Нівельований аспект енергоспоживання у зеленому рівнянні

Парадоксально, як зазначала група ведучих кліматологів, у т. ч. Катріна Річардсон, професорка біологічної океанографії та очільниця Наукового центру сталого розвитку при Копенгагенському університеті, у червні 2022, реакції політиків на кризу здебільшого оберталася навколо довгострокових кліматичних цілей та куди менше навколо миттєвих дій. Нам потрібно подолати цей розрив між обіцянками та діями.

Гарною новиною є те, що у нас є під рукою рішення і не треба чекати. Насправді, істотна частка скорочення вуглецевих викидів впродовж 2030 року, необхідних для досягнення сценарію нульових викидів до 2050 року, як визначено Міжнародним Енергетичним Агентством (МЕА), походить з технологій, наявних вже сьогодні.

Ми спостерігаємо масштабне нарощування відновлюваних джерел у зеленому рівнянні. Це є дійсно необхідним, та нам потрібно ще більше. Проте, якщо у цей же час ми не зосередимо свою увагу на чинник енергоспоживання у зеленому рівнянні (зростання обсягів енергоспоживання), розбудови відновлюваних джерел буде абсолютно недостатньо.

Ця стаття підготовлена очільницею групи аналітиків відділу групових комунікацій та стійкого розвитку компанії Danfoss, Сарою Вад Соренсен. Коментарі та питання можна спрямовувати на адресу: sara.sorensen@danfoss.com.

Це може звучати вельми очевидно. Проте, логічним висновком є той простий факт, що людська діяльність потребує енергії, і енергоспоживання буде істотно зростати по мірі зростання населення. У 2030 році передбачається, що світ стане домівкою для ще понад 750 мільйонів людей, а у 2050 році очікується, що населення планети зросте приблизно на 2 мільярди людей.

На додаток до цього, економічний розвиток та енергетичні потреби історично тісно пов’язані. По мірі збагачення ми споживаємо все більше енергії та навпаки.

Водночас доступ до енергії залишається критичним питанням. Сотні мільйонів людей – здебільшого в Африці – прямо зараз не мають доступу до базової енергетичної інфраструктури.

Істотна частка населення планети – 13 % – залишається без електрики для освітлення, зв’язку, навчання чи охолодження. Наші енергетичні системи повинні бути здатні забезпечувати очікувані та справедливі вимоги щодо доступу до енергії.

У підсумку два взаємопов’язані та неминучі тренди свідчать про те, що ми більше не можемо нехтувати енергопотребами: глобальне зростання населення з відповідним зростанням прибутків збільшують потребу в енергетичних послугах, а велика кількість економік, що розвиваються, входять у енергоємний період урбанізації та індустріалізації. Щоб зрозуміти, чому ця сліпа зона у протидії кліматичним змінам має місце, та як ми можемо змінити це, давайте детальніше розглянемо непорозуміння, що лежать на поверхні.

По-друге, у минулому нам вдалося покращити інтенсивність енергоспоживання (ключовий показник оцінки енергоефективності економіки), водночас спостерігаючи високі рівні економічного зростання, і результати аналізу свідчать про те, що ми нарешті починаємо розуміти можливість розділення темпів економічного зростанні та енергоспоживання у світі.

По-третє, зміна клімату є дорогим задоволенням, а уповільнене скорочення викидів зробить її ще дорожчою у майбутньому. Надзвичайні ситуації, як посухи та шторми, можуть спричинити довготривалі економічні збитки через їхній вплив на здоров’я та ефективність праці. Нещодавні дослідження показують, що до 2100 року світовий ВВП може бути на 37% нижчий, якщо врахувати наслідки глобального потепління та вплив зміни клімату в цілому на економічне зростання.

Відповідно до даних МЕА, без глобального покращення енергоефективності за останні два десятиріччя обсяг викидів був би удвічі більшим, або приблизно на 8 Гт на рік більше, ніж у 2019 році.

Тільки для домогосподарств енергоефективність та відповідне скорочення енергоспоживання може сприяти зменшенню рахунків за електроенергію для домогосподарств по усьому світу щонайменше на 650 мільярдів доларів на рік до 2030 року відповідно до сценарію нульових викидів. На додаток до цього більші інвестиції для досягнення таких обсягів заощадження енергії можуть сприяти створенню до 2030 року додаткових 10 мільйонів робочих місць у сферах, пов’язаних з ефективністю, таких як нове будівництво та модернізація будівель і транспортна інфраструктура 20.

