С помощью таких стен Китай может полностью отгородиться от российского газа.

Сложная политическая обстановка в США ставит под угрозу повышение энергоэффективности, но возможности для прогресса сохраняются

В 2025 г. энергоэффективность в США столкнется с серьезными проблемами, поскольку растущий спрос на электроэнергию меняет энергетический ландшафт, а новый президент и Конгресс меняют федеральный политический ландшафт.

ACEEE, по-прежнему, уделяет особое внимание обеспечению энергоэффективности как движущей силы решения основных энергетических проблем, включая рост нагрузки, а также доступность и справедливость в отношении энергии, надежность сетей, изменение климата и конкурентоспособность США.

Рост электрической нагрузки уже наступил и сильно ударил по некоторым регионам. Потребление электроэнергии в США оставалось практически стабильным в 2018-2023 гг., но в 2024 г. оно выросло на 1,9%. На горизонте ожидается еще больший рост, обусловленный взрывным ростом центров обработки данных, новых и расширенных промышленных объектов, а также электрификацией транспортных средств и отопления помещений и технологических процессов. По оценкам Grid Strategies, в течение следующих пяти лет спрос на электроэнергию в стране увеличится на 15,8%, а в некоторых регионах рост будет еще более быстрым. Прогнозируется, что этот рост увеличит спрос на 128 ГВт за этот период (для сравнения, мощность крупной атомной электростанции составляет около 1 ГВт).

Часть возросшего спроса можно удовлетворить быстрее и с экономией средств за счет быстрого развертывания программ по стимулированию повышения энергоэффективности на заводах и в зданиях, что позволит сократить объемы вводов дорогостоящей новой генерации. Энергоснабжающие компании и органы регулирования принимают ключевые решения по расширению мер по повышению эффективности. Например, Управление долины реки Теннесси планирует значительное расширение программы повышения эффективности, чтобы справиться с быстрым ростом нагрузки.

Искусственный интеллект (ИИ) увеличивает нагрузку, но также дает решения. ИИ способствует росту спроса на электроэнергию, но также обладает потенциалом для оптимизации систем и сокращения потребления энергии. Исследователи из лаборатории Беркли подсчитали, что на основе ИИ можно сократить потребление энергии и выбросы углерода на 8–19% к 2050 г. Есть много возможностей сделать ИИ и центры обработки данных более эффективными и сократить их энергопотребление в пиковые периоды.

Ландшафт федеральной политики характеризуется значительными угрозами. Избранный президент Трамп сосредоточен на увеличении производства энергии. Трамп и лидеры Конгресса заявили, что хотят сократить финансирование мер по борьбе с изменением климата, предусмотренное Законом о снижении инфляции (IRA), чтобы помочь оплатить продление налоговых льгот Трампа 2017 г. и другие приоритеты республиканцев, а также сократить другие федеральные программы и ослабить регулирование. В этих условиях требуются решительные усилия, чтобы защитить ключевые приоритеты энергоэффективности. Осенью спикер Палаты представителей Джонсон отметил необходимость «использовать паяльную лампу» для ИРА, но также сказал: «Нужно использовать скальпель, а не кувалду, потому что там есть несколько положений, которые в целом помогли». Пока Конгресс решает, какие программы сохранить, а какие сократить, ACEEE будет стремиться защитить инвестиции, такие как налоговый кредит на новые энергоэффективные дома (раздел 45L Налогового кодекса) и кредит на повышение эффективности существующих домов (раздел 25C). Количество новых домов, соответствующих требованиям, ежегодно увеличивается более чем вдвое с момента вступления в силу реформы 45L в 2023 г. Это способствовало росту продаж теплоизоляции, тепловых насосов и водонагревателей с тепловым насосом, помогая снизить расходы на электроэнергию для дома.

Большая часть средств может быть выделена (по контрактам) до дня инаугурации. Например, программа скидок на оплату энергии для дома предоставляет штатам средства для реализации программ модернизации систем энергоснабжения домов, уделяя особое внимание домохозяйствам с низким и средним уровнем дохода. Заявки подали все штаты, кроме 10. Эти 10 штатов наиболее подвержены риску потери своих средств, но поскольку во всех них, кроме одного, губернаторы и законодательные органы — республиканцы, неясно, позволит ли администрация Трампа этим штатам продолжить реализацию своих программ или попытается перераспределить эти средства.

Избранный президент Трамп неоднократно обещал сократить расходы на электроэнергию вдвое. Администрация добьется большего успеха в сокращении счетов за электроэнергию, если будет использовать меры по повышению эффективности для сокращения потерь энергии в дополнение к усилиям по снижению цен на энергоносители. Разрешение на реализацию программы скидок на оплату энергии для дома во всех штатах и сохранение налоговых льгот на эффективность помогут достичь целей Трампа по доступности энергии.

