Альтернативные источники энергии: что это, виды, есть ли в России

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

• Что это
• Виды
• Планы
• Примеры
• Инвестиции

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 32)

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году.

Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO₂ в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Полная версия отчета Renewables 2019 в формате PDF (см. стр. 47)

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Чистая энергия будущего – Интересные статьи – Клиентам

В то время как специалисты во всём мире ищут альтернативные источники энергии, страны Ближнего Востока используют ресурс, которого у них в изобилии: солнце. Для эксперта по солнечной энергетике Тибо Дюшато (Thibaud Duchateau) солнце – это ключ к чистой энергии будущего, к миру, более пригодному для жизни наших потомков.

Лучшее будущее для человечества

Руководитель отдела эксплуатации в SirajPower Тибо Дюшато ещё в студенческие годы задумывался о защите окружающей среды. Он стремился создать лучшее будущее для человечества, поэтому начал строить карьеру в области солнечной энергетики.

«Меня восхищает всё, что связано с альтернативной энергией, и я хочу реально изменить ситуацию с помощью моей работы. В секторе солнечной энергетики мне посчастливилось работать каждый день с людьми, которые разделяют мой энтузиазм», — поделился эксперт.

Тибо Дюшато родился во французском городе Тулуза и с детства путешествовал по миру со своей семьей. Первые школьные годы он провел в Марокко, а затем переехал в Абу-Даби, столицу Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ), на семь лет. Его отец работал инженером, а мать учительницей. Сейчас семья вернулась во Францию, и Тибо навещает их дважды в год.

«Из многочисленных путешествий я ещё в детстве понял разрушительное воздействие изменения климата на мир, и вскоре осознал, что хочу быть частью сектора, который помогает решать эту глобальную проблему».

Karcher против песчаных бурь

Сейчас Тибо Дюшато живёт в Дубае, где управляет отделом эксплуатации и технического обслуживания в SirajPower. Компания создаёт комплексные решения по разработке, строительству и эксплуатации солнечных крыш, которые преобразуют свет солнца в электричество для коммерческого и промышленного использования.

Тибо особенно ценит в своей работе общение с людьми, например, с клиентами или поставщиками. Он также следит, чтобы его команда работала слаженно. Специалисты стараются непрерывно улучшать продукты, и сам руководитель предлагает новаторские решения для проектов, играя важную роль в создании экологичного будущего.

SirajPower отвечает за установку, очистку и техническое обслуживание более 190 солнечных электростанций общей площадью 600 тыс. м² и установленной мощностью 100 мегаватт. Солнечные модули расположены по всему городу. Каждый день заводы SirajPower вырабатывают около 274 000 кВтч энергии, что соответствует энергии, необходимой для непрерывного вождения примерно 25,5 автомобилей с бензиновым двигателем в течение года.

Погодные условия в Дубае создают ряд специфических проблем. «Здесь очень много пыли, и песчаные бури случаются тоже», — объясняет Тибо Дюшато. «Чтобы наше сложное производственное оборудование всегда работало наилучшим образом, очень важно регулярно его чистить». Поэтому компания использует систему iSolar от Karcher для очистки своих солнечных панелей.

«Наше сотрудничество с Karcher сложилось давно», — отмечает он. «Оно началось с выполнения технического обслуживания на объектах. Однако мы быстро поняли, что у нас велика потребность в регулярном обслуживании из-за суровых погодных условий в ОАЭ. Именно тогда мы начали переговоры с Karcher о разработке индивидуальных решений, которые используем до сих пор. iSolar может использоваться везде, где установлены солнечные и фотоэлектрические установки для аккумулирования энергии солнца».

Изменить мир — возможно

SirajPower создаёт совершенно новые способы получения энергии, и не только солнечной. Например, компания разработала решения, которые позволяют передавать с помощью аккумуляторов неиспользованную энергию от солнечных модулей на строительные площадки. Тибо Дюшато играет здесь ключевую роль:

«Вместо использования дизельного генератора мы предлагаем совершенно новый тип решения, благодаря которому в ближайшие годы мы сможем снабжать энергией гораздо большую часть ОАЭ и Ближнего Востока», — объясняет Тибо Дюшато. «То, что делается здесь, можно повторить по всему миру».

