К 2030 году в мире будет 41 мегаполис с суммарным населением 720 млн человек. К 2050-му в агломерациях будет жить примерно 66% населения планеты (а еще в 1950-м 70% жило вне городов). Каким же будет город в условном 2050 году? Эпицентром изменений оказывается энергетика. Наиболее перспективна модель, когда города переходят на ВИЭ и развиваются с минимальным ростом потребления энергии. «Чтобы подготовиться к увеличению городского населения на 2,5 млрд человек к 2050 году, очень важно создать города с низким уровнем выбросов углерода, устойчивые к изменениям и комфортные для жизни. Города не только способствуют изменению климата, поскольку на них приходится основная доля антропогенных выбросов парниковых газов, — они особенно уязвимы перед изменениями климата и экстремальными погодными условиями», — объясняют исследователи из Калифорнийского университета в Беркли. «Две основные стратегии перехода к низкоуглеродной модели развития города заключаются в том, чтобы отказаться от ископаемого топлива в пользу более „чистых“ источников энергии и снизить энергопотребление в городах. Низкоуглеродный переход может быть достигнут с помощью мер по повышению энергоэффективности, путем проведения образовательной работы и благодаря увеличению поглощения углерода, в том числе парками», — говорится в работе. В городе открывается множество интересных возможностей в области ВИЭ: например, использование «завихрений» воздушных потоков между небоскребами для ветряной генерации.

Но чем больше город, тем сложнее найти для него оптимальный набор решений. Сегодня мы узнаем, как отвечают на вызов крупные города, в том числе российская столица.

Системами локального экологического мониторинга оснащены 55 промышленных предприятий Москвы. Они в режиме реального времени не реже одного раза в 20 минут передают данные о вредных выбросах в атмосферу на сервер ГПБУ «Мосэкомониторинг». На предприятиях теплоэнергетики контроль осуществляется на выходе из каждого котлоагрегата, количество которых на одном источнике выбросов достигает восьми штук.

Тренировка на «малышах»

Биотопливо все чаще рассматривается как один из наиболее перспективных видов ВИЭ. Его использование постоянно растет. Как отмечает Международное энергетическое агентство (МЭА), «производство транспортного биотоплива увеличилось на 7% в годовом исчислении в 2018 году, и в течение следующих пяти лет ожидается ежегодный рост производства на 3%». Правда, эксперты говорят, что даже такие темпы — слишком низкие: чтобы соответствовать Cценарию устойчивого развития МЭА, необходимо утроить производство биотоплива к 2030 году, для чего необходим рост как минимум на 10% в год. Ценность биотоплива заключается как в относительной легкости его интеграции в традиционную энергетику (один из распространенных «компромиссных» вариантов — смесь бензина и биотоплива), так и в том, что его применение способствует повышению устойчивости АПК (частично решая проблему утилизации отходов). Немаловажно и то, что расширение использования биотоплива хорошо сочетается с планами по развитию производства продовольствия прямо в городах (сити-фермерство). А традиционная животноводческая индустрия — один из крупнейших «спонсоров» глобальных изменений климата — может полностью обеспечивать энергетические потребности небольших городов благодаря производству биогаза из отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота.

В свое время известность получил итальянский городок Варезе. Местный муниципалитет первым в Италии и во всей Европе сумел полностью перейти на энергию из возобновляемых источников. Генерация превысила потребности Варезе в три раза. Город использует и солнечную, и ветровую, и малую гидроэнергетику. Доходы от продажи электричества оказались серьезным подспорьем местному бюджету. А желание достичь полной устойчивости стимулировало другие бизнесы: вокруг Варезе появились органические фермы, которые уже к 2007 году обеспечивали 98% поставляемого в город продовольствия.

В Варезе всего чуть более 2 тыс. человек населения. Cреди городов, в топливном балансе которых заметную долю занимают ВИЭ, есть и Гюссинг в Австрии (население — 2 тыс.), и Копенгаген (602 тыс.) и Стокгольм (965 тыс.), где на ВИЭ среди источников энергии, по данным объединения The Carbon Neutral Cities Alliance, приходится 73% и 74% соответственно. Между тем перед крупнейшими мегаполисами мира стоит задача посложнее.