Наступающий год несет с собой как неопределенность, так и надежды в плане энергоэффективности. Хотя проблемы, связанные с ростом спроса на энергию и изменением федеральных приоритетов, кажутся серьезными, возможности использования эффективности в качестве решения не менее убедительны. Повышая эффективность во всех секторах, мы можно снизить риск экономической стагнации и повысить конкурентоспособность, улучшить доступность и помочь смягчить последствия изменения климата.

Стивен Надаль. The Year Ahead: Entering a Rocky Energy Efficiency Landscape | ACEEE

PS.

Точно такие же проблемы стоит и перед Россией и многими ее регионами. Ограниченный прогресс в сфере повышения энергоэффективности заложенный во многих стратегических документах (а по факту он получается еще более ограниченным) порождает потребность в многомиллиардных инвестициях для обеспечения растущего спроса на энергетические мощности. Во многих стратегических документах рост спроса на энергоносители в 2023-2035 гг. и далее до 2050 г., а также на генерирующие и сетевые мощности резко ускоряется по сравнению с периодом 2000-2023 гг., когда они росли очень медленно. Это говорит о том, что в этих стратегических документах недостаточно внимания уделяется повышению энергоэффективности. Между тем, экономия энергии и мощности за счет повышения энергоэффективности обходится в 3-10 раз дешевле, чем вводы новых мощностей.

Что касается политического ландшафта, то в России нет действующей федеральной программы повышения энергоэффективности. Принято решение о ее разработке в наступившем 2025 г., но заданные сроки, отсутствие финансовых ресурсов на ее разработку, что не позволяет мобилизовать адекватные интеллектуальные ресурсы, ставят под сомнение, что энергоэффективность действительно станет приоритетом энергетической политики в России. Рост экономики России возможен только при движении по дуге снижающейся энергоемкости. Стагнация энергоэффективности заметно тормозит экономический рост.

И.А. Башмаков

В Климатической доктрине России ключевой целью названо достижение углеродной нейтральности к 2060 году. Однако если верить данным последнего национального кадастра, в 2022 году нетто-выбросы ПГ в России уже были на 68,74% ниже уровня 1990 года. Отсюда вопрос: нам действительно требуется 38 лет, чтобы выйти в ноль, или можно оказаться в этой точке быстрее (раньше)? Я думаю, что нам не только можно, но и нужно идти к этой цели быстрее. Особенно учитывая прогнозы мирового потребления ископаемого топлива, которое по многим позициям то ли уже прошло пик, то ли вот-вот пройдет. Чтобы успешно конкурировать на мировых рынках в этих условиях, нужно развивать новые, низкоуглеродные производства и снижать углеродный след продукции. И боюсь, никаких 38 лет у нас для этого нет. Рынок нам столько не даст. Можно, конечно, наплевать на мировой рынок и переключиться на внутренний. Но выпадающих объемов экспорта компенсировать при этом не удастся, а значит, экономика будет сжиматься. Выбросы ПГ тоже, разумеется, упадут, но вряд ли такой способ декарбонизации экономики можно считать приемлемым. Подобное имело место в 1990-х, когда переживала крах советская экономика, и я не думаю, что мы хотим повторения. Значит, нам нужно гармонизировать нашу внутреннюю декарбонизацию с планами декарбонизации большинства стран-импортеров ископаемого топлива. Поэтому выход на углеродную нейтральность надо планировать не на 2060 год, а на 2050-й или даже на 2045-й. Соответственно, на 2035 год нужно ставить целью снижение выбросов на 75% от уровня 1990 года, что, учитывая уже достигнутые 68%, не кажется невероятным.

Аккумуляторы нового поколения для электромобилей могут стать "невесомыми". Шведские ученые разработали технологию структурных батарей, которые одновременно служат силовыми элементами кузова.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса создали аккумулятор с жесткостью 70 ГПа - почти как у алюминия, но значительно легче.

Ключевой компонент - углеволокно, которое выполняет сразу несколько функций: усиливает конструкцию, проводит ток и служит активным материалом.

В новой версии батареи ученые полностью отказались от алюминиевой фольги в катоде, заменив ее на углеволокно с покрытием из литий-железо-фосфатного состава. Это позволило достичь плотности энергии в 30 Вт⋅ч/кг.

По расчетам исследователей, использование таких аккумуляторов может увеличить запас хода электромобилей на 70% просто за счет снижения веса.