Ключевой фактор успеха

Не только работа, но и личная жизнь Тибо Дюшато тесно связана с природой. Выходные он проводит на свежем воздухе, заряжаясь адреналином. Инженер выбирает скалолазание, дайвинг и кайтсерфинг на бескрайних пляжах Дубая. Он любит смотреть, как разноцветные воздушные змеи танцуют в небе, и ничто не доставляет ему больше удовольствия, чем мчаться по воде, занимаясь кайтсерфингом и ощущая чистую энергию ветра.

Тибо Дюшато уверен, что природа даёт ему жизненные силы и помогает восполнить запасы энергии. Для него этот баланс в жизни – ключевой фактор успеха.

ИДЕАЛЬНОЕ СООТВЕТСТВИЕ – Atlas Renewable Energy

Электромобили (ЭМ) являются одной из наиболее многообещающих технологий сокращения выбросов в глобальном транспорте, но преимущества, которые они приносят, зависят от источника энергии, на которой они работают. Сегодня слишком мало электромобилей питается от возобновляемых источников энергии. Чтобы они стали по-настоящему экологичным вариантом, это должно измениться.

Революция электромобилей грядет. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), к 2030 году количество пассажирских транспортных средств, работающих на электричестве, на дорогах мира может превысить 250 миллионов, в то время как, по оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), число электрических автобусов и других транспортных средств общественного транспорта может увеличиться. более 10 млн.

Поскольку электродвигатель вместо двигателя внутреннего сгорания, электромобили не выпускают выхлопные газы из выхлопной трубы, а это означает, что, в отличие от традиционных транспортных средств, они не выбрасывают углекислый газ, озон и твердые частицы в воздух, которым мы дышим.

Это важно, потому что на транспорт приходится около одной пятой глобальных выбросов, а на автомобильные перевозки приходится целых три четверти этого количества. Большая часть этого приходится на легковой транспорт – автомобили и автобусы – на долю которых приходится 45,1%. остальные 290,4% приходится на грузовики, перевозящие грузы.

Более того, это число будет только увеличиваться, так как рост населения и демографические сдвиги стимулируют все больший спрос на автомобильные перевозки, не говоря уже о росте электронной коммерции, увеличивающем потребность в грузовых перевозках и доставке последней мили.

Учитывая, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) подсчитала, что загрязнение воздуха является причиной каждой девятой смерти в мире, преобразование нашей глобальной транспортной матрицы в одну, управляемую электромобилями, почти гарантирует более безопасное и экологически чистое будущее для всех — или так?

Грязная энергия

Электромобилю требуется от 24 до 50 кВт/ч электричества, чтобы проехать 100 миль, и это электричество поступает из сети. Согласно исследованию Министерства энергетики США, которое показывает, что к 2050 году рост электрификации повысит национальное потребление на целых 38%, в значительной степени из-за электромобилей, в некоторых случаях электромобили могут привести к значительным выбросам парниковых газов (ПГ) или даже помочь продлить срок службы ископаемого топлива, если заряжать его в основном за счет энергии, вырабатываемой на ископаемом топливе.

На самом деле, недавнее исследование китайского Университета Цинхуа показало, что электромобили, заряженные в Китае, где большая часть электроэнергии вырабатывается на угольных электростанциях, выделяют в два-пять раз больше твердых частиц и химикатов по сравнению с автомобилями с газовым двигателем.

По сути, если электричество, питающее электромобили, не будет чистым, электромобили никогда не станут полностью экологичным вариантом.

Принимая во внимание огромное количество электромобилей, которые, по прогнозам, появятся в сети в ближайшие годы, крайне важно, чтобы как пользователи, так и коммунальные службы нашли способ заряжать их от возобновляемых источников энергии. Действительно, электромобили могут стать ключом к объединению секторов возобновляемой энергетики и низкоуглеродного транспорта на благо всех.

