Как происходит энергетическая революция в Германии

АЭС — закрыть, вместо газа — водород.

Задачка, чем отапливать свой дом, для белоруса проста, как дважды два: природный газ для населения субсидируется, а в Островце достраивают БелАЭС и есть дешевые тарифы на «отопление от розетки». А где-то в параллельной реальности происходят странные для нашего понимания дела: немцы переходят на тепловые насосы и котлы на древесине, отказываются от атомной энергии и пытаются производить синтетический природный газ. Что это — сумасшествие на фоне климатических изменений или энергетическая революция, пишет tut.by.

Энергетический поворот

Путешествующему по Германии белорусу в глаза бросаются большие и маленькие ветропарки, поля с солнечными электростанциями, крыши фермерских домов и амбаров со сплошным ковром из солнечных панелей, «купола» биогазовых установок и заправки для электромобилей.

Все это — результат «энергетического поворота», масштабного переустройства энергообеспечения страны до 2050 года. Суть его — в отказе от использования ископаемого углеводородного топлива и ядерной энергетики и почти полном переходе на возобновляемые источники энергии. Еще одна официальная цель: снизить выбросы парниковых газов на 80−95% к 2050 году.

И, похоже, у немцев получается. За первую половину 2019 года в ФРГ из энергии солнца, ветра, воды и из биомассы впервые произвели больше электроэнергии, чем на АЭС и на угольных ТЭС. А это более 40% вырабатываемой электроэнергии. К 2030 году в Германии планируют довести долю «зеленого электричества» в энергобалансе до 65%.

Изменились подходы к строительству: в Германии теперь строят дома, которые потребляют в несколько раз меньше энергии на единицу площади, чем, скажем, 20 лет назад. А с 2021 года все новые здания (административные — уже с 2019-го) должны быть постройками с почти нулевым потреблением энергии. К 2050 году весь фонд недвижимости Германии должен и вовсе стать климатически нейтральным (это общая задача для всех стран ЕС).

Ради чего это все? В первую очередь — чтобы избавиться от зависимости от импортируемых энергоресурсов, слезть с нефтяной и газовой иглы. О последствиях нефтяного кризиса в 1970-х немцы хорошо помнят. Старшее поколение вам расскажет, как резко выросла цена на бензин, но его все равно не хватало: по воскресеньям автобаны были пустыми, так как передвигаться на собственном автомобиле по выходным было запрещено. И это стало хорошим уроком для немцев.

Шутки про дрова неуместны?

Начиная с 90-х годов в ФРГ активно развивается возобновляемая энергетика. В возможность заменить мирный атом и газ чем-то другим мало кто верил, и над планами немцев даже посмеивались. В 2010 году на международной экономической конференции в Берлине тогдашний премьер-министр России Владимир Путин пошутил: «Не понимаю, чем топить будете? Газа вы не хотите, атомную энергетику не развиваете. Дровами топить будете? Так за дровами в Сибирь надо ехать, у вас же и дров нет».

Но немцы шутку не восприняли. По данным издания Deutsche Welle, высокотехнологичное отопление древесиной — точнее, древесными опилками и топливными гранулами (пеллетами) — становится в Германии самым экономически выгодным для потребителей и самым экологичным с точки зрения защиты климата.

Издание приводит следующие цифры: в жилых и общественных зданиях площадью от 501 до 1000 кв. м дешевле всего обходится отопление древесными опилками (6 евро 80 центов в год в пересчете на один метр квадратный). На втором месте — пеллеты (9,50 евро), на третьем — тепловые насосы (9,80 евро), на четвертом — газ (10 евро), на пятом — солярка (12,10 евро).

Кстати, последние тенденции по переходу на древесные пеллеты уловили и в Беларуси: не зря же президенту анонсировали в прошлом году запуск шести больших производств топливных пеллет.

Правда, массового перехода на пеллетное оборудование еще не произошло даже в Германии. Несмотря на объективные преимущества древесины, ее доля в общем тепловом балансе ФРГ остается незначительной. По итоговым данным за 2019 год, лишь 2,8% из общего числа в 18,9 млн существующих в Германии жилых домов (многоквартирных и односемейных, всего 40,6 млн квартир) имели в подвалах отопительные котлы, работающие на пеллетах или древесных опилках.

Причина в том, что такие котлы, несмотря на их все большую автоматизацию, уступают газовым и дизельным в удобстве обслуживания: раз в одну-две недели надо удалять остатки золы и раз в полтора-два месяца — чистить топку.

Как итог, газ и солярка остаются главными источниками тепла в немецких жилищах. Доля газа — 45,9%, солярки — 29,8%.

