Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку

Наведено огляд проблем енергетики України, Європи і світу. Проаналізовано виклики і ризики, які внаслідок російської агресії постали перед соціально-економічною сферою країни, зокрема в галузі енергетики, а також перед академічною фундаментальною наукою. Підкреслено роль науки як інтелектуальної о...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2023
Main Authors:	Кириленко, О.В., Снєжкін, Ю.Ф., Басок, Б.І., Базєєв, Є.Т.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Series:	Вісник НАН України
Subjects:	Статті та огляди
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192938
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку / О.В. Кириленко, Ю.Ф. Снєжкін, Б.І. Басок, Є.Т. Базєєв // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 3-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-192938
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1929382023-07-24T14:33:28Z Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку Кириленко, О.В. Снєжкін, Ю.Ф. Басок, Б.І. Базєєв, Є.Т. Статті та огляди Наведено огляд проблем енергетики України, Європи і світу. Проаналізовано виклики і ризики, які внаслідок російської агресії постали перед соціально-економічною сферою країни, зокрема в галузі енергетики, а також перед академічною фундаментальною наукою. Підкреслено роль науки як інтелектуальної основи соціально-економічної, політичної і воєнної могутності держави. Зазначено, що в Інституті технічної теплофізики НАН України розвивається новий науковий напрям — фундаментальна енерге- тична інженерія. Розглянуто головні тренди розвитку енергетики Європи і світу в контексті економічних загроз, цінової політики, ресурсної бази, технологій енергоперетворення і кінцевого низьковуглецевого енерговикористання. Акцентовано увагу на початку глобальної енергетичної кризи у світі, запропоновано підходи для пом’якшення її негативного впливу на світову економіку. An overview of energy problems of Ukraine, Europe and the world is presented. The challenges and risks faced by the socio-economic sphere of the country, in particular in the field of energy, as well as by the academic fundamental science as a result of Russian aggression, are analyzed. The role of science as the intellectual basis of the socio-economic, political and military power of the state is emphasized. It is noted that the Institute of Engineering Thermophysics of the NAS of Ukraine is developing a new scientific direction — fundamental energy engineering. The main trends of energy development in Europe and the world are considered in the context of economic threats, price policy, resource base, energy conversion technologies and final low-carbon energy use. Attention is focused on the beginning of the global energy crisis in the world, and approaches to mitigating its negative impact on the world economy are proposed. 2023 Article Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку / О.В. Кириленко, Ю.Ф. Снєжкін, Б.І. Басок, Є.Т. Базєєв // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 3-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.04.003 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192938 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Кириленко, О.В. Снєжкін, Ю.Ф. Басок, Б.І. Базєєв, Є.Т. Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку Вісник НАН України
description	Наведено огляд проблем енергетики України, Європи і світу. Проаналізовано виклики і ризики, які внаслідок російської агресії постали перед соціально-економічною сферою країни, зокрема в галузі енергетики, а також перед академічною фундаментальною наукою. Підкреслено роль науки як інтелектуальної основи соціально-економічної, політичної і воєнної могутності держави. Зазначено, що в Інституті технічної теплофізики НАН України розвивається новий науковий напрям — фундаментальна енерге- тична інженерія. Розглянуто головні тренди розвитку енергетики Європи і світу в контексті економічних загроз, цінової політики, ресурсної бази, технологій енергоперетворення і кінцевого низьковуглецевого енерговикористання. Акцентовано увагу на початку глобальної енергетичної кризи у світі, запропоновано підходи для пом’якшення її негативного впливу на світову економіку.
format	Article
author	Кириленко, О.В. Снєжкін, Ю.Ф. Басок, Б.І. Базєєв, Є.Т.
author_facet	Кириленко, О.В. Снєжкін, Ю.Ф. Басок, Б.І. Базєєв, Є.Т.
author_sort	Кириленко, О.В.