Электромобили станут крупнейшими покупателями возобновляемой энергии

К 2030 году количество электроэнергии, необходимой для питания всех электромобилей, составит колоссальные 640 ТВтч. Чтобы представить это в перспективе, более 300 глобальных корпораций, подписавших RE100, обязуются закупать на 100% возобновляемую энергию в совокупности около 220 ТВт-ч в год — или чуть более трети от этой суммы.

Это создает большие возможности для позиционирования электромобилей как одного из крупнейших покупателей электроэнергии из возобновляемых источников в мире. Не только это, но и потребности электромобилей в электроэнергии могут быть использованы для запуска большего количества возобновляемых мощностей по всему миру.

Модель уже существует: корпоративные закупки возобновляемой энергии через двусторонние соглашения о покупке электроэнергии (PPA) создали значительный добровольный спрос на новые проекты возобновляемой энергии во всем мире. В прошлом году корпорации приобрели рекордные 23,7 ГВт чистой энергии по сравнению с 20,1 ГВт в 2019 году и 13,6 ГВт в 2018 году, согласно новому исследованию, опубликованному BloombergNEF (BNEF), и это произошло, несмотря на сбои, вызванные Covid-19. пандемии и последовавшей за ней мировой рецессии.

Посредством PPA производители оригинального оборудования для электромобилей (OEM), операторы точек зарядки, поставщики услуг электромобильности и растущее число компаний, которые обязуются перевести свой автопарк на электромобили, могут разработать бесшовные экологически чистые решения для будущего, а также а также способствовать развитию новых проектов в области возобновляемых источников энергии, что, в свою очередь, приблизит мир к достижению целей Парижского соглашения.

Не только электроэнергия, на которой они работают

Важен не только ток, питающий аккумуляторы транспортных средств. Половина выбросов в течение жизненного цикла литиевых батарей в электромобилях связана с электричеством, используемым для их сборки и производства, а это означает, что баланс электроэнергии на заводах OEM также является ключевой частью уравнения. Недавнее исследование IVL, шведского экологического института, показало, что литиевые батареи, произведенные в регионах с нулевой углеродной сетью, имеют выбросы 61 кг эквивалента CO2 на кВтч емкости батареи (CO2e/кВтч). Эта цифра более чем удваивается — до 146 кг — когда электроэнергия, используемая в производстве аккумуляторов, поступает из ископаемого топлива.

Таким образом, экологические преимущества электромобилей зависят не только от того, насколько экологически чистым является электричество, используемое для зарядки их аккумуляторов, но и от углеродоемкости электричества, используемого для производства этих аккумуляторов, что создает еще один императив для производителей электромобилей. перейти на возобновляемую энергию.

Стабильная сеть

Рост использования электромобилей может стимулировать рост использования возобновляемых источников энергии и другими способами. Частные автомобили проводят 95% своего времени на стоянке, и специалисты по планированию энергетики ищут способы использовать это мертвое время для решения одной из самых больших проблем при расширении сетей возобновляемых источников энергии: стабильности.

«Масштабные электромобили могут создавать огромные емкости для хранения электроэнергии», — говорит Дольф Гилен, директор Центра инноваций и технологий IRENA. «Умная зарядка, которая одновременно заряжает автомобили и поддерживает сеть, открывает замкнутый круг, в котором возобновляемые источники энергии делают транспорт чище, а электромобили поддерживают большую долю возобновляемых источников энергии».

Технология, позволяющая это сделать, все еще находится в зачаточном состоянии — пока что Nissan Leaf является единственным серийным электромобилем на рынке, который позволяет заряжать автомобиль от сети (V2G). Однако мы в Atlas рады видеть, что все больше OEM-производителей начинают рассматривать эту возможность: например, Hyundai, Kia и Lucid планируют включить ее в будущие автомобили.

При хорошем планировании и правильной инфраструктуре электромобили могут сократить выбросы, заменить загрязняющие окружающую среду транспортные средства и ускорить развертывание инфраструктуры возобновляемых источников энергии, а когда они припаркованы и подключены к розетке, они действуют как аккумуляторные батареи, стабилизируя электрические сети, работающие от возобновляемых источников энергии. солнечная энергия. Для поставщиков возобновляемой энергии, таких как Atlas, это дает нам возможность обеспечивать все большее количество экологически чистой электроэнергии для растущего числа промышленных секторов.

