Енергетичний перехід стикається з темпом кліматичного годинника

Поняття енергетичних переходів крадькома з’явилося на наступний день після першого нафтового шоку в роботі над диверсифікацією енергетичної суміші (1). Його використання зменшилось у 1980-х роках після контршоку з нафти, але цей термін повернувся в моду у 2000-х роках із зростанням цін на енергоносії та усвідомленням кліматичної проблеми. З тих пір використання цього терміна продовжує поширюватися, навіть будучи предметом закону, прийнятого в 2015 році французьким парламентом.

Вираз подається у множині і може виправдати широкий спектр стратегій. У США енергетичний перехід має на меті зменшити залежність країни від імпорту вуглеводнів. Цей термін виправдовує широкомасштабне використання нафти та сланцевого газу, що, тим не менше, ризикує продовжити використання викопного палива (2). На Близькому Сході енергетичний перехід повинен дозволити вилікувати економіку їх залежності від нафтової ренти. У країнах, що розвиваються, він прагне забезпечити збільшення джерел енергії, сумісних із зростанням економіки.

В Європі ця концепція виправдовує паперову політику, спрямовану одночасно на зменшення викидів парникових газів, сприяння відновлюваним джерелам енергії та заохочення енергоефективності. Але як тільки ви заглибитесь трохи глибше, виявляється, що упаковка охоплює розрізнені національні стратегії: в ім'я енергетичного переходу Німеччина припиняє роботу з ядерної енергетики, Великобританія прагне повернутися до неї, Польща вступить до неї, а Франція задається питанням про засоби для розведення його ваги ...

Така податливість концепції небезпечна, оскільки вона може вказувати на небажане майбутнє з кліматичної точки зору. Це є причиною того, чому ми прагнемо дати чітке формулювання перед тим, як підкреслити специфіку низьковуглецевого переходу щодо переходів минулого.

Рентгеноскопія енергетичної системи

Поняття енергетичного переходу часто визначається на основі відповідної ваги первинних джерел, що використовуються в системі, яку зазвичай називають "енергетичною сумішшю". Наприклад, глобальна енергетична система перейшла від традиційної біомаси до викопного палива на початку минулого століття через зростаючий внесок вугілля, яке представляло 19% первинної енергії, що використовувалася у світі в 1870 р., Але 47% у 1900 р. і 55% у 1910 р. (3) .

Це визначення часто асоціюється з критерієм часу, необхідного для досягнення новим первинним джерелом певної ваги в системі. Однак цей підхід, заснований на енергетичній суміші, є інтелектуальним об'єктом, далеко не відображаючи складність, властиву енергетичним системам, та динаміку їх перетворень.

Енергетична система характеризується набором складних взаємозв’язків, які пов’язують первинні джерела з кінцевими видами використання.

Щоб зрозуміти динаміку енергетичних систем, а отже, правильні важелі їх розвитку, необхідно мати адекватне уявлення. Енергетична система характеризується набором складних взаємозв’язків, які пов'язують первинні джерела (енергія, яка є в природному стані до будь-якої трансформації), і кінцеве споживання (енергія, споживана домашніми господарствами, підприємствами чи громадами).

Вище за кінцеве використання ціла серія обладнання та інфраструктури працює для перетворення первинних джерел у корисну енергію, її зберігання та транспортування до споживача. Ці центральні ланки відіграють важливу роль у функціонуванні енергетичних систем: без винаходу парової машини Ваттом (1769 р.) Вугілля не мало б того зростання, якого він мав у 19 столітті; без турбіни Фурнейрона (1832) електрика не відігравала б тієї ролі, яку відігравала у ХХ столітті.

Таким чином, поняття енергетичного переходу можна визначити як усі перетворення, необхідні для суттєвої модифікації кінцевого використання, поєднання первинних джерел та ланцюга перетворення/зберігання/розподілу енергетичної системи. Таке системне бачення є основою роботи таких авторів, як Сміл та Фуке. Його також популяризувала книга Джеремі Ріфкіна про "третю промислову революцію" (4) .

Як показує історичний аналіз, цей тип трансформації, що впливає на поєднання первинних джерел, а також кінцеве використання та проміжні ланки ланцюга, відбувається протягом тривалих періодів. Її швидкості перешкоджає, зокрема, інерція матеріальної та нематеріальної інфраструктури, на якій працює система.

