За последние пятнадцать лет Китай решил проблему экологического негатива от угольной энергетики. Теперь пришло время добиться ее климатической нейтральности

Китай добился кардинального снижения экологического вреда от своих угольных ТЭС. Теперь он решает задачу декарбонизации угольной энергетики

• ГрАГ. Справка
• Каждый третий киловатт-час электроэнергии произведён в Китае!!!
• В мире в 2024 году произведено 30 триллионов киловатт-час электроэнергии
• Китай 10 триллионов киловатт-часов (33%)
• США+Канада 5  триллионов киловатт-часов (17%)
• ВЫВОД: Половина экономики мира в США и Китае.  

В то время как большинство стран стремится быстрее перевернуть страницы своей «угольной» истории, Китай только наращивает его потребление. На фоне потрясающих воображение успехов страны в сфере зеленых технологий приверженность углю смотрится явным диссонансом и даже угрозой глобальным усилиям в области борьбы с изменениями климата. Однако не стоит драматизировать ситуацию. Китай успешно адаптирует уголь под задачи климатической повестки.

Новый угольный рекорд

Несмотря на полные оптимизма прогнозы Международного энергетического агентства (МЭА), за прошлый год Китай так и не снизил потребление угля. Напротив, оно вышло на новый исторический максимум — в стране добыли 4,66 млрд тонн угля (+2,9% год к году). Но поскольку до требуемых значений внутреннюю добычу нарастить не удалось, нехватка была компенсирована импортом 474 млн тонн (+62% год к году, это больше всей российской добычи — 438 млн тонн в 2023 году).

Прежний рекорд импорта угля в 327 млн тонн был показан в далеком 2013 году.

ГрАГ.

В мире живёт 8 миллиардов человек и добывается 8 миллиардов тонн угля в год, то есть 1 тонна на человека в год. Китай добывает 4,66 миллиардов + 0,438 миллиардов импортирует. Итого, китай из 8 миллиардов добытых тонн угля потребляет 5,1 миллиард!!! Силён мужик.

Примерно 60% угля в Китае используется в электрогенерации. По данным Global Energy Monitor, по итогам прошлого года страна сохранила за собой позиции мирового лидера по темпам развития инфраструктуры угольной генерации: ввод угольных теплоэлектростанций (ТЭС) возрос более чем на 70%.

Если в 2022 году в КНР было введено в эксплуатацию 27,6 ГВт мощности, то в 2023-м — 47,4 ГВт, это около 70% мирового увеличения мощностей угольной генерации.

Для сравнения заметим, что все мощности газовой генерации в Китае составляют 40 ГВт.

Основа энергобаланса

Спрос Китая на уголь объясняется продолжающимся постковидным восстановлением экономики. В 2023 году темпы роста ВВП КНР составили немалую величину — 5,2%.

Экономика Китая проявила растущий аппетит не только по отношению к углю, но и к других ископаемым топливам. За прошедший год Китай вывел на новый максимум внутреннюю добычу нефти и газа, а сырой нефти импортировал больше, чем когда-либо за свою историю: 563,99 млн тонн (+11% год к году). Он также вернул себе первое место среди импортеров СПГ в мире.

Но все же уголь занимает в энергобалансе КНР особое место. Он является базовым элементом, своего рода китайским национальным достоянием.

В первичном энергопотреблении страны на его долю приходится 59%.

Для сравнения (данные за 2020 год): нефти только 17%,

газа — 8%,

атома — 2%.

На долю всех возобновляемых энергоресурсов — 14%,

в том числе ГЭС — 4%.

***

У угля есть два сравнительных преимущества перед нефтью и газом: его дешевизна и наличие собственных запасов.

Из-за ограничений в ресурсной базе повышать долю нефти или газа в энергобалансе Китай может только за счет наращивания зависимости от импорта.

Сейчас КНР импортирует

45% нефти и

70% природного газа,

по углю импортная зависимость существенно меньше — только 9%.

Как бы ни снижались импортные цены на нефть и газ в 2023 году, они всегда останутся более дорогим ресурсом, чем уголь. В сравнении с 2022 годом импортный уголь подешевел на 20%.

***

Но на фоне этих преимуществ есть и угля очевидный недостаток. Сжигание угля в КНР ежегодно приводит к выбросам в атмосферу 8,6 млрд тонн CO2, что составляет 70% всех выбросов в энергетике и промышленности Китая и четверть всех мировых выбросов двуокиси углерода.