title	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
title_short	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
title_full	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
title_fullStr	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
title_full_unstemmed	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
title_sort	енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192938
citation_txt	Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку / О.В. Кириленко, Ю.Ф. Снєжкін, Б.І. Басок, Є.Т. Базєєв // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 3-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT kirilenkoov energetikanaukataínženeríâsučasnijstaníviklikirozvitku AT snêžkínûf energetikanaukataínženeríâsučasnijstaníviklikirozvitku AT basokbí energetikanaukataínženeríâsučasnijstaníviklikirozvitku AT bazêêvêt energetikanaukataínženeríâsučasnijstaníviklikirozvitku
first_indexed	2025-07-16T18:48:30Z
last_indexed	2025-07-16T18:48:30Z
_version_	1837830479056732160
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 3 ЕНЕРГЕТИКА, НАУКА ТА ІНЖЕНЕРІЯ: СУЧАСНИЙ СТАН І ВИКЛИКИ РОЗВИТКУ Наведено огляд проблем енергетики України, Європи і світу. Проаналізо- вано виклики і ризики, які внаслідок російської агресії постали перед соці- ально-економічною сферою країни, зокрема в галузі енергетики, а також перед академічною фундаментальною наукою. Підкреслено роль науки як інтелектуальної основи соціально-економічної, політичної і воєнної могут- ності держави. Зазначено, що в Інституті технічної теплофізики НАН України розвивається новий науковий напрям — фундаментальна енерге- тична інженерія. Розглянуто головні тренди розвитку енергетики Європи і світу в контексті економічних загроз, цінової політики, ресурсної бази, технологій енергоперетворення і кінцевого низьковуглецевого енерговико- ристання. Акцентовано увагу на початку глобальної енергетичної кризи у світі, запропоновано підходи для пом’якшення її негативного впливу на світову економіку. Ключові слова: енергетика, глобальна енергетична криза, енергетична гнуч- кість і стійкість, чиста енергія, фундаментальна енергетична інженерія. Україна на шляху свого соціально-економічного розвитку не- од норазово проходила точки біфуркації, що змінювали сцена- рії і тренди розвитку країни, — це, наприклад, світова фінансо- ва криза 2007 і 2009 рр., пандемія COVID-19 в 2020—2021 рр. Наразі з’явилася нова жахлива точка біфуркації — у 2022 р. Україна зіткнулася з цивілізаційними викликами та ризика- ми, породженими нічим не спровокованою і невиправданою війною Росії проти України. Тепер доводиться оцінювати сце- нарії виживання та в екстремальних умовах переглядати плани мобілізації й подальшого розвитку країни. У статтях, опублікованих у журналі «Вісник НАН України» за воєнний 2022 рік, провідні вчені представляли концепції і стратегії протидії зовнішнім та внутрішнім загрозам націо- нальній безпеці країни. Виклики постали і перед усіма галузя- ми економіки, і перед українською науковою сферою, зокрема й перед академічною наукою. Одним з них є вирішення про- блем розвитку паливно-енергетичного комплексу країни. Фундаментальні наукові основи. Як підкреслено в Націо- нальній доповіді «Національна стійкість України: стратегія КИРИЛЕНКО Олександр Васильович — академік НАН України, директор Інституту електродинаміки НАН України, академік-секретар Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України СНЄЖКІН Юрій Федорович — академік НАН України, директор Інституту технічної теплофізики НАН України БАСОК Борис Іванович — член-кореспондент НАН України, завідувач відділу теплофізичних основ енергоощадних технологій Інституту технічної теплофізики НАН України БАЗЄЄВ Євген Трифонович — кандидат технічних наук, провідний науковий співробітник Інституту технічної теплофізики НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.04.003СТАТТІ СТАТТІ ТА ОГЛЯДИТА ОГЛЯДИ 4 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ відповіді на виклики та випередження гібрид- них загроз», наука сьогодні «є однією з най- більш конкурентних сфер діяльності та ваго- мим