Енергетичні переходи минулого: історія складання

Загальною характеристикою енергетичних переходів є те, що вони відтворили адитивний зразок, при якому нові первинні джерела додаються до вже існуючих, ніколи не замінюючи їх. Ось чому світ ніколи не споживав такої кількості вугілля, "енергії 19 століття", як з 2000 року.

Споживання енергії в 20 столітті зросло у дев'ять разів ...

Найбільш прямим наслідком складання дедалі щільніших джерел енергії є збільшення кількості доступної енергії на душу населення, дуже повільне протягом перших двох переходів, потім все швидше. Від впровадження нових викопних джерел: вугілля, нафта, газ. У поєднанні з одночасним демографічним переходом це призвело до безпрецедентного зростання споживання енергії у всьому світі за останні два століття.

Двадцяте століття ознаменувалося надзвичайним прискоренням енергетичного переходу, зумовленого розширенням первинних джерел та збільшенням кількості видів використання, пов'язаних з розподілом електроенергії, автомобілів, хімічних речовин, що отримуються з вуглеводнів, тощо. до 1,7 т нафтового еквівалента. Помноживши кількість людей на Землі більш ніж на чотирьох, споживання енергії у 20 столітті зросло у дев’ять разів.

Низьковуглецевий перехід: вилучення викопного палива

Механізм складання джерел енергії, що склав минулі енергетичні переходи, є основною причиною прискорення антропогенних викидів парникових газів. За останні два століття енергетичні переходи спричинили кумулятивний механізм накопичення нових джерел викидів СО2, нечувані в історії людства. У період з 1850 по 2017 рік земляни викинули в атмосферу трохи більше 2,3 трильйонів тонн СО2. З цих 2300 мільярдів 40% було випущено з 1990 року, а 28% - з 2000 по 2017 рік.

Якщо складання трьох викопних джерел енергії було основною особливістю 20 століття з екологічного та кліматичного погляду, то розкладання цих джерел шляхом вилучення викопного палива буде великим бізнесом 21 століття.

У дуже довгостроковій перспективі дефіцит викопного палива призведе до покалічного збільшення їх вартості, що зробить їх економічно непридатними. Але якщо ми керуємо низьковуглецевим переходом виключно на основі вичерпання запасів земляних запасів, ми ризикуємо випустити занадто багато СО2 в атмосферу. Протягом двох століть економісти та політики були одержимі стіною дефіциту, на якій би спіткнувся ріст. Відштовхування цієї стіни стало потужним рушієм минулих енергетичних переходів, успіх яких значною мірою лежить в основі кліматичної проблеми.

Правда полягає в тому, що земна кора містить занадто багато запасів викопного палива, які можна використати, порівняно з тим, що може поглинути атмосфера, не порушуючи кліматичну систему. Головною проблемою XXI століття є не ризик нестачі вугілля, нафти чи газу. Це тому, що за два століття наші суспільства розробили величезні здібності, щоб використати ці три енергії, які є надто великими.

Вуглець "знизу", вуглець "зверху"

Енергетичні переходи в минулому були результатом дій людей, які стикалися з дефіцитом скам'янілих родовищ вуглецю в надрах. Вони керувалися "вуглецем знизу". Кліматичний ризик змушує розглянути інший запас: запас вуглецю згори, який накопичується в атмосфері, порушуючи клімат. Проблема вже не в рідкості, а в переповненості, яку потрібно утримати, щоб пом'якшити глобальне потепління.

Приведення у відповідність до цілей Паризької угоди веде до потрійного зрушення щодо динаміки минулих енергетичних переходів:

віковий механізм укладання доведеться замінити схемою, при якій безвуглецеві джерела більше не додаються до існуючих джерел, а замінюють викопне паливо;
підвищення енергоефективності більше не повинно призвести через падіння відносних цін до збільшення споживання енергії на душу населення, що суттєво сприяє нарощуванню викидів;
незважаючи на незліченну кількість інерцій енергетичних систем, ця мутація повинна відбуватись вимушеним темпом, час переходу з низьким рівнем вуглецю буде відбиватися темпом кліматичного годинника.

Щоб рухатись до цілей Паризької угоди, необхідно буде здійснити енергетичний перехід, який у багатьох аспектах, таким чином, піде прямо протилежним шляхам, пройденим за останні два століття.

Ця колонка являє собою узагальнення довшої статті, яка з’явиться в Енциклопедії енергетики та в Ревю Енергія № 2/2018.