Известный аналитик мировой экономики Гейл Тверберг предлагает посмотреть на мировой энергетический кризис с точки зрения растущей сложности системы «экономика-энергетика», с которой оказались неспособны справиться органы государственного управления.

Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК.

«Увеличение мощности ветряных турбин, солнечных батарей и рост числа электромобилей не может решить нашу энергетическую проблему», — утверждает Гейл Тверберг в своей последней статье из серии «Наш конечный мир». Эти устройства, а также батареи, зарядные станции, линии электропередачи и многие другие конструкции, необходимые для их работы, представляют собой слишком высокий уровень сложности.

Парадоксальное, на первый взгляд, утверждение Тверберг, подтверждается ростом стоимости электроэнергии с увеличением сложности систем энергоснабжения с ростом доли нестационарной ветряной и солнечной энергетики.

В США, например, цены на электроэнергию в 2022 году по сравнению с предыдущим годом выросли на 14,3%, в два раза превысив общий уровень инфляции. Этот рост объясняют ростом стоимости природного газа на бирже Nymex: на конец 2022 года газ подорожал относительно конца 2021 года на те же 14,3% (4,598 и 4,013 за MBtu). Но газ отвечает только за 40% генерации, к тому цена топлива в цене электроэнергии для потребителя меньше половины. Возможная причина роста цены киловатт-часа — рост доли нестационарной генерации. В целом структура генерации в США не изменилась: доля ветрогенерации за последние два года (2020–2022 гг.) выросла с 8,4% до 9%, а доля солнечной генерации — с 2,3% до 2,8%. Однако это незначительно увеличение доли ВИЭ сопровождалось значительным увеличением сложности балансировки системы энергоснабжения, так как ВИЭ-генерация в США (и в Европе) имеет преимущество при подключении к сети. К тому же пиковый характер ВИЭ-генерации приводит к неоптимальной загрузке стационарных источников.

Еще сложнее ситуация в европейских странах с их большой долей ветро- и солнечной генерации. В Германии и Великобритании цена электроэнергии для потребителей выросла за последние два года в три-четыре раза. Внедрение, казалось бы, технически простых источников — крутящихся лопастей и стационарных панелей — натолкнулось на проблемы сети энергоснабжения, которая сама по себе является чрезвычайно сложной системой поддержания стабильного напряжения и частоты переменного тока на пространстве в тысячи километров с десятками тысяч генерирующих устройств и сотнями миллионов потребителей, непрерывно меняющих свои потребности в энергии. 

В СМИ попадает информация только о наиболее «выдающихся» примерах неспособности вписать ВИЭ в энергосистему. Например, 30 января во время доклада в Комитете по бизнесу, энергетике и промышленной стратегии Великобритании Уилл Меццуло, глава водородного отдела в энергетическом гиганте Centrica, заявил: «На данный момент сеть абсолютно не готова к подключению новых проектов. Они физически едва ли смогут подключить к сети больше батарей сетевого масштаба или возобновляемых источников энергии. Нам стало известно о солнечной ферме с 14 мегаваттным сетевым подключением. Было сообщено о дате её подключения к электросети в 2033 году». Для большинства новых проектов ВИЭ в стране сроки подключения называются 2036 или 2037 годы. 

Отключения ветрогенераторов из-за невозможности принять их энергию в сеть в Великобритании стало обычной ситуацией.

В Германии энергетики предупреждают о неготовности сетей к зарядке электромобилей в ближайшее время при росте их численности. 

В Австралии и на Кипре энергокомпании отключают солнечные панели потребителей из-за перегрузки сети.

Антрополог Джозеф Тейнтер в своей книге «Коллапс сложных обществ» описал проблему убывающей отдачи от дополнительной сложности системы. Тезис справедливый для всех сложных систем — от компьютеров до энергетики и систем государственного управления. В числе причин краха СССР Тверберг (и не она одна) называет неспособность управленческой системы государства справиться с возросшей сложностью экономики страны. Ответом стал распад государства и примитивизация экономики. В компьютерах мощь процессоров не увеличивает адекватно скорость его работы. В энергетике сложность управления хаотической генерацией ВИЭ не окупается кажущейся бесплатностью ветра и солнца ввиду низкой отдачи энергии на единицу массы и занимаемой площади, которые тоже можно рассматривать как элемент сложности системы. 

В атомной энергетике резко возросшая сложность получения энергии по сравнению с угольной и газовой генерацией (строительство систем обогащения урана и изготовления ТВЭЛ, высокие требования к материалам и квалификации кадров, проблемы захоронения радиоактивных отходов) компенсируется высокой плотностью потока энергии на единицу массы станции и занимаемой ею площади. 

По оценкам, для эквивалентной установленной мощности солнечным и ветровым установкам требуется в 15 раз больше бетона, в 90 раз больше алюминия и в 50 раз больше железа, меди и стекла, чем для ископаемого топлива или ядерной энергии.

Профессор Тейнтер отмечает, что сложность любой системы требует затрат энергии, но для многих систем эти затраты практически невозможно измерить, например, затраты на функционирование финансовой системы.

К тому же на практике растущая сложность и сопутствующее как правило видимое снижение стоимости продукта приводит к большему, а не меньшему расходу топлива. Это известно как парадокс Джевонса. 