економічним ресурсом, що визначає рівень інноваційного розвитку держави, показником якого у світі вважають наукомісткість вало- вого внутрішнього продукту та кількість до- слідників на 1 млн населення» [1]. У доповіді автори шукають відповіді на гібридні загрози і аналізують феномен національної стійкості як здатності держави «у взаємодії із суспільством зберігати стійкість до зовнішніх та внутріш- ніх агресивних впливів, оперативно реагувати на асиметричні загрози запровадженням змін та адаптацією без шкоди для основних ціннос- тей суспільства, безперервно функціонувати під час криз, а також відновлюватися від руй- нівних наслідків агресивних дій будь-якої приро- ди (самовідновлення)» [1]. Серед дев’яти основних пріоритетів страте- гії національної стійкості України є енергетич- на стійкість як вагома складова економічної стійкості країни. «Енергетична стійкість по- требує проведення моніторингу світового і ре- гіональних енергетичних ринків та енергетич- ної політики держави в контексті усвідомлення актуальних загроз і викликів, а також можли- востей протидіяти ним» [1]. Важливою складовою економічної політики воєнного часу має бути розроблення стратегіч- ного плану заходів щодо реконструкції галузе- вої інфраструктури та відновлення нормаль- ного функціонування енергетики в умовах післявоєнного розвитку країни. В енергетич- ному секторі України воєнного періоду першо- черговим завданням є мобілізація та оптиміза- ція використання наявних енергоресурсів для надійного енергопостачання за умови ефек- тивного енергоменеджменту. Енергобезпека, енергостійкість, енергогнучкість, енергоживу- чість і підвищення енергоефективності стають основними імперативами і пріоритетами полі- тики у світі, особливо в Європі і, безперечно, в Україні. Нагальною потребою є скорочення використання викопного палива і збільшення частки відновлюваних джерел енергії та водню [2, 3]. Децентралізація енергопостачання, зеле- на енергетика, місцева енергетика — це тренд розвитку, зумовлений і посилений війною. Він доповнює світові зусилля з отримання чистої (низьковуглецевмісної або вуглецевоней- тральної) енергії з метою мінімізації згубних наслідків глобального потепління клімату. Для України сьогодні вкрай важливою є енергоефективно орієнтована інноваційна модернізація енергетики з проривним тактич- ним і стратегічним оновленням економіки. Під тактичним оновленням розуміється ви- користання вже розроблених і апробованих на практиці технологій, які гарантують помітний техніко-економічний ефект «уже зараз», а під стратегічним — проведення відповідних фун- даментальних досліджень і розроблення за їх результатами нових проривних технологій, зо- крема створення інтелектуальних мереж елек- тро-, тепло- і водозабезпечення. Профільні установи НАН України брали ак- тивну участь у вирішенні низки науково-тех- нічних проблем, які постали в процесі підго- товки Об’єднаної енергетичної системи (ОЕС) України до переходу на синхронну роботу з Європейською мережею операторів систем пе- редачі електроенергії ENTSO-E. Отримані ре- зультати дали змогу в складних умовах успіш- но реалізувати перехід ОЕС України на режим повної синхронізації з європейською енер- гетичною мережею і здійснити відокремлен- ня від енергетичних систем Росії та Білорусі, що істотно підвищило стійкість енергетичної системи України [4]. Було успішно проведе- но пробні експортні поставки електроенергії в ЄС, а потім, через дефіцит в Україні електро- енергії внаслідок масованих бомбардувань енергетичної інфраструктури, — й імпортні поставки з ЄС. Вплив війни на енергетику України. На- прикінці 2021 р. в Європі сталося економічно невиправдане штучне підвищення цін на ро- сійські енергоносії, яке можна було трактувати як енергетичну агресію РФ. 24 лютого 2022 р. Росія розпочала повномасштабну війну про- ти України з масовим знищенням населення, транспортної та житлової інфраструктури. Станом на 10 серпня 2022 р. було пошкодже- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 5 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ но або зруйновано 300 об’єктів комунальної теплоенергетики, серед яких — 10 потужних ТЕЦ 1. На авторському фото (рис. 1) можна бачити, як виглядає розбомблений трансфор- матор електропідстанції потужної ТЕЦ одного з обласних центрів України. Восени РФ перейшла до цілеспрямованого руйнування енергетики України. Внаслідок цього енергетичного тероризму з 10 жовтня по 10 листопада 2022 р. пошкоджено або зруй- новано третину об’єктів енергетичної інфра- структури (близько 400 одиниць). У листо- паді-грудні 2022 р. ракетні удари по об’єктах енергетики стали ще інтенсивнішими. Загалом станом на 10 лютого 2023 р. енергосистема України пережила 14 масштабних ракетних атак і ще більше бомбардувань дронами. Проте найтяжчі, непоправні втрати — це люди. У звіті ВООЗ 2 зазначено, що внаслідок воєнної агре- сії станом на січень 2023 р. експертами ООН підтверджено 18 657 жертв серед мирного на- селення (7 110 загиблих і 11 547 поранених). На жаль, це лише задокументовані випадки, а реальне число жертв може бути набагато біль- шим. 17,7 млн людей в Україні потребували гуманітарної допомоги; 8 млн змушені були переміститися до Європи, а кілька мільйонів українців стали внутрішньо переміщеними особами, зокрема й через проблеми з теплопос- тачанням великих міст. Захоплення військами РФ спочатку Чор- нобильської, а потім Запорізької атомних електростанцій створило загрозу не лише для України, а й для всього світу. Такі дії на по- рушення міжнародного права та основних принципів ядерної безпеки кваліфікуються як ядерний тероризм [5]. За даними Київської школи економіки, ста- ном на грудень 2022 р. Україна зазнала пря- мих задокументованих збитків від російських атак на інфраструктуру на $136 млрд, при- 1 Підготовка до проходження опалювального періоду в умовах воєнного стану. Матеріали семінару USAID, 12 серпня 2022 р. 2 Бюлетень ВООЗ за січень 2023 р. https://bit.ly/3LsYh4A чому найбільше постраждала енергетика 3. За інформацією Мінінфраструктури України, внаслідок російських ракетних обстрілів по- шкоджено 592 об’єкти теплопостачання: 444 котельні, 13 ТЕЦ, 7 ТЕС, 128 центральних теплових пунктів. Уже відновлено майже 300 об’єктів теплопостачання. На середину грудня 2022 р. збитки, завдані житловому фонду, до- сягли $52,5 млрд. Частка житлового фонду в загальному обсязі збитків становить 38,6 %. У Донецькій області зруйновано 78 700 будинків ($14,3 млрд), на Київщині зруйновано і пошко- джено 22 800 житлових будинків ($8,2 млрд), у столиці — 348 будинків, переважна більшість з яких багатоквартирні ($0,9 млрд). «Це політи- ка знищення українців через створення умов, непридатних для життя. З наближенням зими російське керівництво свідомо позбавляє лю- дей базових речей: води, електрики, тепла. Так само, як свідомо прирікало на голодну смерть під час Голодомору 1932—1933 рр. Це — теро- ризм і воєнний злочин», — заявив Генпрокурор України 4. У статті [6] узагальнено проблеми енерге- тики України, зокрема муніципальної, забез- печення надійного енергопостачання житло- 3 Report of the Kyiv School of Economics. https://bit.ly/3ZKfs65 4 Андрій Костін: Обстріли об’єктів електроенергети- ки — це свідома політика вбивства українців. Офіс Генерального прокурора України. 24.10.2022. Рис. 1. Зруйнований електротрансформатор ТЕЦ по- тужність 40 МВт в одному з обласних центрів України. Весна 2022 р. (фото Б.І. Баска) 6 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ вих і громадських будівель та споруд в умо- вах воєнного стану та у післявоєнний період, наведено перелік пріоритетних наукових досліджень та науково-технологічних розро- бок, спрямованих на створення конкуренто- спроможної продукції, необхідної для забез- печення енергетичної безпеки в умовах війни та досягнення енергонезалежності регіонів і країни в цілому. Досить глибокий аналіз комплексних про- блем науки, наприклад співвідношення фун- даментальної і прикладної науки, місця і ролі науки в післявоєнному відновленні, значення науки як інтелектуального фундаменту еко- номічної, культурної, воєнної могутності дер- жави, наведено в статті [7]. Її автор, академік НАН України В.