Означает ли китайский «фаворитизм» в отношении угля, что его позиции в энергобалансе КНР будут укрепляться и дальше?

Климатический дао Китая

Нет, наращивать долю угля в своем энергетическом балансе КНР не собирается. В отличие от России никому в Китае нет нужды доказывать несовместимость необезуглероженного угля или газа с целями достижения углеродной нейтральности к 2060 году.

Еще в апреле 2021 года председатель КНР Си Цзиньпин заявил, что Китай будет строго контролировать проекты по производству электроэнергии на основе угля и постепенно сокращать его в период 15-й пятилетки (2026‒2030).

В июле 2023 года Си Цзиньпин уточнил, что страна выбирает собственный климатический путь:

две трети достижения этой цели страна будет определять сама, Китай не будет поддаваться влиянию других.

В этом высказывании кроме прочего содержится намек на особое место угля в энергобалансе страны, на то, что раньше времени отказываться от него Китай не собирается. Непоколебимость намеченных планов товарищ Си подтвердил на ежемесячном заседании политбюро ЦК КПК, которое состоялось 31 января 2024 года.

Снижать роль угля в энергобалансе Китай прежде всего собирается за счет увеличения доли возобновляемых источников энергии. Векторность этого процесса очевидна и не вызывает сомнений.

В целях иллюстрации сошлюсь на сценарий APS (Accelerated transition scenario) по достижению КНР углеродной нейтральности, предложенный МЭА, который предусматривает такое замещение (см. таблицу).

*********************************************************************************************

Таблица Структура первичного энергопотребления Китая, сценарий APS МЭА (%)

Таблица Структура первичного энергопотребления Китая, сценарий APS Международного Энергетического Агентства (%)

*************************************************************************************************

Безуглеродные заместители

Для решения этой задачи параллельно с вводом новых угольных ТЭС Китай в 2023 году совершил подлинный прорыв в наращивании мощностей возобновляемой энергетики (см. график1).

По итогам прошлого года суммарная установленная мощность переменных ВИЭ — солнечной и ветровой энергетики — составила в Китае 1050 ГВт.

Для понимания масштабов этих достижений: ВСЯ энергосистема России имеет около 250 ГВт,

а установленные мощности ВИЭ США — менее 500 ГВт.

Солнечная энергетика по итогам 2023 года получила дополнительно 216,88 ГВт мощности и составила 609,49 ГВт (+55,2% год к году).

Прирост мощностей ветроэнергетики составил 75,9 ГВт, до 441,34 ГВт (+20,7%).

**********************************************************************************************************

График 1 Ввод в эксплуатацию мощностей солнечной энергетики в КНР по годам (2014-2023)

График 1 Ввод в эксплуатацию мощностей солнечной энергетики в КНР по годам (2014-2023)

****************************************************************************************************

Особенно впечатляющим, как следует из этих цифр, оказался рост солнечной энергетики. Прирост мощностей за год примерно соответствовал тому, сколько страна ввела мощностей за предыдущие четыре года. Для сравнения: в «доковидном» 2019 году в Китае было введено в эксплуатацию 30,1 ГВт мощности. Только за 2023 год Китай ввел в эксплуатацию больше мощностей солнечной энергетики, чем США за всю историю.

Согласно информации, опубликованной Электроэнергетическим советом Китая (CEC), Китай не собирается останавливаться на достигнутом. Установленная мощность солнечной энергетики КНР в 2024 году достигнет 780 ГВт, ветроэнергетики — 530 ГВт.

Солнечная и ветровая энергетика в этом году превысят угольную по установленной мощности.

Роль гидроресурсов и атома

Амбициозный характер энергетической трансформация Китая не исчерпываются экспансией ВИЭ.

Прошедший год по вводу в строй новых мощностей ГЭС не идет ни в какое сравнение с достижениями 2022-го, когда была выведена на полную мощность (16 ГВт) вторая по величине в мире гидроэлектростанция «Байхэтань». Ввод ГЭС в эксплуатацию, как ожидалось, заместит сжигание 64 млн тонн угля в год и сократит выбросы углекислого газа на 175 млн тонн в год.