Машинист электрификации

По мере того как правительства всего мира обнародуют планы по прекращению продажи автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем, не заставит себя долго ждать, пока электромобили станут основой как общественного, так и частного транспорта. От частных электромобилей до коммерческих таксопарков и беспилотных электробусов — электромобили быстро переопределяют рынок.

Что действительно интересно, так это то, что это означает для общего спроса на электроэнергию. Прогнозы МЭА показывают, что мировой спрос на электроэнергию вырастет более чем на треть к 2040 году, в основном за счет внедрения электромобилей, которые увеличат спрос на электроэнергию для транспорта практически с нуля до 4000 ТВтч в год. Это увеличивает долю электроэнергии в общем конечном потреблении энергии с 19% в 2018 году до 31% в 2040 году, обогнав нефть и оставив далеко позади уголь.

В Atlas мы рассматриваем это как беспрецедентную возможность обезуглерожить энергетическую матрицу. Поскольку электромобили способствуют электрификации, обеспечение того, чтобы эта энергия поступала из возобновляемых источников, сделает нас еще на один шаг ближе к сокращению выбросов CO2 в энергетическом секторе и обеспечению более устойчивого будущего.

Электромобили никуда не денутся, но для того, чтобы они стали по-настоящему экологичным транспортным средством будущего, крайне важно не упустить шанс связать их с возобновляемыми источниками энергии. В Atlas наша двусторонняя структура PPA означает, что мы можем помочь OEM-производителям, поставщикам зарядной инфраструктуры и производителям аккумуляторов в обеспечении того, чтобы электромобили были действительно экологичным предложением от начала до конца.

легковых автомобилей США | Энергетическая инициатива Массачусетского технологического института

Научный сотрудник Валери Карплюс работала с профессором Генри Джейкоби, профессором Джоном Хейвудом, доктором Джоном Рейли и другими над изучением различных политических подходов к мотивации водителей к тому, чтобы они потребляли меньше бензина в своих автомобилях. Используя специально сформулированную модель, основанную на эмпирических данных о покупках транспортных средств и поведении людей в поездках, передовых типах транспортных средств (включая подключаемые гибриды) и многом другом, они рассмотрели затраты и последствия введения налога на бензин, требующего более высокой экономии топлива в новых автомобилях. автомобили, и обязательное использование современного биотоплива. Ее выводы дают новый взгляд на разработку эффективной политики, которая поможет нации двигаться к достижению своих целей в области энергетической безопасности и защиты окружающей среды. Кредит: Стюарт Дарш

В течение нескольких лет в Соединенных Штатах действуют правила, направленные на сокращение растущего потребления бензина в легковых автомобилях. Новый анализ Массачусетского технологического института показывает, что эти правила, предписывающие повышать экономию топлива в новых автомобилях, а в последнее время и постепенный переход на биотопливо, — не самый рентабельный способ сократить потребление бензина. Действительно, умеренный налог на бензин может привести к такому же сокращению на одну шестую стоимости. Но использование налога для снижения спроса на бензин никогда не оказывалось политически осуществимым в Соединенных Штатах.

Другие результаты анализа показывают, что объединение политик может фактически снизить эффективность затрат. Например, когда одновременно вводятся правила, касающиеся эффективности транспортных средств и топлива, затраты складываются, а выгоды — нет. И сочетание этих правил для легковых автомобилей и топлива с системой ограничений и торговли только увеличит затраты на сокращение выбросов парниковых газов (ПГ).

Эти результаты получены на основе макроэкономической модели с новым транспортным компонентом: она включает подробную информацию о передовых транспортных средствах и топливе, характеристиках владельцев транспортных средств и автопарка в разных странах или регионах, а также потребительских инвестициях в цены на транспортные средства и топливо.

Способность модели отслеживать реакцию на определенные меры политики на детальном уровне дает полезную информацию для политиков. Результаты на данный момент показывают, что в случае легковых автомобилей наиболее политически осуществимая политика в Соединенных Штатах сегодня также считается одной из самых дорогостоящих, и что задача политиков состоит в том, чтобы найти способы со временем найти пути решения этого компромисса.