Одним из основных источников загрязнения атмосферы в городах является транспорт. Для уменьшения воздействия на окружающую среду и здоровье жителей Москва модернизирует и обновляет свой автопарк.

Собрать пазл

ВИЭ — это пазл, который всякий раз необходимо собирать заново. Применяемые решения могут очень сильно отличаться. Скажем, Сан-Паулу почти все электричество получает от гидроэнергетики. Казалось бы, такой город можно назвать «зеленым». Однако не все так просто.

Такие организации, как WWF, готовы признать однозначно «зелеными», то есть экологически устойчивыми, лишь малые гидростанции. Недавно Всемирный фонд дикой природы призвал российские власти не включать в программу поддержки альтернативной энергетики крупные российские ГЭС, поскольку создание и эксплуатация водохранилищ наносят вред окружающей среде. Небольшие станции без них могут стать оптимальным решением для удаленных районов. Около 99% генерации в Норвегии обеспечивается гидроэнергетикой, и это в основном небольшие станции. Крупные водохранилища опасны из-за того, что приходится вырубать огромное количество деревьев, разрушая экосистемы, провоцируя эрозию и оползни, что в конечном счете вносит свой вклад в изменение климата, затапливать обширные территории, в то время как малые ГЭС абсолютно безопасны.

Как отмечается в исследовании Захира Аллама из Института политики устойчивого развития Университета Кертина (Австралия), мегаполисы сталкиваются с дефицитом земли для крупных объектов генерации — поэтому властям следует сосредоточиться на развитии распределенных энергосистем и разрабатывать для этого стимулирующие механизмы, налоговые преференции и льготы.

Штат Нью-Йорк в этом году принял амбициозный закон о «климатическом лидерстве». Ожидается, что благодаря ему инвестиции в технологии ВИЭ к 2040 году возрастут на $115 млрд. К 2030 году солнечная и ветровая энергия составят в энергетическом балансе штата 39%, а к 2040-му — 83%.

Реализуемая в московском регионе политика энергосбережения более 15 лет стабилизирует годовое тепло- и газопотребление города на уровнях ~100 млн Гкал и 23÷25 млрд м3 природного газа при росте жилого и нежилого фонда на 20,5% за соответствующий период,сообщается в докладе о состоянии окружающей среды в Москве в 2018 году. При этом электропотребление населения растет незначительно, а электропотребление непроизводственной сферы, торговли, малого бизнеса выросло за 10 лет почти в 5 раз: с 3 до 14 млрд кВт. Для улучшения состояния окружающей среды и соблюдения установленных экологических нормативов на источниках тепловой энергии проводится производственный экологический контроль загрязнения атмосферного воздуха, водных объектов, состояния почвы, шумового воздействия; работают автоматизированные системы локального экологического мониторинга (системы прямого инструментального измерения выбросов). «Долгосрочная динамика свидетельствует о снижении уровня загрязнения атмосферного воздуха. За последние пять лет (в сравнении с 2014 годом) среднегодовые концентрации оксида азота снизились на 39%, взвешенных частиц — на 25%. Такие результаты достигнуты благодаря природоохранным мероприятиям, которые проводятся в Москве сейчас», — говорила весной глава Мосэкомониторинга Полина Захарова. В рамках проводимой правительством Москвы политики в области экологизации и модернизации промышленных производств крупнейшие городские предприятия приняли природоохранные программы, которые позволят снизить выбросы загрязняющих веществ в воздух, подчеркивала Захарова.