При этом технология решает сразу несколько проблем: убирает из производства дефицитные материалы вроде кобальта и использует более безопасный полутвердый электролит.

P.S.
Не мешало бы провести и Первую российскую конференцию на высшем уровне по энергоэффективности с участием первых лиц государства, министров и руководителей субъектов РФ. В 2009 г. в Архангельске прошел Госсовет по энергоэффективности. С тех пор на такой уровень повестка повышения энергоэффективности не выносилась. А стоит это сделать. Повышение энергоэффективности является ключом к решению многих проблем: повышения надежности работы ЖКХ, конкурентоспособности промышленности, обеспечения физической и экономической доступности энергетических услуг, снижения нагрузки на окружающую среду и декарбонизации экономики России. Но во всех стратегических документах приоритет отдается чрезвычайно затратным решениям на стороне увеличения производства энергоносителей. Под таким грузом надорвется любая экономика. В экономической гонке Россия движется с гирей в 2-3 раза более высокой энергоемкости и порождаемой этим капиталоемкости и материалоемкости. С таким грузом Россия всегда будет отставать.

И.А. Башмаков

Китайские ученые добились прогресса в исследованиях по литий-металлическим аккумуляторам

Команда китайских исследователей успешно построила идеальную твердую электролитную межфазу на контактной поверхности литий-металлических анодов. Результаты соответствующего исследования были опубликованы в академическом журнале Nature.

По словам руководителя упомянутого исследования, професора Янь Кэю из Южно-Китайского политехнического университета, эта межфаза отличается высокой электронной изоляцией, высокой ионной проводимостью и высокой химической стабильностью, что повышает производительность и безопасность литий-металлических аккумуляторов.

☝🏻Ожидается, что это достижение предоставит новые ключевые технологии для разработки и производства высокопроизводительных литиевых аккумуляторов следующего поколения. Его можно использовать для содействия достижениям в таких областях, как автомобили на новых источниках энергии и интеграция фотовольтаики и накопителей энергии.

Литий-металлические аккумуляторы считаются одним из наиболее перспективных кандидатов на создание аккумуляторов следующего поколения, которые могут удвоить плотность энергии существующих литий-ионных аккумуляторных батарей.

Вышеупомянутая команда использовала наночастицы с моноклинной структурой m-li2zrf6 в качестве добавки для успешного создания твердого электролитного интерфейса с отличными электрохимическими характеристиками на контактной поверхности литий-металлического анода. Это позволяет литий-металлическим аккумуляторам поддерживать 80% своей емкости после 3000 циклов при скорости зарядки 2С, достигая того же уровня плотности энергии, что и у аккумуляторных батарей той же категории.

Процесс синтеза наночастиц m-li2zrf6 прост, что делает их пригодными для массового производства и обеспечивает решение для широкого применения литий-металлических аккумуляторных батарей.

#Китай

Три закона энергетической трансформации и экономический рост

Под таким названием в журнале Energy Efficiency 15 января 2025 г. вышла моя программная статья. Three laws of energy transitions and economic growth | Energy Efficiency

В ней исследуется взаимодействие между отношением затрат на энергию к доходу (в т.ч. к ВВП), ценами на энергию, энергоэффективностью, качеством энергии и экономическим ростом. Отношения между первыми тремя были сформулированы мной еще в 2007 году в форме трех законов энергетических переходов. В данной статье приводятся дополнительные эмпирические доказательства и теоретические обоснования этих законов, а также рассматриваются их последствия для экономического роста и политики декарбонизации. В ней также утверждается, что рост цен на энергию, вызванный только растущей долей более качественных энергетических ресурсов, не препятствует, а стимулирует экономический рост. В статье показано, что повышение энергоэффективности приводит к устранению «пределов роста» — экономической доступности энергии, ресурсных и экологических ограничений на ее использование; но поскольку оно сталкивается с «пределами изменений», компромисс между максимизацией экономического роста и минимизацией выбросов парниковых газов неизбежен.

Первый закон гласит: «В долгосрочной перспективе соотношение затрат на энергию и доходов относительно стабильно с очень ограниченным диапазоном колебаний», или «В долгосрочной перспективе реальные цены на энергию могут расти лишь настолько, насколько снижается энергоемкость». Отношение расходов на энергию всех ее конечных потребителей к ВВП стран ОЭСР равно 7,2±2%. 7,2% - это центр гравитации. Как в случае с маятником, заметное отклонение через серию колебаний с циклом 25-33 года возвращает это отношение в исходное положение. Эта доля сохраняется на указанном уровне столетия, сходна для всех стран и не зависит от уровня их экономического развития. Заступ за верхний порог – 9-10% (без учета стоимости топлива, используемого на неэнергетические нужды) приводит к резкому торможению, или остановке экономического роста. В статье это отражено в виде «функции крыла».