Ставка на тепловой насос

Однако в ближайшие 10−15 лет цифры должны сильно измениться. Германия, следуя своей концепции отказа от импортируемого углеродного топлива, переходит на «зеленую» электроэнергию. В том числе и на цели отопления.

Ставку делают на тепловые насосы (ТН), которые наиболее эффективно превращают электроэнергию в тепловую. И если сейчас только 3,4% домохозяйств отапливается ими, то уже скоро вытеснят газовые и дизельные котлы. И эта тенденция уже заметна.

— Согласно статистике, в Германии за последнее время системы отопления были реновированы в 800 тысячах домохозяйств, — объясняет ситуацию Марко Шрамел, руководитель департамента электроники компании Ulrich Brunner GmbH. —  В 70% случаев устаревшие дизельные и газовые котлы заменялись на современные конденсационные газовые котлы — они потребляют меньше газа и менее вредны для экологии.

В 30% владельцы перешли на тепловые насосы. Почему не во всех домах? Дело в том, что реновация проходила в том числе и в старых, неэнергоэффективных домах, где для отопления не подходят низкотемпературные источники тепла (к которым относятся ТН). То есть в таких домах они не показывают свою эффективность.

Совсем другая история с новыми жилыми домами. Марко приводит следующие цифры: в прошлом году их было построено около 400 тысяч, это уже безусловно современные и энергоэффективные строения (строить «холодные» здания в Германии запрещает закон. — Прим. TUT.BY). И здесь мы видим другой баланс: в 60% из них установлены ТН, и только в 40% — конденсационные газовые или пеллетные котлы. Котлы, сжигающие жидкое топливо, в новых зданиях уже запретили.

Но есть ли экономический смысл менять газовый котел на ТН, который стоит в разы дороже? В нашей реальности и с нашими стимулирующими тарифами на электроэнергию для отопления — нет. Срок окупаемости ТН у нас — более 10 лет. Но мы говорим о Германии, где тарифы на электроэнергию просто драконовские, и никто здесь в здравом уме не станет устанавливать электрокотел. В ФРГ тепловой насос по-настоящему экономит электроэнергию (и деньги), а сроки окупаемости затрат на его установку вполне реальны — в среднем 4−6 лет. Кроме того, есть и другие факторы, которые просто вынуждают немцев отдавать предпочтение ТН.

Марко Шрамел прогнозирует, что тарифы на газ будут постоянно (хоть и медленно) расти и немецкие потребители будут вынуждены перейти на электричество.

— Экономического смысла отказа от природного газа нет и не будет в ближайшее время. Но и люди, которые сегодня покупают ТН, это не какие-то сумасшедшие новаторы. Они просто понимают, что политики и дальше будут закручивать гайки и переводить население на электроэнергию. Тем более что в следующем году будут выборы и, скорее всего, к власти придут «зеленые». Сейчас идут разговоры о том, что для тех, кто пользуется газовым котлом, введут налог на СО2. То есть люди станут больше платить за пользование газом.

А с другой стороны, у немецкого потребителя перед глазами есть не политический, а экономический пример Нидерландов. Запасы собственного природного газа в этой стране заканчиваются, и правительство разработало новую политику развития низкоуглеродистой экономики. И немцы увидели, что из этого вышло: в январе 2019 года в соседней стране запретили подключать новые строения к газу. Только электричество и тепловые насосы.

Дотации на инновации

Получается, что немецкие политики буквально в спину толкают население в будущее без углеводородов. При этом государство готово оказывать поддержку тем, кто решится на реновацию своей системы отопления и вместо газового котла будет использовать ТН.

По словам Марко, производители тепловых насосов на уровне правительства тоже лоббируют свои интересы. Например, сейчас готовится проект закона о дотациях для населения на покупку оборудования, использующего энергию из возобновляемых источников для обогрева помещений и горячего водоснабжения. К ним относятся котлы и камины, работающие на дровах и пеллетах, и тепловые насосы. На их приобретение государство предоставит дотацию до 45% стоимости всей новой системы отопления (с материалами и работой инсталлятора).

При таких условиях производители ТН наращивают производство. Кроме этого, на рынке появляются и новые игроки. Например, известный производитель каминных топок и печек Brunner разработал и вывел на рынок свои ТН всего пять лет назад. Занялись здесь и производством пеллетных котлов.

Особенности рынка

В отличие от белорусского рынка, где больше продается тепловых насосов «вода-вода» (для которых требуется бурение скважин), в Германии отдают предпочтение ТН «воздух-вода».

А Brunner сделал ставку на моноблоки. Это готовая установка из внешнего модуля теплового насоса «воздух-вода», который устанавливается снаружи здания. В нем находится компрессорно-конденсаторный блок с теплообменником. Внутри помещения находится гидравлическая башня — комплектное устройство с бойлером горячей воды, насосами и трехходовыми клапанами с возможностью подключения разнотемпературных теплых полов и радиаторов. К ней можно подключить камин с водяной рубашкой, отопительный котел на любом виде топлива или солнечные коллекторы. Всеми процессами системы управляет автоматика.

