Глобальные перспективы биоэнергетики

Георгий Гелетуха - 1 сентября 2021, 09:18

На жаль, все частіше спостерігаємо у ЗМІ спроби "довести" безперспективність біоенергетики до 2050 р.

До цього ж можна віднести і спроби поставити під сумнів СО2-нейтральність біомаси, наявність її достатньої кількості, відсутність у більшості випадків конкуренції з продуктами харчування, можливість відповідати сучасним екологічним вимогам, тощо.

Спробуємо проаналізувати сучасні тенденції розвитку сектора і його перспективи до 2050 р.

Сучасний стан розвитку біоенергетики

На сьогодні біоенергетика впевнено займає місце лідера світової відновлюваної енергетики, відіграючи значну роль у заміщенні викопних палив та скороченні викидів парникових газів.

Протягом останніх 20 років постачання первинної енергії з біомаси та біопалив у світі збільшилося на третину і становить близько 10% загального постачання первинної енергії (ЗППЕ), або майже 70% ЗППЕ з відновлюваних джерел.

Біометан для регулювання енергосистеми України

Аналогічна ситуація і в ЄС – близько 11% первинної енергії постачається за рахунок біоенергетики, що складає 65% загального внеску всіх відновлюваних джерел енергії (ВДЕ).

Глобальний потенціал біоенергетики

За оцінкою незалежної консультаційної компанії CE Delft (Нідерланди), максимальний сталий глобальний біоенергетичний потенціал у 2050 р. у три рази перевищуватиме світове ЗППЕ у 2015 році.

Глобальне виробництво енергії сектором біоенергетики у 2050 р. може бути збільшено майже у 35 разів від сьогоднішнього рівня.

В таблиці представлено оцінки світового потенціалу біоенергетики для 2030 та 2050 років для чотирьох категорій біомаси з розділенням на сталий та технічний потенціали.

Оцінка глобальних потенціалів первинної енергії з біомаси у 2030 та 2050 роках (ЕДж).

Вид біомаси	Технічний потенціал у 2030 р.	Сталий потенціал у 2030 р.	Технічний потенціал у 2050 р.	Сталий потенціал у 2050 р.
Енергетичні культури	25-90	25-40	25-330	25-110
Сільськогосподарські відходи та залишки	25-190	10-65	25-560	10-65
Лісові продукти та залишки	30-70	25-40	45-265	25-40
Водна біомаса	50-100	50-100	1000-2000	750-1500
Разом (з водною біомасою)	130-450	110-245	1095-3155	810-1715
Разом (без водної біомаси)	80-350	60-145	95-1155	60-215

ЕДж (Ексаджоуль) = 1018 Дж.

Для порівняння: глобальне постачання первинної енергії у 2015 році становило 571 ЕДж, а внесок біомаси у глобальне споживання – 50 ЕДж.

Прогнози розвитку біоенергетики до 2050 року

Міжнародне агентство з відновлюваної енергетики (IRENA) розробило прогноз впровадження ВДЕ до 2050 року. IRENA припускає, що ВДЕ можуть становити 60% і більше від загального обсягу кінцевого споживання енергії багатьох країн.

Наприклад, Китай може збільшити частку ВДЕ у споживанні енергії з 7% у 2015 р. до 67% у 2050 р. У ЄС ця частка може зрости від 17% до понад 70%.

В Індії та США обсяги енергії з ВДЕ у загальному енергоспоживання можуть досягти двох третин і більше.

За прогнозами IRENA, біоенергетика відіграватиме ключову роль в реалізації "зеленого" енергетичного переходу і скороченні викидів парникових газів у світі. IRENA оцінює, що частка біомаси у кінцевому споживанні відновлюваної енергії складатиме майже половину у 2030 р. і 40% у 2050 р.

Висновок агентства: без подвоєння виробництва енергії з біомаси до 2050 р. неможливо утримати підвищення глобальної температури на Землі в межах 2 0С.