Второй закон гласит: «рост общей экономической производительности требует лучшего качества энергетических услуг». Помимо широкого перечня физических характеристик качества энергии, есть еще экономические: способность поддерживать масштабирование производства или снижение затрат за счет экономии на масштабах и улучшения производительности капитала, труда и материалов по всей цепочке поставок. Потребители готовы платить за экономическую полезность более качественной энергии. Электричество — один из самых дорогих энергоносителей. Потребители не выбрали бы электричество, если бы оно не обладало уникальными характеристиками, позволяющими экономить капитал, материалы и рабочую силу. Повышение качества энергии требует преобразования первичных источников энергии, а также передачи и распределения полученных энергоносителей. Это приводит к росту стоимости единицы потребленной конечной энергии. В статье показано, что за счет повышения качества энергии средняя цена единицы энергии растет примерно на 1% в год. Это позволяет добавить к росту многофакторной производительности и ВВП 0,5-1% в год. Резкий рост цен на энергию за счет нефтяных шоков привел к замедлению роста качества энергии и экономического роста.

Третий закон является неизбежным следствием первых двух и гласит: «по мере того, как качество энергии улучшается при относительно стабильном отношении затрат на энергию к доходам, производительность энергии растет, а энергоемкость снижается». Рост качества вызывает рост средних цен на энергию. Тогда сохранение отношения расходов на энергию к доходу возможно только при снижении энергоемкости. Возможность получения большего количества энергетических услуг на единицу потребляемой энергии долгое время эксперты называли автономным (от цен) технологическим прогрессом и вводили в модели как внешний и бесплатный фактор.

Продолжение ниже

Начало статьи

Однако этот фактор имеет цену - рост средней энергии цены на энергию из-за растущей доли более качественных энергоносителей. Основной эффект повышения энергоэффективности заключается в компенсации роста средней цены на энергию, вызванного улучшением качества энергии и другими факторами.

Повышение энергоэффективности устраняет «пределы роста», но сталкивается с «пределами изменений». Энергоемкость ВВП снижется в основном в пределах 0,5%−2,5% в год. Частично это является результатом структурных сдвигов (в основном вызванных чрезмерным ростом цен на энергоносители), в то время как индексы энергоемкости, отражающие эффекты технологического прогресса, ограничены 1% в год — близко к ежегодным улучшениям качества энергии.

Исследования по смягчению последствий изменения климата при переходе к чистому нулю в ближайшие 30 лет либо предполагают, либо моделируют снижение энергоемкости мирового ВВП в среднем на 3–4% в год. Это очень трудно решаемая задача. Темпы декарбонизации сверх этих значений зависят от скорости проникновения на рынок возобновляемых источников энергии, которая, возможно, также имеет пределы. Осознание этого в последние годы нашло отражение в концепции достаточности (sufficiency). Для реализации этой концепции потребуются инновационные усилия в области социальной инженерии, в то время как ее влияние на замедление экономического роста может быть значительным, но пока еще плохо изучено.

И.А. Башмаков

В 2023 году в 65% вновь построенных жилых зданий в Германии тепловой насос был основной системой отопления

В 2023 году в 65% вновь построенных жилых зданий Германии тепловой насос был основной системой отопления, что на 8 п.п. больше, чем в 2022 году, говорится в отчете Немецкого энергетического агентства (dena). Тепловые насосы также были самой распространенной системой отопления в новых нежилых зданиях (34,4%). Однако каждое пятое новое жилое здание по-прежнему оборудовано газовой системой отопления, и пока неизвестно, сможет ли 2024 год, за который пока нет данных, повторить рекорд 2023 года по продажам систем отопления, не основанных на ископаемых видах топлива.

В то время как в новых зданиях Германии преобладают климатически безопасные технологии отопления, в ранее построенных зданиях страны по-прежнему применяется ископаемое топливо, говорится в отчете Немецкого энергетического агентства (dena).
«Из почти 20 миллионов жилых зданий 79% по-прежнему отапливаются нефтью и газом, а возобновляемые источники энергии до сих пор играют слишком малую роль в существующих зданиях», – сказала председатель dena Коринна Эндерс, - «в то время как политические и деловые круги и общество в целом должны были сообща направить свои усилия на содействие энергопереходу».

Clean Energy Wire, 10 Jan 2025: Four in five residential buildings in Germany still heated with oil and gas – energy agency