Мировой рекорд по мощности ГЭС, что не удивительно, также принадлежит Китаю. Установленная мощность крупнейшей в мире гидроэлектростанции «Три ущелья» («Санься») составляет 22,5 ГВт.

Общая мощность ГЭС в Китае в прошлом году составила 420 ГВт.

В планах правительства КНР на 2021−2025 годы — к концу периода ввести в эксплуатацию ГЭС общей мощностью 62 ГВт и начать работу еще над 60 ГВт.

Китай также является мировым лидером по темпам строительства АЭС:

в январе 2024 года из 58 строящихся в мире энергоблоков мощностью 59,9 ГВт на КНР приходилось 23 реактора мощностью 23,7 ГВт.

ГрАГ. Хм, меньше половины (23/58 = 0,397 или всего 40%). 

В ближайшие годы в Китае планируется возвести 250 ГВт АЭС в дополнение к уже построенным 50,8 ГВт.

ГрАГ.   В ближайшие годы, это до 2030 года или до 2040???

В итоге мощности атомных энергоблоков в Китае превысят 300 ГВт.

Это в пять раз больше установленной мощности всех АЭС Франции, в три раза больше, чем в США, стране — сегодняшнем лидере атомной генерации.

Но доля АЭС в установленной мощности электроэнергетики Китая в настоящее время невелика — 2%.

Даже если все анонсированные китайские АЭС будут построены, их генерация не превысит 25% в совокупной генерации электроэнергии в стране.

Причудливый альянс

Не вызывает сомнения, что реализация «циклопических» проектов ВИЭ должна привести к закрытию многих угольных электростанций.

Но процесс замещения угля солнцем и ветром нельзя понимать однозначно, как, например, в случае строительства АЭС и ГЭС, которые замещают угольные ТЭС в базовой нагрузке.

Как уже отмечалось, возобновляемые источники энергии по показателю установленной мощности уже в этом году сравняются с угольной генерацией, однако по показателю выработки электроэнергии солнечная энергия сравнится с угольной не ранее 2030 года.

При равных мощностях доля солнца и ветра в выработке электроэнергии в настоящее время составляет 15% в сравнении с 60% угольной генерации.

Возобновляемая энергетика относится к категории неуправляемых источников энергии и поэтому нуждается в стабилизации. Это означает, что уголь и ВИЭ в китайском контексте обречены на долгие годы совместного существования, когда угольные электростанции будут брать на себя функции по обеспечению надежности всей энергосистемы.

При переходе к балансировке неравномерности работы ВИЭ, по оценке МЭА, уровень загрузки угольных станций будет снижаться с 53% в настоящее время до 35‒40% в 2030 году. А это приведет к снижению выбросов СО2 угольной генерацией.

ГАЭС: полезные накопители

Альтернативой пиковым угольным электростанциям служат системы хранения энергии. Они позволяют компенсировать неравномерности в генерации и потреблении электроэнергии, тем самым снижая потребность в стабильных источниках генерации с присущим им углеродным следом.

К накопителям энергии относятся прежде всего аккумуляторы и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).

Китай, по данным Global Energy Monitor, в 2023 году обеспечил подавляющую часть общемирового ввода ГАЭС.

За 2022 год на долю КНР приходилось 67% глобального ввода мощности ГАЭС (7,1 ГВт), а за неполный 2023-й — 74% (7,9 ГВт). ГАЭС оснащены двумя резервуарами с перепадом высот: ночью и днем вода перекачивается из нижнего резервуара в верхний за счет «дешевой» электроэнергии из общей сети, а утром и вечером вода сбрасывается обратно в нижний резервуар, приводя тем самым в действие турбины электрогенераторов.

Китай отметился рекордами и в других проектах по хранению энергии, помимо ГАЭС. По состоянию на конец прошлого года совокупная установленная мощность новых проектов, завершенных и введенных в эксплуатацию по всей стране систем накопления энергии, составила 22,6 млн киловатт / 48,7 млн киловатт-часов — это более чем на 260% превышает показатель конца 2022-го.

Новый облик угольных ТЭС: ультрасверхкритика

Одним из методов снижения углеродного следа угольных электростанций является замещение парка старых электростанций современными станциями с высоким КПД, а значит, и с меньшими потребностями в сжигании угля для выработки равного количества электроэнергии.