Последствия манеры вождения в США

Легковые автомобили производят около 16% всех антропогенных выбросов парниковых газов и потребляют около 40% всего бензина, используемого в Соединенных Штатах — статистика, вызывающая беспокойство как по причинам изменения климата, так и по причинам энергетической безопасности. Политические и нормативные меры создают ограничения и стимулы, которые могут влиять на поведение потребителей, но может быть трудно заранее оценить, насколько эффективными и дорогостоящими будут такие действия для сокращения потребления бензина и выбросов парниковых газов.

Аналитики могут использовать макроэкономические модели, чтобы предсказать, например, как рост цен на бензин повлияет на использование топлива, доходы и цены на другие товары в энергетическом и неэнергетическом секторах, а также как могут взаимодействовать изменения в различных секторах. И они могут использовать модели с подробным описанием технологий транспортных средств и видов топлива, чтобы прогнозировать, скажем, характеристики энергоэффективности подключаемых гибридов или состав парка транспортных средств с течением времени. Но оценка затрат и выгод политики, направленной на сокращение использования бензина и выбросов в легковых автомобилях, лучше всего достигается с помощью модели, сочетающей в себе как экономику, так и технологию.

«Модели, используемые в анализе политики, как правило, не охватывают как обширные детали системы пассажирских транспортных средств, так и экономическую обратную связь интегрированным образом», — говорит Валери Карплюс, доктор философии 2011 года, научный сотрудник Объединенной программы Массачусетского технологического института по науке и политике глобальных изменений. . «Большинство моделей не очень хорошо представляют, как технологии и поведение реагируют на экономические сигналы, но правильное понимание имеет решающее значение для понимания воздействия конкретных политик».

Разработка технологичной экономической модели

Чтобы заполнить этот пробел, Karplus решила внедрить более детальный транспортный компонент в модель прогнозирования и анализа политики выбросов Массачусетского технологического института (EPPA). Эта сложная макроэкономическая модель, разработанная, уточненная и применяемая в течение последних 20 лет исследователями из Совместной программы, отслеживает глобальную экономическую деятельность и связанное с ней потребление энергии и выбросы парниковых газов. Усовершенствованный транспортный компонент был разработан на основе работы, выполненной в рамках программы MIT Future Vehicles and Fuels под руководством Джона Б. Хейвуда, профессора машиностроения.

Компания Karplus использовала эмпирические данные для представления технологий и вариантов топлива, а также поведения потребителей транспортных средств и водителей. Чтобы убедиться, что модель отражает последние отраслевые прогнозы в отношении передовых транспортных средств и вариантов топлива, она проконсультировалась с несколькими экспертами, в том числе с Розмари Альбинсон, советником по технологиям и транспортной стратегии в группе исследований и технологий в BP. Основываясь на своем обширном опыте, Альбинсон может предоставить подробные данные о передовых транспортных средствах и топливных технологиях, а также ценную информацию о работе мировых рынков наземного транспорта. «Я мог бы объяснить разницу между тем, как люди думают о расходах на топливо в грузовом и легковом бизнесе, а также между развивающимся и развитым миром — и есть отличительные характеристики, которые необходимо моделировать по-разному», — говорит Альбинсон.

С помощью информации от Альбинсона и других компания Karplus внесла три основных изменения в транспортный сектор модели EPPA.

• Она представила различные типы транспортных средств (в том числе подключаемые гибридные электромобили и только электрические транспортные средства) и виды топлива (включая электричество и современные виды биотоплива). Эти варианты могут затем конкурировать с обычными автомобилями с двигателем внутреннего сгорания и топливом.
• Она провела реструктуризацию транспортного сектора, чтобы отразить изменения в топливной экономичности и использовании альтернативных видов топлива в новых транспортных средствах в ответ на изменения цен на топливо и политические требования. Она также отдельно описала километры, пройденные в новых и подержанных автомобилях.
• Наконец, она внесла изменения, чтобы учесть тенденции спроса на поездки, откалибровав взаимосвязь между доходом на душу населения и спросом на поездки по регионам. Спрос на автомобильные перевозки по регионам зависит от дохода на душу населения, роста населения, географии, наличия альтернативных видов транспорта и других факторов.