М. Локтєв, ставить низку пи- тань про стан академічної науки і шукає відпо- віді на них, наголошуючи, що «саме наука, піз- наючи навколишній світ, відіграла ключову роль у масштабних соціальних змінах, забезпечивши сучасний рівень життя провідних країн світу, які й стали такими завдяки щедрій підтримці науки і науковців». На жаль, як зазначає автор, йому не відомий «проєкт розвитку післявоєн- ної України, який має визначити шляхи її над- звичайного політико-економічного перетворен- ня, зокрема подальшу демократизацію, лібера- лізацію, спрощення законодавства, в тому числі й у науковій сфері, різке зменшення ролі і впливу, особливо політичного, олігархів, поступове при- боркання корупційних відносин тощо». У статті поставлено кардинальне питання: яка наука потрібна Україні саме сьогодні, з огляду на найбільш пріоритетні фундаментальні наукові напрями у світі. А такими, за даними журна- лу Science, є: «квантові технології і фотоніка, математичне моделювання і штучний інте- лект, перспективні функціональні матеріали, генетика і біомедицина, космічні технології, а також технології стійкого розвитку». Серед технологій стійкого розвитку, безумовно, має бути забезпечення енергетичної стійкості, яка є вагомою складовою економічної стійкості, як зазначено в національній доповіді [1]. Сьогодні тренди і ризики розвитку енерге- тики світу та України доводиться визначати в умовах важко передбачуваних змін світових та національних реалій. Фундаментальна енергетична інженерія. В установах Відділення фізико-технічних про- блем енергетики НАН України фундаменталь- ні і прикладні розробки інноваційних пропози- цій з модернізації та розвитку муніципальної енергетики виконують у межах наукової теми «методологія організаційно-економічного та інноваційного підвищення енергоефективнос- ті будівель з урахуванням їх термомодерніза- ції і тренду використання низьковуглецевих технологій». Такий підхід реалізується в тріа- ді енергетика—економіка—екологія стосовно сучасного технологічного укладу з метою під- вищення якості життя. Цей науковий напрям (фундаментальна енергетична інженерія зага- лом, а для теплоенергетики — фундаментальна теплофізична інженерія) пов’язаний з різними практичними програмами і застосуваннями, зокрема він може бути основою пріоритетних наукових досліджень та науково-технологіч- них розробок, спрямованих на створення нової конкурентоспроможної науково-технічної і енергетичної продукції, затребуваної в умовах воєнного стану. Зважаючи на результати досліджень інф- раструктури енергопостачання демонстрацій- ного пасивного будинку типу «нуль енергії» (споруджений на території Інституту техніч- ної теплофізики НАН України, площа 300 м2), з метою поглиблення й розширення теорії і практики підвищення енергоефективності бу- дівель та з урахуванням змін клімату на най- ближчу перспективу визначено головні цілі, предмет, тематику, методи та інструментарій подальших фундаментальних і прикладних досліджень [8, 9]. Роботи в зазначеному напрямі ґрунтуються на всебічному застосуванні технік і техноло- гій високої енергоефективності та системно узгоджуються із заходами з виконання низки законодавчих актів, прийнятих останнім ча- сом у сфері енергетики, зокрема законів «Про енергетичну ефективність будівель»; «Про енергетичну ефективність»; «Про Фонд енер- гоефективності»; «Про запровадження нових ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 7 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ інвестиційних можливостей, гарантування прав та законних інтересів суб’єктів підпри- ємницької діяльності для проведення масш- табної енергомодернізації»; «Про внесення змін до деяких законів України щодо усунен- ня бар’єрів для масштабної термомодернізації будівель», а також національних планів: плану дій з енергоефективності до 2030 року; плану з розвитку відновлюваної енергетики на період до 2030 року; плану дій з охорони навколиш- нього природного середовища на період до 2025 року; плану збільшення кількості буді- вель з близьким до нульового рівнем спожи- вання енергії. Отже, попри певний спротив фі- нансово-промислових груп, Україна, як і весь цивілізований світ, обрала подальший шлях свого енергетичного розвитку, пов’язаний