Пренебрегаемая сторона спроса в зеленом уравнении

02 Декабря 2022

В новом техническом документе от Danfoss, датской инженерной группы, под названием «Пренебрегаемая сторона спроса в зеленом уравнении» подробно рассказывается о том, как энергоэффективность способствует электрификации.

Ким Фаузинг, генеральный директор Danfoss, говорит:

«Если мы не снизим спрос на энергию, наращивание возобновляемых источников энергии будет не достаточным. У нас просто не будет достаточно зеленой энергии для удовлетворения потребностей растущего населения. Одним из упущенных фактов является то, что возобновляемая энергия приходит пиками и используется пиками. Энергоэффективность позволяет нам сглаживать эти пики, например, за счет повторного использования избыточного тепла от предприятий, супермаркетов и центров обработки данных для обогрева наших домов. Энергоэффективность имеет основополагающее значение для полной электрификации нашего общества.”

Сократим разрыв между обещаниями и действиями

Глобальное потепление, вызванное деятельностью человека, достигло примерно на 1,2°C выше доиндустриального уровня, а при нынешних мерах политики к концу столетия потепление достигнет примерно 2,8°C. 2022 год был годом устойчивых засух, приведших к широкомасштабным лесным пожарам, сокращению производства продуктов питания и аномальной жаре от США и Африки до Китая и Европы. Ледники в Андах и Гималаях тают, унося с собой источник питьевой и поливной воды для тысяч людей. А в Арктике ледники тают гораздо быстрее, чем предсказывали ученые. Изменение климата — это уже наступивший, а не будущий кризис.

Хорошая новость заключается в том, что у нас есть готовые решения, и нам не нужно ждать. На самом деле, большая часть глобального сокращения выбросов углерода до 2030 года, необходимого для достижения цели «Нулевой уровень выбросов к 2050 году», разработанного Международным энергетическим агентством (МЭА), достигается за счет технологий, доступных сегодня. Мы наблюдаем массовое наращивание возобновляемых источников энергии, чтобы решить проблему предложения в «зеленом уравнении». Это действительно необходимо, но нам нужно еще больше. Но если мы в то же время не будем обращать внимание на сторону спроса в зеленом уравнении (ускорение потребления энергии), наращивание возобновляемых источников энергии будет все равно не достаточным.

Как отмечает МЭА, энергоэффективность может помочь нам на треть приблизиться к чистому нулю. Энергоэффективность означает использование меньшего количества энергии для выполнения той же задачи, то есть устранение потерь энергии. В этой статье мы исследуем, почему эффективность использования энергии играет такую важную, но политически недооцененную роль в борьбе с изменением климата. Самая экологичная, безопасная и дешевая энергия — это энергия, которую мы не используем.

Охлаждение необходимо для жизни на всей планете. Она необходима для хранения и транспортировки продуктов питания и медикаментов.

Потребность в охлаждении быстро растет во всем мире, особенно в развивающихся странах. Увеличение вызвано экономическим развитием и адаптацией к более теплой планете из-за изменения климата. Годы с 2013 по 2021 вошли в десятку самых теплых за всю историю наблюдений, а в 2022 году по всему миру наблюдались интенсивные и продолжительные волны тепла.

В то же время 13% всех продуктов питания, производимых в мире, теряется из-за отсутствия холодильных цепей, непрерывной серии холодильных перевозок и хранения, которые поддерживают правильную температуру продуктов питания. Это особенно важно для развивающихся стран, где доступ к холоду намного ниже, чем в развитых странах. Подсчитано, что эта потерянная еда могла бы прокормить 950 миллионов человек в год.

Отсутствие холодильных складов и рефрижераторного транспорта также является причиной 1,5 миллиона смертей, которые можно было бы предотвратить с помощью вакцин.

С учетом потенциального воздействия на здоровье, благополучие, производительность и продовольственную безопасность потребность в охлаждении очевидна. Это необходимость, а не роскошь. Но охлаждение потребляет большое количество энергии, и это потребление энергии может быстро увеличиться без целенаправленных действий по повышению эффективности.

Что касается охлаждения помещений, потребление энергии примерно 2 миллиардами работающих кондиционеров уже оказывает значительное влияние как на общий, так и на пиковый спрос на энергию. К 2050 году потребность в энергии для охлаждения помещений в зданиях может увеличиться более чем в три раза — столько же, сколько сегодня потребляет весь Китай и Индия.

Несмотря на повышение эффективности и менее углеродоемкое производство энергии, выбросы CO₂ при охлаждении продолжают расти. Выбросы от космического охлаждения более чем удвоились до 1 Гт в период с 1990 по 2020 год.

Это приводит к порочной петле обратной связи: по мере того, как мир становится теплее, потребность в охлаждении увеличивается, и это приводит к еще большему потеплению. Вопрос в том, как разорвать порочный круг, чтобы мир имел доступ к недорогому охлаждению и при этом стал климатически нейтральным в 2050 году? Короткий ответ: необходимо использовать энергоэффективные решения для охлаждения, которые делают это возможным.

Энергоэффективное охлаждение

По оценкам Danfoss, доступная технология холодовой цепи может снизить потери пищевых продуктов до 40% в развивающихся странах. Упаковка, хранение и транспортировка скоропортящихся продуктов при правильной температуре продлевают срок их службы.

Энергоэффективность кондиционеров может варьироваться до 70%. Мы можем сократить глобальное потребление энергии на охлаждение почти вдвое, просто выбрав эффективные варианты.