Аналітична компанія Ecofys розробила амбітний сценарій досягнення 95% кінцевого споживання енергії в світі з ВДЕ до 2050 року. Важливо зазначити, що згідно цього сценарію, як і в прогнозах IRENA, близько 40% всієї відновлюваної енергії буде забезпечено за рахунок біомаси.

Структура кінцевого споживання енергії у світі, ЕДж/рік.

За оцінками Єврокомісії, для досягнення амбітної мети по скороченню до нуля викидів парникових газів, частка біоенергетики у загальному енергетичному міксі має становити принаймні 20% (близько 30% всіх ВДЕ) у 2050 р.

Згідно прогнозу IRENA, виробництво електроенергії у світі протягом 2015-2050 рр. зросте майже вдвічі із забезпеченням 85% загального обсягу за рахунок ВДЕ. Ecofys оцінює, що частка біомаси у глобальному виробництві електроенергії складатиме близько 12%.

В електроенергетичному секторі ЄС, згідно різних сценаріїв (80-100% "зеленої" електрики до 2050 р.), частка біомаси у виробництві електроенергії складатиме 10-12%

На сьогодні біомаса забезпечує близько 17% загальної потреби ЄС в теплі і холоді, що відповідає 87% внеску всіх ВДЕ. За останні 20 років обсяг споживання тепла з біомаси в Європі збільшився в 1,7 разів – з 52 до 90 млн т н.е./рік.

Прогнозується, що значний внесок біоенергетики у виробництво відновлюваного тепла, залишиться у довготривалій перспективі.

Платформа ETIP-RHC розгляжає два сценарії розвитку сектору опалення та охолодження до 2040 року – досягнення 50% (базовий) або 100% (амбіційний) відновлюваного тепла і холоду. За обома сценаріями біомаса забезпечуватися близько третини загального виробництва теплової енергії.

При цьому в базовому сценарії частка біомаси від всіх ВДЕ у 2040 р. становитиме більше 65%, а в амбіційному – близько третини через суттєве зростання використання теплових насосів (ТН).

Важливо зазначити, що різкий ріст обсягів виробництва тепла тепловими насосами до 2040 року видається ймовірним для країн з теплим кліматом, для яких коефіцієнт перетворення тепла ТН може досягти величини 3 і більше, що забезпечує ефективність роботи ТН.

В країнах з холодними зимами (у тому числі в Україні) середньо сезонний СОР не досягає величини 3, і це стримує економічну доцільність широкого впровадження теплових насосів.

За прогнозами IRENA, у 2050 р. ВДЕ зможуть забезпечити 77% загальної потреби будівель в енергії, у тому числі 48% – за рахунок "зеленої" електроенергії, 14% – за рахунок "сучасної" біомаси.

При цьому біомаса (із застосуванням сучасних технологій) залишиться найпотужнішим джерелом відновлюваної енергії для будівель, постачаючи 30% необхідної енергії для опалення та приготування їжі. Це передбачає трикратний ріст обсягу її використання порівняно з поточним рівнем.

Кінцеве споживання енергії у промисловості у 2050 році забезпечуватиметься на 63% за рахунок ВДЕ, у тому числі 36% – відновлюваною електроенергією, 19% – біомасою.

У транспортному секторі перехід на ВДЕ прогнозується найбільш складним. Навіть у 2050 р. 42% енергетичної потреби сектору забезпечуватимуть викопні види палива, що підкреслює необхідність глибокої трансформації.

Для досягнення очікуваних 22% частки біомаси в кінцевому споживанні енергії на транспорті у 2050 р. (38% внеску всіх ВДЕ), обсяг виробництва рідких біопалив протягом 2015-2050 рр. має зрости майже у 9 разів і скласти 1120 млрд л/рік, майже половина з яких – біопалива ІІ покоління.

Успішні приклади розвитку біоенергетики

На тлі визнання в Європі і в світі ключової ролі біоенергетики у боротьбі зі зміною клімату, викликають занепокоєння певні дискусії про безперспективність енергетичного використання біомаси, що циркулюють в Україні.