Підсумовуючи, можна досягти економічного зростання без збільшення викидів, завдяки заходам з енергоефективності. Забезпечення більшої енергоефективності наших будівель, промисловості та транспорту не робить нас слабкішими – навпаки, відповідно до Сценарію нульових викидів МЕА, де кожна одиниця енергії буде забезпечувати більше, ніж це відбувається сьогодні, кінцевий обсяг енергоспоживання може бути приблизно на 5 % меншим до 2030 року, водночас забезпечуючи зростання економіки до 40 %.

По-перше, навіть попри зростання кількості відновлюваних джерел, вони не здатні замінити викопне паливо. У 2021 році частка відновлюваних технологій у загальному енергопостачанні становила 11,9 %, зростання лише на 0,2 % порівняно з 2020 роком.

Це повільне зростання відбувалося через збільшення глобальних потреб у електроенергії, найвище абсолютне зростання в історії через вихід економік з рецесії після пандемії Covid-1922.

По-друге, навіть якщо припустити, що більша частина енергії первинного споживання була зеленою, енергоефективність усе ще є необхідною. У багатьох галузях електрифікація може бути здійснена тільки за умови високого рівня енергоефективності. Наприклад, у галузі важкої техніки, що використовується на будівельних майданчиках, енергоефективність є ключем до зменшення розміру необхідних акумуляторів, що відкриває шлях до масштабної електрифікації. Див. приклад для будівельних майданчиків.

Більш того, навіть за сценарієм тотальної електрифікації, ми все одно потребуватимемо заходів з енергоефективності, оскільки енергопостачання з відновлюваних джерел є мінливим. Енергії в мережі достатньо і вона дешева лише тоді, коли дме вітер та світить сонце. Енергоспоживання також має свої піки. Загалом, менше енергії використовується вночі, коли ми відпочиваємо, однак вранці та ввечері. споживання зростає. По мірі нарощування відновлюваних потужностей небаланс між генерацією та споживанням зростає у години пік. Розумні енергоефективні прилади та системи могли б сприяти згладжуванню цих піків та усунення небалансу між постачанням та споживанням енергії. Наприклад, активні та розумні енергоефективні засоби у будівлях, як то системи опалення чи охолодження з цифровим управлінням, дозволяють посунути споживання енергії у часі та у такий спосіб нівелювати ці піки. Подібним чином інтеграція секторів дозволяє надлишок тепла, згенерований у одному секторі (наприклад, надлишкове тепло від центру обробки даних), використовувати у іншому секторі (наприклад, для опалення місцевих будинків), у такий спосіб зменшуючи потребу у періоди пікових навантажень.

По-третє, зростаючий попит на зелену електроенергію, який очікується у найближчі роки, породжує виклики застосування відновлюваних джерел відповідними темпами. Нарощування відновлюваних джерел енергії потребує простору, громадської підтримки та сировинних матеріалів.

Щодо сировини, наразі зростає попит на такі матеріали як нікель, кобальт, мідь, літій та рідкісноземельні матеріали, що використовуються у технологіях відновлюваних джерел. У ЄС, який покладається на імпорт багатьох сировинних матеріалів, необхідних для зеленого переходу, Європейська комісія попередила, що реалізація поточних сценаріїв декарбонізації може опинитися під загрозою через зниження надійності постачання деяких матеріалів у майбутньому.

Енергоефективність є ключем до зменшення цих ризиків. Результати попереднього аналізу показали, що кожен долар, витрачений на енергоефективність, дозволяє уникнути витрат, що більші за 2 долари на постачання енергії.

Підсумовуючи, без завчасних заходів з енергоефективності, досягти переходу до нульових викидів буде набагато дорожче та складніше. Якщо подивитися на заходи з покращення енергоефективності – ключового чинника економічної ефективності – впродовж останніх десятирічь, очевидно, що ними нехтували. Щоб досягти нульових викидів, необхідно удвічі прискорити темпи, як зображено на Рис. 2.

У наступному розділі ми зануримося глибше у питання, яке демонструє небезпеку нехтування фактором з боку споживання енергії, зокрема зростаючими потребами у охолодженні.

Однак охолодження залишається глобальною сліпою зоною у боротьбі зі зміною клімату. Якщо термінові заходи не будуть вжиті, зростаючі потреби в охолодженні можуть спровокувати наймасштабніше зростання викидів парникових газів, якого ще не бачили.