В Москве объем ежегодного потребления природного газа с 2010 по 2018 годы снизился на 13,67%. Несмотря на рост жилищной застройки, потребление тепла в городе практически не растет. За последние пять лет объем выбросов парниковых газов снизился на 18%. В 2018 году, согласно данным Мосэкомониторинга, среднегодовые концентрации основных загрязняющих веществ не превышали установленные гигиенические нормативы. Среднегодовые концентрации оксида углерода составили 0,12 ПДКсс, диоксида азота — 0,89 ПДКсс, оксида азота — 0,31 ПДКсс, РМ10 — 0,72 ПДКг, РМ2,5 — 0,72 ПДКг, озона — 1 ПДКсс, диоксида серы — 0,07 ПДКсс. Максимальные концентрации основных загрязняющих веществ (CO, NO2, NO, РМ10, PM2,5) зафиксированы на территориях вблизи автотрасс. В жилых районах концентрации снижались в среднем в 1,4 раза по сравнению с аналогичными показателями на примагистральных территориях.

Не вреден север для ВИЭ

Северным городам сложнее перейти на устойчивую энергетику, чем южным. Так, Хельсинки черпает энергию из угольной, газовой и атомной генерации, доля которых составляет 43%, 34% и 11% соответственно. Но к 2029 году Финляндия намерена полностью отказаться от угля. При этом доля возобновляемой энергии сегодня составляет около 40% и постоянно растет. Согласно планам столичного муниципалитета, с 2021 года все новые дома в Хельсинки должны соответствовать требованиям нулевого потребления, при этом в домах стоят собственные источники энергии.

Цели Хельсинки стоит признать амбициозными, учитывая климатическую зону. Так, город планирует сократить выбросы на 80% к 2035 году. Примечательно, что уже случившееся снижение на 27% с 1990 года сопровождается экономическим ростом на 65% с этого же времени. Согласно решению городского совета, крупная электростанция в Ханасаари, которая работает на ископаемом топливе, будет закрыта к 2024 году. Также город ждет реконструкции системы центрального теплоснабжения с заменой тех источников тепла, которые связаны с ископаемым топливом — в частности, с угольной генерацией. Общественность активно привлекается к решению задач, связанных с минимизацией выбросов.

Копенгаген, как уже говорилось выше, собирается к 2025 году свести выбросы к минимуму, а остаток компенсировать за счет покупки углеродных компенсационных квот, полностью отказавшись к этому времени от ископаемого топлива. При этом население города за следующее десятилетие вырастет, как ожидается, на 20%. Отказ от ископаемого топлива предполагает, в частности, широкое использование биотоплива — и в этом году открывается крупная новая электростанция, работающая на биомассе. Активно развиваются велотранспорт, внедряются электрокары, электробусы.

Осло, уже сейчас использующий 100% возобновляемой энергии (преимущественно речь идет о гидрогенерации), намерен сократить выбросы на 95% к 2030 году. При этом «здесь и сейчас» с загрязнением атмосферы все не очень хорошо. С 1990 года выбросы выросли на 25%, и в ближайшей перспективе стоит задача сократить их лишь на 7% от того же уровня. Этот кейс показывает, что возобновляемой энергетики может быть недостаточно для снижения выбросов. Планируется сократить автомобильное движение на 33% к 2030 году — таким образом, в приоритете окажутся пешеходы, велосипедисты и общественный транспорт.

Говоря о преобразованиях в северных столицах, близких по климатическим условиям к Москве, важно не забывать о масштабах. «Сэкономленного за счет когенерации (совместной выработки электричества и тепла на ТЭЦ — Прим. +1) топлива в Москве хватит, чтобы обеспечить энергией Копенгаген, Осло, Стокгольм и Хельсинки. В то же время часть генерации стоит перевести на возобновляемые источники энергии. Я думаю, что для Москвы это будет в пределах 2–3%», — говорит эксперт Аналитического центра при Правительстве РФ, руководитель лаборатории энергосбережения МЭИ Евгений Гашо. Таким образом, Москва для модернизации своей энергосистемы выбирает решения с учетом климатического пояса, размеров и экономических традиций.