Зокрема, висловлюється думка, що біоенергетика – це щось застаріле і пов’язане з технологіями минулого. Частково таке враження може бути викликане тим, що в сільській місцевості жителі часто використовують дрова у пічках, грубках та інших побутових пристроях.

Цей сектор біоенергетики класифікується як "традиційна біоенергетика" і дійсно потроху відходить у минуле.

Проте на його місце заходить сектор "сучасної біоенергетики", до якого відносяться сучасні технології спалювання біомаси у котах, ТЕС та ТЕЦ, біогазові і біометанові технології і технології виробництва рідких біопалив, як першого, так і другого поколінь.

У світі і ЄС існує багато прикладів успішного впровадження подібних проєктів сучасної біоенергетики.

Наприклад, в центрі Стокгольму з населенням 2,3 млн людей працює одна з найбільших в світі ТЕЦ на біомасі (130 МВтел + 280 МВтт). За рахунок біомаси забезпечується 80% потреби міста в теплі і 20% енергії на транспорті. До 2030 р. планується перехід міста на 100% ВДЕ.

У Вільнюсі (550 тис. людей) працює найбільша у Східній Європі ТЕЦ на біомасі (70 МВтел + 164 МВтт). Біоенергетика забезпечує 85% потреби міста в теплі і 25% потреби в електроенергії. До 2040 р. в Вільнюсі планується досягти 100% теплової енергії з ВДЕ.

В Копенгагені 98% житлового фонду (включаючи приватний сектор) підключено до системи централізованого теплопостачання, яка є повністю конкурентною. В місті функціонують декілька великих ТЕЦ на біомасі загальною тепловою потужністю 1,3 ГВт.

Наразі біомаса забезпечує 90% потреби Копенгагену в теплі і 20% енергії у секторі транспорту. До 2040 р. планується досягти 100% всієї енергії з ВДЕ.

Також існує думка, що в майбутньому можна досягти практично 100% частки застосування електроенергії в опаленні і на транспорті, тому для біомаси в цих секторах не залишається місця.

Ми не розділяємо цієї думки і вбачаємо значну роль біоенергетики в цих секторах, в тому числі у довгостроковій перспективі.

Перспективи біоенергетики в електроенергетичному секторі вбачаються у комбінованому виробництві теплової та електричної енергії (ТЕЦ на біомасі), а також через застосування біометану для балансування енергосистем з високою часткою ВДЕ.

Потенціал виробництва біометану в Україні оцінюється у 7,8 млрд м3/рік. Цього обсягу більше ніж достатньо для повного переведення необхідної газової маневреної генерації на біометан.

Вважаємо декарбонізацію маневрених газових потужностей через використання біометану однією з найбільш перспективних опцій.

Висновки

Аналіз прогнозів і сценаріїв трансформації світової та Європейської енергетики до 2050 р. показує безперечну перспективність довгострокового розвитку біоенергетики, демонструє її значний внесок в реалізацію "зеленого" переходу, декарбонізацію енергетики і боротьбу зі зміною клімату.

У 2050 році біоенергетиці відводиться:

У кінцевому споживанні енергії – 25-40%;
У загальному виробництві енергії з ВДЕ – 30-40%;
У кінцевому споживанні відновлюваної електроенергії – 10-12%;
У кінцевому споживанні відновлюваної теплової енергії – 30-65%;
У кінцевому споживанні відновлюваної енергії на транспорті – 30-40%.

Для України пріоритетними напрямками вбачаються:

Для виробництва електроенергії: комбіноване виробництво теплової і електричної енергії (ТЕЦ на біомасі), а також виробництво біометану для прямого заміщення природного газу і вуглецево нейтрального балансування енергосистеми з високою часткою ВДЕ.
Для виробництва теплової енергії: впровадження сучасних котлів і ТЕЦ на біомасі, переважно аграрного походження.

Для сектору транспорту: виробництво рідких біопалив першого і другого поколінь, а також біометану з біомаси сталого походження.