Як показує нещодавній аналіз МЕА, потреби в охолодженні стануть другим найбільшим споживачем глобального обсягу енергії у прийдешні десятиліття. Ігнорування зростаючих потреб в охолодженні демонструє, чому саме нам потрібно звертати більшу увагу на бік енергоспоживання у зеленому рівнянні.

Потреби в охолодженні швидко збільшуються по всьому світу, зокрема у країнах, що розвиваються. Збільшення спричинене економічним розвитком та адаптацією до потепління на планеті внаслідок кліматичних змін. Період з 2013 по 2021 рік був визнаний одним з 10 найтепліших зареєстрованих періодів, а у 2022 році більш інтенсивні та тривалі теплові маси спостерігалися по усьому світу. Тепло та нестача технологій охолодження являють істотний ризик.

Відповідно до дослідження у журналі The Lancet приблизно 500000 людей помирають від аномальних температур кожного року. Застерігають, що кількість смертей внаслідок екстремальних температур – тепла та холоду – збільшиться у найближчі роки.

Водночас 13 % усіх продуктів харчування, вироблених у світі, втрачається через

відсутність ланцюжків охолодження, послідовного ланцюжка холодильного транспорту та сховищ, які підтримують належну температуру продуктів. Це є особливо важливим для країн, що розвиваються, у яких доступ до технологій охолодження є набагато більш обмеженим, ніж у розвинутих країнах. Встановлено, що обсяг втрачених продуктів здатен нагодувати 950 мільйонів людей на рік.

Нестача холодильних сховищ та відповідного транспорту могли б запобігти 1,5 мільйонів вакцинокерованих смертей.

З потенціалом впливу на здоров’я, добробут, продуктивність та харчову безпеку, потреба в охолодженні є очевидною. Це необхідність, а не розкіш. Через глобальне потепління,

зростання населення, урбанізацію та збільшення прибутків очікується швидке зростання потреб в охолодженні у найближчі декілька десятиліть. Однак технології охолодження споживають велику кількість енергії, і використання цієї енергії могло б різко збільшитися без цільових заходів, спрямованих на збільшення енергоефективності.

У контексті охолодження приміщень, використання енергії внаслідок роботи приблизно

2 мільярдів кондиціонерів вже має істотний вплив, як на загальний обсяг споживання, так і на потреби у пікові періоди. Охолодження приміщень налічувало приблизно 16 % загального обсягу електроенергії, що використовується у будівлях, або приблизно 2000 ТВт·год. кінцевого споживання у 2021 році. Це створює навантаження на електричні мережі, зокрема у спекотні дні, коли обладнання використовується на повній потужності.

У деяких країнах охолодження приміщень може становити понад 70 % обсягу побутового

енергоспоживання у надзвичайно спекотні дні. Енергопотреби на охолодження будівель можуть зрости більш ніж утричі до 2050 року – споживаючи стільки ж енергії, скільки сьогодні споживають Китай та Індія разом.

Попри покращення заходів з енергоефективності та виробництво енергії з меншим обсягом вуглецю, викиди CO2 від охолодження продовжують зростати. Викиди від охолодження приміщень зросли більш ніж удвічі до 1 Гт у період з 1990 до 2020 року.

Це призводить до замкнутого порочного кола: по мірі потепління у світі потреби в охолодженні збільшуються, призводячи до ще більшого потепління. Питання у тому, як ми можемо розірвати це коло, щоб забезпечити доступне охолодження в усьому світі та водночас кліматичну нейтральність у 2050 році? Коротка відповідь є такою: ми повинні запроваджувати енергоефективні рішення для охолодження задля забезпечення цієї мети.

Для охолодження приміщень, ми також можемо робити набагато більше для просування енергоефективних рішень. Енергоефективність кондиціонерів повітря може змінюватися до 70 %. Ми можемо скоротити глобальний обсяг енергоспоживання на потреби охолодження майже удвічі усього лише за рахунок вибору ефективних рішень.

Централізоване холодопостачання є ще однією перспективною альтернативою. У Сінгапурі працює найбільша у світі система централізованого холодопостачання, і країні вдалося зменшити рахунки за електроенергію на 40 % та скоротити викиди в еквіваленті 10 000 автомобілів на рік. Централізоване холодопостачання також пропонує потенціал для заміни небезпечних холодоагентів ефективними та кліматично нейтральними альтернативами, наприклад, такими природними холодоагентами як пропан.

У нас вже є доступні технології для зменшення енергоспоживання охолоджувального обладнання; зараз необхідно зосередитися на діях. Інвестиції у енергоефективні рішення з охолодження дозволять скоротити викиди, зменшити рахунки за електроенергію та навантаження на електромережу, водночас забезпечуючи здорові та комфортні умови життя.