Централизованное холодоснабжение — еще одно из многообещающих решений. Сингапур имеет самую большую в мире систему централизованного холодоснабжения, и страна сократила свои счета за электроэнергию на 40%, а выбросы в стране эквивалентны 10 000 автомобилям в год. Централизованное охлаждение также предоставляет возможность заменить опасные хладагенты эффективными и нейтральными для климата альтернативами, например, природными хладагентами, такими как пропан.

У нас уже есть технология, позволяющая сократить энергопотребление охлаждения. Инвестиции в энергоэффективные решения для охлаждения сократят выбросы, счета за электроэнергию и нагрузку на электросеть.

Решения существуют

В целом мнения экспертов сводятся к трем основным шагам в борьбе с изменением климата и достижении нулевого уровня выбросов:

необходимо сделать электроэнергию зеленой, заменив ископаемую энергию возобновляемыми источниками;
требуется электрифицировать все, что возможно, во всех секторах;
а затем необходимо удалить небольшие оставшиеся выбросы, связанные с процессами, которые не могут быть электрифицированы (например, путем улавливания и хранения углерода или лесовосстановления).

Возобновляемые источники энергии — это хорошо освещенная тема, которая в большинстве случаев не подвергается сомнению с политической точки зрения. Однако для повышения роли электричества в энергетическом балансе часто упускаемым из виду остается тот факт, что в первую очередь нам необходимо сократить спрос на энергию. Другими словами, энергоэффективность является фактором электрификации.

Экономить энергию

Энергоэффективность просто означает использование меньшего количества энергии для выполнения той же задачи, то есть устранение потерь энергии.

Несмотря на то, что меры по повышению эффективности часто связаны с отоплением и охлаждением зданий, существует длинный список технологий, которые могут сократить потери энергии в разных секторах — в зданиях, на транспорте и в промышленности. Уже существует возможность улучшить топливную экономичность машин и снизить спрос на дизельное топливо. Энергоэффективность и электрификация могут снизить потери энергии в некоторых экскаваторах на 75%.

В зданиях мы можем использовать как простые, так и интеллектуальные технологии, чтобы значительно сократить выбросы. Электронные термостаты, предиктивное управление моделями и гидравлическая балансировка могут значительно снизить потребление энергии, в то же время улучшая микроклимат в помещении.

Замена котлов, работающих на ископаемом топливе, высокоэффективными тепловыми насосами может снизить потребление энергии до 75%. Технологии, которые могут немедленно снизить потребность в энергии для охлаждения зданий, также могут быть сразу реализованы.

Простые меры по повышению энергоэффективности наших отраслей могут снизить энергопотребление электродвигателей — они уже существуют и являются рентабельными.

Короче говоря, энергоэффективность, то есть умение делать больше с меньшими затратами, имеет решающее значение для достижения целей по чистому нулю. Технологии энергоэффективности можно внедрить, и они сразу же окажут влияние. Вот почему, по данным МЭА, активизация действий по повышению энергоэффективности может сократить выбросы CO₂ к 2030 году дополнительно на 5 Гт в год по сравнению с текущей политикой.

Электрифицировать

Электрификация означает полный или частичный переход от технологий, непосредственно использующих ископаемое топливо, к технологиям, использующим электричество. Как известно, электрификация является одним из важнейших рычагов перехода к «зеленой» экономике. Одной из очевидных причин является то, что электрификация позволяет заменить энергию ископаемого топлива производством электроэнергии из возобновляемых источников. Электричество также является одним из немногих безуглеродных носителей энергии: после выработки электроэнергии отсутствуют выбросы, связанные с ее использованием.

Вдобавок к этому есть одна важная, но упускаемая из виду причина того, что электрификация является ключевой во всех стратегиях обезуглероживания: электрификация экономит потребление энергии благодаря более высокой эффективности электрических технологий.

Однако связь между электрификацией и энергоэффективностью более глубока, чем тот простой факт, что электрические технологии более энергоэффективны, чем технологии, основанные на ископаемом топливе. Энергоэффективность является одним из факторов электрификации.

Стабильность сети — еще одна причина, по которой энергоэффективность способствует электрификации. Энергоэффективность может нивелировать пики спроса и предложения энергии. Тем самым обеспечивается стабильность сети, необходимая для полной электрификации общества.

Кроме того, сбрасывая пики энергоэффективности, мы также сокращаем выбросы углерода. Ископаемые виды топлива часто используются в качестве остаточного топлива для дополнения возобновляемых источников энергии, когда количество чистой энергии недостаточно. Сокращая количество энергии, необходимой в пиковые периоды, энергоэффективность напрямую снижает количество ископаемого топлива, необходимого в энергетическом балансе.

Одной из ключевых задач при обезуглероживании сети и увеличении электрификации является обеспечение того, чтобы предложение соответствовало спросу. Энергоэффективность может сделать использование энергии более гибким и уменьшить пики.

Интегрировать

Энергия тратится повсюду. Рисунок 1 иллюстрирует потребление энергии в США. Из всей потребляемой энергии только одна треть фактически используется для производства услуг, а до двух третей энергии выбрасывается, что означает чистые отходы.

Забытая сторона спроса в зеленом уравнении

Рисунок 1

Интеграция секторов является последним основным рычагом в обезуглероживании нашей энергетической системы, поскольку она позволяет повторно использовать отбракованную и иным образом потраченную впустую энергию. Интеграция секторов заключается в максимизации синергии между секторами, соединении потребителей энергии с производителями энергии, а также в преобразовании и хранении энергии.

Интеграция секторов позволяет реализовать весь потенциал энергоэффективности и электрификации, и эти три решения вместе имеют основополагающее значение для достижения чистого нуля.