых ЦОД максимально близко к источникам «зеленой» генерации АЭС снижает стоимость электроэнергии за счет оптимизации расходов на сетевую составляющую. Кроме того, подключение дата-центров к разным очередям АЭС или ГЭС обеспечит полноценную первую категорию электроснабжения, что позволит отказаться от резервирования источников электроснабжения от ДГУ (дизель-генераторы), что также положительно скажется на экологии».
Андрей Кужир, заместитель технического директора IXcellerate
Подводя итог
Операторы ЦОД при проектировании учитывают множество факторов, включая расходы на энергию, энергоэффективность и экологическую нагрузку. Особое внимание уделяется также схемам резервирования, которые позволяют минимизировать риски простоев и потери данных, а также обеспечивать резервные источники, системы охлаждения и сетевое оборудование.
Оптимальная схема для каждой площадки в разных странах индивидуальна – она может включать различные источники энергии, среди которых могут быть и солнечные панели, и ветрогенераторы, и малые модульные реакторы. Однако, даже самый надежный источник не сможет предотвратить сбой сервисов, если схема резервирования не гарантирует быстрое и автоматическое переключение на резерв (например, дизельные генераторы и UPS).
«Тренд на энергоэффективность в индустрии ЦОД прослеживается абсолютно четко, но без серьезной финансовой поддержки ни один дата-центр не сможет использовать возобновляемые источники энергии в качестве основного источника энергоснабжения. И не только потому, что это дорого, а потому что ненадежно. Работа дата-центра, который отвечает за сохранность и доступность данных перед своими заказчиками, не может полагаться на погоду. Ни один SLA не сможет обеспечить солнечную и ветренную погоду 365 дней в году, а значит полагаться на природу в такой индустрии никак нельзя».
Сергей Вышемирский, технический директор IXcellerate.
Схема резервирования является более критическим фактором для обеспечения надежной работы сервисов и минимизации возможных сбоев нежели набор и типы используемых источников энергии.
Вопросы и ответы
- Какие риски и барьеры есть для распространения зеленой энергетики?
Для солнечной и ветряной энергетики это, прежде всего, нестабильность выработки, в связи с чем этим видам АИЭ требуется балансировка в виде мощных накопительных систем, либо за счет традиционной генерации. Большие вопросы вызывает утилизация отходов деятельности ВИЭ (солнечных батарей, аккумуляторов для электромобилей и т. д.), методика ее оценки и совокупный вред для экологии пока не рассчитаны. Но наиболее очевидный барьер – это капитальные затраты на технологии, в частности строительство и установку солнечных и ветряных электростанций.- Как субсидируют сектор?
По оценкам портала OilPrice.com, энергопереход на зеленые технологии обойдется миру в $40 трлн до 2050 года. МЭА предполагает, что на частный капитал придется более 70% инвестиций. К основным мерам поддержки ВИЭ относятся:1) зеленые сертификаты,
2) возмещение стоимости технологического присоединения,
3) тарифы на подключение.
- Какова себестоимость зеленой энергии?
Для сравнения различных методов производства электроэнергии чаще всего используется показатель Levelized cost of energy (LCOE). Это средняя расчетная себестоимость производства электроэнергии на протяжении всего жизненного цикла электростанции. По данным МЭА, средняя LCOE для мощностей, которые запустятся в 2025 году, составит:| ИЭ | LCOE |
| Солнечная | $36/МВт-ч |
| Геотермальная | 37 |
| Газ | 38 |
| Гидро | 40 |
| Ветер | 40 |
| Уголь | 76 |
| Ядерная | 82 |
- Какая самая дешевая форма зеленой энергии?
По данным МЭА, самым дешевым видом альтернативной энергии является солнечная.- Является ли ядерная энергетика "зеленой"?
Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Кто-то считает, что да в силу того, что ядерная энергия неисчерпаема и не производит выбросов парниковых газов. Но ее безопасность для человека под большим вопросом, пока не решен вопрос утилизации радиоактивных отходов и 100% надежности атомных электростанций.