Москва сделала выбор в пользу газа, на котором работают практически все котельные и ТЭЦ города. Применение природного газа вызвало позитивную динамику по атмосферным выбросам загрязняющих веществ: об этом свидетельствуют данные Мосэкомониторинга. Согласно выкладкам специалистов, газ в сотни раз более экологичен, чем прочие виды ископаемого топлива, а основной экологический эффект достигается из-за отсутствия бенз(а)пирена в продуктах горения метана, в отличие от бензина, при горении которого выделяется бенз(а)пирен. Экологическая опасность этого вещества в 5 млн раз выше, чем у угарного газа. Кроме того, при использовании в качестве топлива природного газа существенно сокращаются удельные выбросы CO2.

Тем не менее Москва продолжает форсировать электрификацию общественного транспорта, чтобы сократить загрязнение воздуха автомобилями, которые являются в столице главным источником загрязняющих атмосферу веществ. И если нет прямого запрета на двигатели внутреннего сгорания, как в некоторых районах Китая, то точно есть экономические меры стимулирования применения ВИЭ в городском транспорте. «В городах наиболее распространены легковые и малые коммерческие автомобили, а также автобусы. Сегодняшние тенденции дают основания предполагать, что в будущем эту нишу займут электрические машины. Об этом свидетельствуют как динамика продаж автомобилей, работающих на разных типах топлива, на основных рынках, так и производственные планы автоконцернов», — пишет директор информационно-аналитического центра «Новая энергетика» Владимир Сидорович.

Очень большое значение имеют успехи по снижению стоимости альтернативных источников энергии, в первую очередь — солнечной и ветряной. Это обстоятельство заставляет власти и инвесторов присматриваться к ВИЭ-решениям уже из чисто экономических соображений. «Развитие возобновляемой энергетики идет по всему миру, независимо от наличия сырьевых богатств или климатических условий. Саудовская Аравия планирует довести мощности фотоэлектрической солнечной энергетики до 40 ГВт, ветровой — до 16 ГВт к 2030 году, а правительство канадской провинции Альберта, одного из крупнейших мировых экспортеров нефти и газа, закупает „солнечную“ электроэнергию для обеспечения своих потребностей, исходя из экономических соображений. К концу 2023 года установленная мощность ветроэнергетики Норвегии — сырьевой державы с населением 5 млн человек — достигнет 5,2 ГВт», — делится статистикой и прогнозами Владимир Сидорович.

Потребности Москвы в тепловой энергии составляют в среднем 93-97 млн Гкал в год. Суммарная выработка электроэнергии — около 50 млрд кВт•ч; за вычетом потерь и собственных нужд ТЭК к потребителям уходит около 40 млрд кВт•ч. Высокая доля мощных комбинированных энергоисточников (ТЭЦ), расположенных в черте города, обеспечивает около 14 ГВт электрической и почти 60 ГВт тепловой мощности. Основным видом топлива для производства электрической и тепловой энергии практически на всех источниках тепловой энергии Москвы является природный газ.

В результате модернизации промышленности в столице наблюдается снижение темпов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, свидетельствуют данные Мосэкомониторинга. Так, по комплексному показателю индекса загрязнения атмосферы, рассчитанному по 5-ти веществам (СО, О₃, SO₂, NO₂, PM10), согласно рекомендациям ВОЗ, уровень загрязнения атмосферного воздуха города Москвы оценивался в 2014-2018 гг. как низкий. Напомним, Мосэкомониторинг контролирует характерные для выбросов большинства антропогенных источников загрязняющие вещества — оксид углерода (СО), диоксид азота (NO2), оксид азота (NO), сумма углеводородных соединений (CHx), озон (O3), взвешенные частицы PM10 и PM2,5, диоксид серы (SO2) — на всей территории города. Содержание специфических веществ — сероводорода (H2S), аммиака (NH3) — контролируется вблизи источников выбросов.

Вклад ВИЭ в узком смысле в энергобаланс России остается ничтожным: в 2020 году ожидается, что он составит 1%, а к 2035-му — до 5%.