Международная группа ученых из Университета Кентербери в Новой Зеландии, Немецкого аэрокосмического центра, Технологического университета Лаппеэнранта в Финляндии, Университета Сантьяго-де-Чили и Университета Гранады в Испании подготовила детализированный прогноз будущего энергопотребления Новой Зеландии до 2050 года. Это первая работа такого масштаба, которая показывает не только общий объем будущего спроса, но и то, как он будет меняться в разные периоды времени и в разных секторах экономики. Для этого ученые собрали и согласовали данные о конечном энергопотреблении страны в электроэнергетике, теплоснабжении и транспорте и на их основе построили количественный прогноз с почасовой и региональной детализацией.
Сегодня совокупное конечное энергопотребление Новой Зеландии находится в диапазоне 130-140 ТВт·ч в год. В 2019 году, до пандемии, этот показатель был близок к верхней границе диапазона, в 2020-2021 годах заметно снизился, а к 2025 году вернулся к историческим значениям – 136-141 ТВт·ч. Дальнейшая динамика уже не является инерционной и напрямую зависит от выбранной траектории энергетического перехода.
В сценариях ускоренной электрификации суммарное конечное энергопотребление к 2050 году снижается примерно до 120 ТВт·ч за счет резкого роста энергоэффективности. В сценариях, где большую роль играют биомасса и синтетические топлива, спрос остается ближе к текущему уровню – 135-140 ТВт·ч, поскольку такие энергоносители требуют больших энергетических затрат на единицу полезной работы по сравнению с прямым использованием электроэнергии.
Наиболее наглядно различия между сценариями проявляются в структуре спроса. В секторе тепла сегодня потребляется около 60 ТВт·ч в год. Почти половина этого объема приходится на промышленное тепло, включая около 17 ТВт·ч на высокотемпературные процессы свыше 300 °C и еще 14 ТВт·ч на среднетемпературные процессы. Отопление зданий и горячее водоснабжение в совокупности дают порядка 23 ТВт·ч. К 2050 году в сценариях активной электрификации конечное энергопотребление в тепловом секторе практически не растет и удерживается в диапазоне 55-60 ТВт·ч за счет массового внедрения тепловых насосов. В альтернативных сценариях, где промышленность и здания в большей степени опираются на биотопливо и водород, потребление тепла увеличивается до 70-75 ТВт·ч.
Еще более радикальные изменения затрагивают транспорт. Сегодня он остается крупнейшим потребителем энергии – около 55-60 ТВт·ч в год, из которых почти 40 ТВт·ч приходится на легковые автомобили. Во всех сценариях к 2050 году транспорт демонстрирует наиболее сильное сокращение конечного энергопотребления – до 15-20 ТВт·ч. Это связано с более высокой эффективностью электроприводов: при переходе на электромобили, электробусы и электрическую железную дорогу для выполнения той же транспортной работы требуется в 3-4 раза меньше энергии.
При этом принципиально меняется структура самого транспортного баланса. По расчетам ученых, из этих 15-20 ТВт·ч около 9-12 ТВт·ч будут приходиться на электроэнергию, а оставшаяся часть – на биотопливо и синтетические топлива для тех сегментов, где прямую электрификацию применить сложнее. Во всех рассмотренных сценариях ископаемое топливо к середине века полностью вытесняется из транспортного сектора.
На этом фоне вырастет и общий спрос на электроэнергию. Потребление в «чистом» энергетическом секторе, без учета тепла и транспорта, увеличится примерно с 20 ТВт·ч в 2020 году до 45-50 ТВт·ч к 2050 году. Если добавить к этому электричество для отопления и транспорта, нагрузка на энергосистему возрастает еще сильнее. При этом решающее значение имеет не только годовой объем, но и распределение спроса во времени. Модель показывает, что электрификация отопления усиливает зимние пики нагрузки, а массовая зарядка электромобилей формирует выраженные вечерние и ночные пики. В сценариях ускоренной электрификации пиковая национальная нагрузка к 2050 году достигает 16-18 ГВт против 10-12 ГВт в 2020 году, даже при умеренном росте годового потребления.
Отдельное внимание в работе уделено пространственному распределению спроса. Расчеты охватывают 16 административных регионов Новой Зеландии и показывают, что около половины всего энергопотребления сосредоточено в нескольких наиболее населенных и экономически развитых регионах, прежде всего в Окленде, Кентербери и Вайкато. При этом промышленные тепловые нагрузки распределены иначе и часто смещены в регионы с развитой переработкой.
Главный вывод исследования состоит в том, что электрификация качественно повысит эффективность всей энергосистемы: переход от сжигания топлива к прямому использованию электроэнергии позволит выполнять ту же полезную работу (обогрев, перевозки, промышленное производство) с существенно меньшими затратами. В результате страна может достичь климатических целей без роста общего энергопотребления, а в ряде сценариев – даже с его сокращением. Однако эта эффективность имеет и обратную сторону: она переносит основные вызовы в область управления пиковыми нагрузками, развития сетей и гибкости энергосистемы, делая почасовое и региональное планирование ключевым приоритетом власти.