ГрАГ

КПД угольных ТЭС в с 1970 года около 40%, сейчас китайцы вышли на 47-48% (я встречал такую "цифру"). Хотя ниже в статье даётся "цифра" КПД = 44-46%. 

Но и 44% это круто, такк как с 1970 года КПД в мире не возрастал (был 50 лет 40%).

Речь идет о внедрении так называемых ультрасверхкритических ТЭС, оснащенных паровыми котлами, которые работают при давлении 320 бар и температуре от 600 до 610 °C.

Эти условия обеспечивают более высокую эффективность преобразования тепловой энергии в электричество:

КПД ультрасверхкритических ТЭС составляет от 44 до 46%,

что выше аналогичного показателя для "просто" сверхкритических ТЭС (от 37 до 40%), паровые котлы которых работают при давлении 243 бар и температуре не более 565 °C.

Примечательно, что все оборудование для ультрасверхкритических ТЭС полностью локализовано (только китайское).

В структуре мощности действующих объектов угольной генерации в КНР доля ультрасверхкритических ТЭС составляет 32%, среди строящихся — 93%.

В стадии строительства находятся станции мощности около 200 ГВт.

Декарбонизация: уловить и спрятать

Угольные электростанции Китая один из самых молодых в мире: две трети электростанций построены начиная с 2005 года. Большинство электростанций могут работать еще три-четыре десятилетия.

А значит, для сбалансированного решения вопросов энергетической безопасности и защиты климата потребуются более радикальные решения по снижению их эмиссий, чем упомянутые выше.

************************************************************************************************************

Ввод новых мощностей солнечной генерации в КНР в 2023 году достиг почти 217 ГВт. Это соответствует 87% установленной мощности всей энергосистемы России

вод новых мощностей солнечной генерации в КНР в 2023 году достиг почти 217 ГВт. Это соответствует 87% установленной мощности всей энергосистемы России

*******************************************************************************

Кардинальным решением, которое позволяет избежать досрочного вывода из эксплуатации угольных электростанций, является оснащение их системами улавливания и захоронения выбросов (CCS).

При модернизации существующих ТЭС с использованием CCS снижение уровня их выбросов может достигнуть 95%. Наличие или отсутствие мощностей CCS фактически является регулятором размера флота угольных электростанций на пути Китая в углеродной нейтральности.

Курс на развитие развития CCS получил одобрение как важный инструмент стратегии по снижению выбросов в Китае в ходе 12-й пятилетки (2011‒2015). До 2023 года в Китае был запущен 21 пилотный проект по развитию CCS небольшой мощности. Крупнейший из действующих проектов на угольной электростанции способен улавливать до 450 тыс. тонн СО2 в год.

Стоит сразу отметить, что системы CCS в мире пока не получили широкого распространения в силу своей дороговизны. Тем примечателен запуск в Китае в 2023 году трех проектов по улавливанию и захоронению СО2 общей мощностью 10 млн тонн в год.

Основным фактором, определяющим стоимость CCS, является доступ к хранилищам CO2.

По данным Академии наук КНР, около 385 ГВт угольных мощностей Китая могут найти подходящее хранилище CO2 в радиусе 250 км. Под хранилищами имеются в виду соленые водоносные горизонты и нефтяные месторождения.

Китай на государственном уровне поддерживает CCS-проекты с использованием хабов или кластеров, что позволяет присоединяться к проектам небольшим источникам выбросов CO2, которые сами по себе были бы нерентабельны, а также снижает риск низкой загрузки подземных хранилищ.

Для достижения углеродной нейтральности к 2060 году Китаю, согласно сценарию APS МЭА, потребуются мощности по захоронению эмиссий энергетического сектора в объеме 1300 млн тонн в год; 65% этой мощности захоронения будет приходиться на выбросы угольных электростанций.

//////////********************************************///////////////////////////////

Формирование общенациональной отрасли по улавливанию, захоронению и частичной утилизации СO2 — это последний элемент пазла, который позволит Китаю победить грязный уголь в борьбе за достижение углеродной нейтральности.

Справится ли Китай с такой титанической задачей? Фантастика, вы скажете. Однако все предыдущие успехи в деле декарбонизации страны заставляет думать по-другому.

Китай: как победить грязный уголь

Сергей Сергеев
19 февраля 2024, 00:00