Можно рассматривать внедрение электромобилей с точки зрения экономии энергии (что сомнительно), а можно — как попытку строительства параллельной к существующей топливной системе новой системы заправки автотранспорта электричеством, что усложняет общую транспортную систему государства. Показателен в этом отношении провал перевода транспорта в США, Европе и РФ на газовое топливо. Газ дешевле бензина, но выстроить еще одну систему снабжения транспорта не удалось — автотранспортные фирмы во всех регионах после газового бума вернулись к дизельным грузовикам. В России газовые метановые заправки работают с загрузкой 34% от проектной и приносят «Газпрому» миллиардные убытки. Система газовых заправок не добавляет в систему заправки автомобилей достаточно уровня повышения эффективности, чтобы компенсировать возросшую сложность функционирования еще одной системы. Обратный пример — сотовая связь, которая добавила достаточно эффективности в экономическую деятельность, чтобы компенсировать создание системы связи, параллельной существующим телефонным линиям. 

Тейнтер пишет, что если доступный источник энергии уменьшится, система должна будет упроститься. На грядущее упрощение указывают макроэкономические индикаторы, например, стагнация потребления энергии на душу населения.

На кризис глобализации как кризис сложности хозяйственных связей указывает падение доли мировой торговли в мировом ВВП.

На упрощение системной сложности США указывает падение общего количества студентов колледжей и университетов, обучающихся на дневном и заочном отделениях.

Одновременно наблюдается снижение качества студентов. По словам профессорско-преподавательского состава колледжей, с которыми разговаривала Гейл, в последние годы возникло давление, направленное на повышение уровня удержания принятых студентов. Другими словами, преподаватели чувствуют, что их поощряют удерживать нынешних студентов от отсева, даже если это означает небольшое снижение стандартов знаний. Учащиеся, которые могли быть не приняты в прошлом из-за низких оценок в средней школе, все чаще принимаются, чтобы не допустить дальнейшего падения числа учащихся и приносимых ими доходов для университетов.

В то же время заработная плата профессорско-преподавательского состава не поспевает за инфляцией.

С точки зрения студентов, проблема заключается в том, что рабочие места, за которые платят достаточно высокую заработную плату, чтобы оправдать высокую стоимость обучения в колледже, становятся все более недоступными. 

Здесь уместно вспомнить старый анекдот: «Американские университеты — это такое интересное место, где евреи из России учат студентов из Китая». В Китае и других развивающихся странах внутренняя сложность растет, на что указывает быстрый экономический рост и, главное, быстрый рост потребления электроэнергии в отличие от развитых стран ОЭСР.

Видно, что в странах, не входящих в ОЭСР, быстро растет производство электроэнергии из угля, а также из природного газа и гидроэнергии. Это несложные виды генерации, и странам не нужно переплачивать за систему ВИЭ. 

Цена энергии — критический параметр экономики. Полтора столетия назад промышленная революция произошла в Великобритании, а не в Голландии только потому, что в Великобритании были большие запасы угля, который можно было легко доставлять в города дешевым водным путем. Сейчас цена газа в США в четыре раза ниже, чем в Европе, и компании начинают инвестировать в новые мощности именно в США. 

Если мы посмотрим на местное производство топлива, обычно используемого для производства электроэнергии (то есть всех видов топлива, кроме нефти), мы увидим закономерность — в странах ОЭСР производство не растет, пишет Тверберг.

Электричество из местного угля исторически было очень недорогим и не создавало дополнительной сложности системе энергоснабжения, что позволяло Европе удерживать низкую цену на электроэнергию. С уничтожением угольной генерации сдерживать цены стало невозможно.

Совсем другая картина возникает, когда рассматривается производство топлива, используемого для выработки электроэнергии в странах, не входящих в ОЭСР. 

Обратите внимание, что на рисунках использована одна и та же шкала. Таким образом, в 2001 году производство этих видов топлива было примерно одинаковым для стран ОЭСР и стран, не входящих в ОЭСР. Но производство этих видов топлива почти удвоилось с 2001 года в странах, не входящих в ОЭСР, в то время как производство в странах ОЭСР осталось практически на прежнем уровне. 

Когда выгода от дополнительной сложности становится слишком малой по сравнению с требуемой дополнительной энергией, экономика в целом имеет тенденцию к краху, что эквивалентно «быстрой потере сложности», пишет Тверберг. Определение «быстрый» здесь ключевое.

Гейл приводит слова Уго Барди о Сенеке. Луций Анней Сенека в 91 году н. э. писал: «Было бы некоторым утешением для слабости нас самих и наших трудов, если бы все вещи погибали так же медленно, как они возникают. Как бы то ни было, рост происходит вяло, но путь к разорению лежит быстро». Турчин и Нефедов в книге «Мирские циклы» описали такое падение при анализе нескольких сельскохозяйственных цивилизаций.

Можно придумывать разные параметры для описания сложности систем, например, количество непроизводительного труда (любой умственный труд, управление, услуги) в общей доле труда, количество роботов в производстве, масштаб использования искусственного интеллекта и т.п., но с описанием примитивизации общественных систем проблем нет: сокращается доля умственного труда, теряются высокие технологии, растет доля примитивного сельскохозяйственного и ремесленного труда, падает потребление энергии в целом и на душу населения. Спад происходит быстро, а подъем медленно. Строители утверждают, что рассчитать и построить акведуки, адекватные по сложности акведукам времен Древнего Рима, в Европе могли бы только к середине 19 века.