Разработана и гибридная установка с камином. Эта система хороша тем, что когда мы дома, то мы топим котел на самом дешевом виде топлива — дровах, а когда нас нет — температуру поддерживает тепловой насос.

Системы с тепловым насосом часто работают в паре с солнечными электростанциями (теми самыми солнечными панелями на крышах) — их можно подключать для работы теплового насоса и не использовать энергию из сети. Это приносит ощутимую экономию при оплате электричества. Можно также солнечную энергию использовать для подогрева теплоносителя непосредственно в буферном баке, установив в нем электротэн и использовать незадействованный резерв электричества для подогрева воды.

Немцы при выборе ТН ориентируются не на сроки окупаемости, а на то, с какой эффективностью будет ТН перерабатывать киловатт электроэнергии в киловатты тепловой.

Определением эффективности подобных устройств занимаются независимые лаборатории, которым производители передают свое оборудование. Его тестируют в условиях температуры на улице +7, -7 и +2оС. По этим трем температурным режимам высчитывают среднегодовой СОР (коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую). Показатели вносят в общедоступную базу. Чтобы получить дотацию государства на оборудование, владелец дома обращается в организацию, которая готовит документацию с использованием информации из этой базы. Там же подсчитывают размер инвестиции на покупку и установку выбранного оборудования с определенным СОР и размер дотации от государства.

А что если не получится?

К «энергетическому повороту», особенно за пределами Германии, многие относятся скептически. Главный вопрос — как немцы компенсируют потери в выработке электроэнергии, если через пять лет заглушат все собственные АЭС и сократят использование природного газа и угля?

Марко говорит, что ученые все посчитали — энергии должно хватить.

— Например, есть интересный и перспективный проект по производству синтетического метана (природного газа) из водорода и СО2 — тот самый выхлоп заводов и фабрик, который можно использовать для производства топлива, — говорит Марко. — Он может стать заменой природного газа. Для Германии это актуально, так как в стране уже есть прекрасная система газопроводов и подземных хранилищ газа. И это станет реальностью, как только производство водорода перейдет на большие объемы и цена его будет не такой высокой.

Идея хорошая, но дело сложное. Фактически технология производства водорода состоит из двух этапов. Первый — электролиз, в ходе которого вода расщепляется на кислород и водород. Второй — метанирование. Полученный в ходе гидролиза водород поступает в соответствующий резервуар, где в дальнейшем реагирует с СО2, образуя тот самый синтетический метан (e-gas).

Минус проекта — процесс электролиза слишком энергозатратный и получаемый газ слишком дорогой.

И все же у «зеленого» газа есть перспективы. Его рассматривают как способ хранения электроэнергии, генерируемой возобновляемыми источниками — солнечными и ветровыми электростанциями. Дело в том, что их процент в немецкой энергосистеме становится все больше и часто возникает ситуация избыточной выработки электричества (в СМИ потом появляются статьи об отрицательной цене на электричество).

Сейчас в мире не существует аккумуляторов, способных эффективно и экономично запасать сотни мегаватт мощности. Поэтому идея использовать избытки электроэнергии для производства метана очень перспективна: газ можно хранить неделями и месяцами, чтобы при необходимости использовать для производства электроэнергии и тепла. Водород уже используется в качестве топлива для транспортных средств: в Германии приступили к производству поездов, работающих на водородных топливных элементах.

По информации издания «Эксперт», правительство канцлера Меркель планирует разработать стратегию перехода промышленности Германии на водород на следующее десятилетие. Смысл перехода на водород — в уменьшении загрязнения атмосферы нефтью и газом, а также уменьшение зависимости от производителей углеводородов, включая ОПЕК и Россию.

И в этом направлении уже делаются шаги. Известно, что в феврале ФРГ подписала соглашение о поставках водорода с Нигерией — там идеальные условия для производства более дешевого водорода с помощью солнечных электростанций.

А что с немецкими АЭС?

Похоже, в ближайшем будущем мы можем стать свидетелями нового этапа развития человеческой цивилизации и энергетической революции. И уже через несколько лет точно станем свидетелями конца эры атомной энергетики в отдельно взятой стране: в Германии остановят работу последние шесть АЭС из 17-ти до конца 2022 года.

Стоит отметить, что немцы выбрали абсолютно уникальный путь развития энергетики. Большинство же стран, в том числе и наша, идет уже проторенной дорогой, и к АЭС у них иное отношение. Чей путь окажется правильным — покажет время.