Выявление последствий конкретных политик

Первой задачей Karplus было установить базовый уровень. Используя усовершенствованную модель EPPA, она проанализировала использование бензина и выбросы парниковых газов до 2050 года без какого-либо вмешательства политики или регулирующих органов. Ее результаты показывают, что в Соединенных Штатах в период с 2010 по 2050 год потребление бензина и выбросы парниковых газов не сильно изменятся по сравнению с сегодняшними уровнями, если предположить вероятные изменения спроса на поездки, затраты на повышение эффективности и доступность типов транспортных средств, работающих на альтернативных видах топлива.

Затем Karplus рассматривает две репрезентативные политики по сокращению потребления бензина. Политика стандарта экономии топлива (FES) регулирует средневзвешенную экономию топлива новых автомобилей (разработана так, чтобы быть аналогичной стандартам корпоративной средней экономии топлива или CAFE, которые были приняты в 1978 году и недавно были ужесточены). Стандарт возобновляемого топлива (RFS) предписывает, чтобы часть запасов топлива состояла из альтернативного топлива, в данном случае из усовершенствованного биотоплива (аналогично RFS, включенному в Закон США об энергетической независимости и безопасности от 2007 г., который постепенно заменяет биотопливо более 15 лет).

Для сравнения, она определила правила FES и RFS, которые позволят достичь совокупного сокращения потребления бензина на 20% в период с 2010 по 2050 год. Она также разработала налоговую политику на бензин, которая приведет к такому же совокупному сокращению. (Налог применялся как постоянный процент от цены бензина, начиная с 1 доллара за галлон в 2010 году.) В соответствии с другими исследованиями, ее анализ этих трех мер показывает, что налогообложение бензина обходится в 6–14 раз дешевле, чем альтернативная политика в достижение 20-процентного сокращения использования этого топлива в период с 2010 по 2050 год9.0005

Понимание того, как работают политики, помогает понять, почему их стоимость различается. Регламент FES распространяется только на новые автомобили, поэтому его положительный эффект требует, чтобы эти автомобили покупались и эксплуатировались в значительном количестве. Регулирование FES является наиболее дорогостоящим, когда увеличение экономии топлива осуществляется поэтапно. Сроки необходимых стандартов имеют решающее значение. Если стандарты экономии топлива будут снижаться постепенно в первые годы, для достижения кумулятивного снижения на 20% потребуется обеспечить высокий уровень эффективности транспортных средств в последние годы соблюдения требований, а это все более дорогостоящее предложение.

---

Воздействие и затраты от объединения стандартов экономии топлива и возобновляемого топлива

На этих диаграммах представлены расчетные последствия и затраты одновременного введения стандарта экономии топлива (FES) и стандарта возобновляемого топлива (RFS). Каждый стандарт предназначен для сокращения совокупного потребления бензина на 20% в период с 2010 по 2050 год. (В этом анализе затраты FES и RFS примерно равны из-за деталей предполагаемой политики, в частности, своевременности необходимых изменений.) Как показывают диаграммы. , комбинированные стандарты дают сокращение потребления бензина на 32%, что значительно меньше ожидаемых 40%. Тем не менее, общая стоимость примерно равна стоимости двух стандартов вместе взятых. Эти результаты демонстрируют необходимость комплексной оценки нескольких политик для получения точного прогноза их совокупного воздействия.

---

Затраты ниже с регулированием RFS. Он сразу начинает вытеснять часть бензина биотопливом как в новых, так и в подержанных автомобилях. Кроме того, биотопливо стоит дороже, чем бензин, поэтому у потребителей есть стимул меньше ездить, тем самым сокращая использование всех видов топлива.

Наконец, налог на бензин требует наименьших затрат, потому что он вызывает отклики по нескольким направлениям. Это дает потребителям сильный стимул покупать экономичные автомобили, переходить на биотопливо, если оно рентабельно, и резко сокращать поездки как на новых, так и на подержанных автомобилях.