Охолодження є усього лише одним прикладом ризику нехтування енергопотреб з боку споживання. Як ми побачимо у наступному розділі, скорочення обсягу енергоспоживання є можливим у різноманітних галузях та пропонує істотний потенціал для зменшення викидів, покращення добробуту та створення робочих місць.

У транспортному секторі неефективна техніка та кораблі спалюють набагато більше палива, ніж потрібно. У промисловому секторі неефективні електричні двигуни використовують більше енергії, ніж потрібно, а надлишкове тепло, що генерується у ході технологічного процесу, не використовується. І у будівлях – як комерційних, так і житлових – великий зайвий обсяг енергії витрачається щодня тільки тому, що елементарні засоби моніторингу та контролю використання енергії й досі не встановлені.

Гарною новиною є те, що вже існують доступні рішення. Попри те, що енергоефективні заходи зазвичай асоціюються з опаленням та охолодженням будівель, існує велика кількість технологій, які здатні зменшити енергоспоживання у різних секторах – у будівлях, транспорті та промисловості.

Наприклад, ми можемо збільшити ефективність використання палива машинами та зменшити потребу в дизелі. Будівельна галузь налічувала загалом 13 % глобальних викидів CO2, пов’язаних з енергетикою, у 2021 році. Істотним джерелом цих викидів є важка техніка, що працює на будівельних майданчиках. Станом на сьогодні середньостатистичний екскаватор є ефективним лише на 30 %, тобто 70 % енергії витрачається дарма. Вже існують технології для збільшення ефективності важкої техніки, наприклад, шляхом зменшення енергоспоживання, коли техніка не працює та зменшення гідравлічних втрат і відновлення використаної енергії під час роботи. Ефективному та електрифікованому екскаватору потрібно усього лише 25 % енергії для виконання такого ж обсягу роботи, що і неефективному дизельному екскаватору. Іншими словами, енергоефективність та електрифікація можуть скоротити енергоспоживання у деяких екскаваторах на 75 %. Див. приклад про будівельні майданчики.

У будівлях ми можемо використовувати як прості, так і розумні технології для істотного зменшення викидів. Засоби моніторингу та контролю використання енергії можуть бути впроваджені дуже просто. Електронні терморегулятори, керування за погодними умовами та гідравлічне балансування можуть істотно скоротити обсяги споживання енергії, водночас покращуючи клімат усередині приміщень. Див. приклад Linde Haven. Прості заходи, як заміна котлів на викопному паливі високоефективними тепловими насосами, може скоротити обсяг споживання до 75 %. Як ми побачили в останньому розділі, технології, які можуть миттєво скоротити енергопотреби на охолодження будівель, також можуть бути впроваджені прямо зараз.

У такий самий спосіб можна прискорити енергоефективність нашої промисловості. Впровадження кращих практик енергоменеджменту дозволяє заощаджувати до 15 % у перші 1-2 роки з невеликими капітальними інвестиціями або навіть за їх відсутності. Прості заходи з підвищення енергоефективності наших галузей економіки – як то енергоефективні приводи для зменшення енергоспоживання електричних двигунів – вже існують та є доступними. Див. приклад для промисловості.

Якщо коротко, енергоефективність, яка навчає досягати більше з меншими витратами, є критичною для виконання наших цілей вуглецевої нейтральності. Технології енергоефективності можуть запроваджуватися та мати свій ефект вже зараз. Саме тому, відповідно до МЕА, посилення заходів з енергоефективності може скоротити викиди CO2 ще на 5 Гт на рік до 2030 року, порівняно з діючими державними політиками. Це приблизно третина загального скорочення викидів, необхідних для досягнення сценарію вуглецевої нейтральності до 2050 року.

Технології вже є економічно доступними та окупаються за рахунок заощадження енергії, навіть ще більше при нинішніх цінах на енергію. Разом з наведеними прямими перевагами кращої енергоефективності, давайте детальніше розглянемо деякі більш опосередковані, проте вкрай важливі, переваги. Це енергоефективність як інструмент реалізації електрифікації.

Як багатьом відомо, електрифікація є одним з найважливіших чинників для переходу до зеленої енергетики. Однією з очевидних причин є те, що електрифікація робить можливою заміну енергії на викопному паливі на енергію з відновлюваних джерел. Електроенергія є одним з небагатьох безвуглецевих носіїв енергії: після генерації електроенергії відсутні викиди, пов’язані з її використанням.

