Массовый переход на возобновляемые источники энергии не гарантирует равномерного улучшения качества воздуха. Ученые из Китая и США обнаружили парадокс: при определенном устройстве энергосистемы увеличение доли солнца и ветра способно сделать периоды особенно сильного загрязнения атмосферы более частыми. Результаты исследования опубликованы в Nature Geoscience.
Проблема заключается не в самих солнечных панелях или ветрогенераторах. Во время работы они не создают тех выбросов, которые характерны для угольных электростанций. Риск возникает в моменты, когда погода одновременно лишает энергосистему значительной части «зеленой» генерации.
Например, продолжительный штиль резко уменьшает производство электричества ветряными станциями, а плотная облачность ограничивает возможности солнечных электростанций. Если накопителей энергии и других резервных мощностей недостаточно, возникший дефицит приходится быстро закрывать традиционной генерацией.
В Китае такую роль пока во многом выполняет уголь.
Исследователи смоделировали работу китайской энергосистемы при разных вариантах развития возобновляемой энергетики. Отдельно они рассмотрели ситуации, когда падение производства солнечной и ветровой энергии продолжается от нескольких часов до трех суток.
Расчеты показали необычный эффект. В долгосрочной перспективе сокращение использования угля действительно способно уменьшить общий объем вредных выбросов. Однако в отдельные неблагоприятные периоды резервные ТЭС приходится резко загружать, из-за чего за короткое время в атмосферу поступает большое количество загрязняющих веществ.
При наиболее масштабном внедрении солнечной и ветровой генерации частота эпизодов экстремального загрязнения, согласно рассмотренным сценариям, может увеличиться на 40-100%.
Особенно неблагоприятно совпадение двух факторов: падения выработки возобновляемой энергии и метеоусловий, при которых загрязняющие вещества плохо рассеиваются. В таком случае необходимость срочно увеличить производство электричества на ископаемом топливе возникает именно тогда, когда атмосфера хуже очищается естественным путем.
Для Китая вопрос особенно актуален из-за масштабов энергетической перестройки. Сейчас уголь обеспечивает значительную часть генерирующих мощностей страны, однако к 2060 году его долю предполагается существенно сократить. Одновременно Китай быстро расширяет солнечную и ветровую генерацию.
Авторы исследования не делают вывода, что развитие возобновляемой энергетики следует остановить. Полученные результаты указывают на другую проблему: одних ветряков и солнечных панелей недостаточно. Вместе с ними необходимо развивать накопители электроэнергии, электросети, управляемую низкоуглеродную генерацию и другие способы компенсации погодных провалов.
Иначе может возникнуть энергетический парадокс: среднегодовые выбросы будут снижаться, но дни с особенно грязным воздухом станут встречаться чаще. Именно этот эффект ученые предлагают учитывать при планировании масштабного отказа от угольной энергетики.