Компания Karplus также показала, что объединение правил FES и RFS привело к примерно добавочным затратам, но меньшему количеству дополнительных преимуществ (см. рисунок на стр. 13). Этот результат подчеркивает важность проведения комплексных оценок нескольких политик, которые принимаются одновременно. «Когда государственные органы изучают рентабельность предлагаемой политики, им необходимо учитывать действия других, дополнительных политик, которые могут фактически снизить рентабельность», — говорит Карплюс.

Воздействие на выбросы парниковых газов

Другая тревожная особенность легковых автомобилей в США — их высокий вклад в выбросы парниковых газов — не затрагивается тремя проанализированными политиками. Согласно результатам Karplus, все меры политики приводят к сопоставимому, относительно скромному сокращению выбросов парниковых газов в США (5% или менее от общих совокупных выбросов углекислого газа в результате использования ископаемого топлива). Поэтому она добавила меру, которая конкретно нацелена на выбросы парниковых газов, а именно политику ограничения и торговли квотами в масштабах всей экономики (CAT), которая ранее рассматривалась в законодательных предложениях США по борьбе с изменением климата. Она проанализировала влияние политики CAT отдельно и в сочетании с регулированием FES.

Анализ показывает, что общая стоимость политики CAT и FES вместе будет выше, чем стоимость одной политики CAT, без дополнительного сокращения выбросов парниковых газов. Политика CAT предназначена для выявления в первую очередь наименее затратных мер по сокращению выбросов парниковых газов. (Если фирме необходимо сократить свои выбросы, но ее единственные варианты для этого дороги, она купит менее дорогие сокращения у другой фирмы.) FES заставляет автопроизводителей производить и продавать более экономичные автомобили — набор, который значительно дороже, чем другие доступные неверно истолкованные варианты. Результат: более высокая стоимость для достижения такого же сокращения выбросов.

Экономическая эффективность против политической осуществимости

Компания Karplus также исследовала, почему в Соединенных Штатах выбор наиболее экономически эффективной энергетической и климатической политики для пассажирских транспортных средств оказался таким трудным. Она определяет компромиссы между характеристиками политики, которые делают ее рентабельной, и теми, которые делают ее политически осуществимой. Например, объединение целей в области энергетики и климата может означать, что политика будет привлекательна для более широких кругов, но объединение мер, направленных на достижение этих целей по отдельности, может непреднамеренно снизить эффективность затрат. Она утверждает, что эти компромиссы, вероятно, означают, что наиболее рентабельная политика будет недосягаема в ближайшем будущем. Итак, как нам двигаться вперед?

«Нам нужно найти способы преодолеть вековые дебаты, начиная с того, что возможно сегодня, но с прицелом на то, что может быть возможно завтра, поскольку сегодняшняя политика меняет основные стимулы. Прямо сейчас экономисты настаивают на наиболее рентабельных мерах, а политическое сообщество отвечает, что такие меры политически невозможны», — говорит Карплюс. «Процессы, которые политически осуществимы сейчас, могут быть разработаны таким образом, чтобы максимизировать их рентабельность, и каждая политика должна включать четкие сроки для пересмотра ее воздействия и для оценки возможности перехода к более экономически эффективной политике с течением времени.

Это поможет нам достичь наших важнейших целей в области энергетической безопасности и климата».

---

Это исследование финансировалось компанией BP в рамках программы BP-MIT Advanced Conversion Research Program. BP является одним из основателей MIT Energy Initiative. Дополнительную поддержку оказало Общество стипендиатов семьи Мартинов за устойчивое развитие и науку для достижения результатов (STAR) Агентства по охране окружающей среды США. Поддержку также оказали спонсоры программы Future Vehicles and Fuels профессора Джона Б. Хейвуда. Дополнительную информацию можно найти в следующих публикациях (доступно на globalchange.mit.edu/pubs):

В. Карплюс. Климатическая и энергетическая политика для легковых автомобилей США: технологическое экономическое моделирование и анализ политики.

Кандидатская диссертация, MIT Engineering Systems Division. Февраль 2011 г.

В. Карплюс, С. Пальцев, М. Бабикер, Дж. Хейвуд и Дж. Рейли. Применение техники и деталей парка для представления пассажирского транспорта в вычислимой модели общего равновесия.