На додаток до цього існує ще одна, проте поза належною увагою, причина, чому електрифікація є ключем до реалізації стратегій декарбонізації: електрифікація зменшує обсяги енергоспоживання, завдяки підвищеній ефективності електричних технологій. Як ми щойно дізналися з попереднього розділу, можливості енергоефективності у наших будівлях, транспорті та промислових галузях заощаджують енергію та часто роблять це за рахунок переходу від неефективних технологій на викопному паливі до більш ефективних електричних технологій. Електричне обладнання є набагато більш ефективним, ніж аналогічні технології, що працюють безпосередньо на викопному паливі. Електричні теплові насоси, наприклад, є у 3-4 рази більш ефективними ніж спалювання викопного палива для генерації теплової енергії. Високоефективні теплові насоси являють собою не тільки енергоефективні засоби, а й відкривають шлях до електрифікації технологій опалення та гарячого водопостачання. Це одна з причин, чому енергоефективність та електрифікація так тісно пов’язані.

Однак, взаємозв’язок між електрифікацією та енергоефективністю є більш глибоким, ніж просто той факт, що електричні технології є більш ефективними, ніж технології на викопному паливі. Енергоефективність є рушієм електрифікації.

Як демонструє приклад для галузі будівництва, більша енергоефективність може зменшити вартість електрифікації: якщо ви бажаєте електрифікувати транспорт, розмір необхідного акумулятора залежить від того, скільки енергії споживають транспортні засоби. Шляхом впровадження енергоефективних заходів, які зменшують втрати холостого ходу та гідравлічних компонентів, та повторного використання енергії ми можемо істотно зменшити енергетичні потреби будівельної техніки. Що у свою чергу дозволить зменшити розмір акумуляторів та у такий спосіб вартість електрифікації.

Стійкість енергомережі є ще однією причиною, чому енергоефективність є інструментом реалізації електрифікації. Енергоефективність здатна вирівнювати піки постачання та споживання енергії. У такий спосіб вона забезпечує стійкість енергомережі, необхідну для повної електрифікації суспільства. До прикладу, технології охолодження завдають додаткового навантаження на електромережі, зокрема у надзвичайно спекотні дні, коли обладнання використовується на повній потужності. Енергоефективність дозволяє зменшити ці піки, завдяки безпосередньому зменшенню потреб в електроенергії, а також, завдяки тому що вона забезпечує охолодження (або опалення) наших домівок, вона є найдешевшою, а, отже, найбільш ефективною технологією.

Крім того, вирівнювання піків за рахунок енергоефективності також дозволяє зменшити вуглецеві викиди. Викопні види палива зазвичай використовуються на додаток до відновлюваних джерел, коли обсяг чистої енергії в мережі є недостатнім. Шляхом зменшення потреб в електроенергії у години пікових навантажень, енергоефективність напряму зменшує обсяг викопного палива, необхідного для балансування енергетичної системи.

Інтеграція секторів це про максимально можливу синергію між секторами, підключення споживачів до виробників енергії та конвертацію і зберігання енергії.

Візьмемо відпрацьоване тепло. Супермаркети, центри обробки даних, водоочисні споруди та промислові підприємства – усі вони генерують надлишкове тепло. Див. приклад для водоочисних споруд та див. приклад для супермаркетів. На хвилинку подумайте про тепло, що генерується вашим ноутбуком, а потім уявіть це в масштабах центру обробки даних. Замість того, щоб просто випускати тепло у повітря, його можна збирати та використовувати для опалення навколишніх будівель та забезпечення теплом місцевих жителів. Подібним чином супермаркети використовують велику кількість енергії на охолодження, і тепло, що генерується у процесі охолодження, можна збирати та повторно використовувати.

Одним із ключових викликів у декарбонізації нашої енергомережі та збільшенні рівня електрифікації є забезпечення балансу генерації та споживання енергії. При комплексному підході до енергосистеми та поєднанні різних джерел енергії, інтеграція секторів дозволяє забезпечити гнучке використання енергії. Інтеграція дозволяє згладити невідповідність між генерацією та споживанням, щоб ми могли використовувати усю наявну потужність у мережі. Згладжування піків буде особливо важливим, оскільки ми продовжуємо збільшувати потужність відновлюваних джерел та запроваджуємо електрифікацію. Інтеграція секторів дозволяє повністю використовувати потенціал енергоефективності та електрифікації, а усі три рішення разом є фундаментальними для досягнення нульових викидів.