з енергоефективністю та енергомодернізацією, використанням відновлюваних джерел енергії, протидією згубним впливам глобального поте- пління, широким застосуванням науково-тех- нічних інновацій. Для забезпечення реалізації такого підходу у другій половині 2022 р. було розроблено такі документи, як Довгострокова стратегія тер- момодернізації до 2050 року; Концепція Дер- жавної цільової програми підтримки термомо- дернізації до 2030 року; Концепція державної цільової програми стимулювання енергетич- ної модернізації систем централізованого те- плопостачання до 2030 року. Наразі опрацьо- вано Операційний план заходів з виконання завдань першого періоду «Перший середньо- строковий план термомодернізації будівель до 2027 року» першого етапу «Відновлення та усунення бар’єрів» на період 2021—2030 роки Довгострокової стратегії термомодернізації будівель на період до 2050 року. Стан енергетики в Україні. У 2021 р. укра- їнські споживачі використали 28,6 млрд м3 газу, в тому числі: населення — 8,6 млрд м3 (31,9 % загального обсягу споживання); тепло- комуненерго — 6,3 млрд м3 (23,5 % загального обсягу); промисловість, бюджетні організації та інші непобутові споживачі — 11,9 млрд м3 (44, 6% загального споживання). Обсяг вироб- ничо-технологічних витрат та втрат становив 1,8 млрд м3. Споживання забезпечувалося зде- більшого внутрішнім видобутком, який за ре- зультатами 2021 р. становив 19,78 млрд м3. На щастя, зима 2022/2023 рр. виявилася досить теплою. Крім того, потреби в газі зни- зилися через воєнні дії, оскільки багато про- мислових підприємств вимушено припинили роботу. Тому, хоча на початку зимового пері- оду до підземних сховищ було закачано лише 14,6 млрд м3 (проти запланованих урядом 19 млрд м3), є всі підстави вважати, що цих обсягів вистачить, щоб нормально завершити поточний опалювальний сезон. Більше того, в України з’явилася можливість втілити в життя амбітний план — вперше в історії відмовитися від імпорту природного газу, про що в інтерв’ю агентству Bloomberg 5 заявив очільник прав- ління НАК «Нафтогаз України» Олексій Чер- нишов. На його думку, це є цілком реальним, якщо «Укргазвидобування» збільшить видо- буток на 8 %, а приватні компанії — на 16 %. Що стосується ядерного палива для АЕС, то на сьогодні Україна позбулася залежності від російських поставок. Українські енергетики виявили справжній героїзм під час оперативного ремонту пошко- джених ракетними ударами енергетичних ме- реж та обладнання, набули безцінного досвіду в керуванні ОЕС України, зокрема й в умовах обстрілів та бомбардувань. Незважаючи на безліч проблем, вдалося організувати поставки дефіцитних електротрансформаторів (як тут не згадати фактично доведений до банкрутства Запорізький завод трансформаторів) та пере- сувних енергогенераторів, а завдяки застосу- ванню стабілізаційних відключень — забезпе- чити оптимальний рівень електропостачання. Образно кажучи, на наших очах енергетика стала одночасно і Попелюшкою, і богом ві- тчизняної воєнної економіки. Більш детально стан енергетики України проаналізовано в статті [8]. Початок енергетичної кризи. Сьогодні у світі розгортається енергетична криза, яка 5 Ukraine Plans to Avoid Gas Imports This Year, Naftogaz CEO Says. Bloomberg. 23.02.2023. https://bloom.bg/3JZvG65 8 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ справді є глобальною. І хоча простежуються деякі паралелі з нафтовими шоками 1970-х ро- ків, вона має дуже важливі відмінності. Сучас- на криза стосується всіх видів викопного пали- ва, тоді як у 1970-х роках цінові стрибки зде- більшого обмежувалися нафтою, оскільки тоді світова економіка значно більше залежала від нафти і меншою мірою від газу. Наразі світо- ва економіка набагато більше взаємопов’язана, ніж це було 50 років тому, що посилює вза- ємовплив різних енергоресурсів. Основні причини зростання цін на газ в Єв- ропі у 2021—2022 рр. були такі: російський Газпром, дотримуючись певною мірою своїх довгострокових контрактів на постачання, зна- чно зменшив частку короткострокових прода- жів і не поповнював свої орендовані підземні газові сховища в Європі до рівня попередніх років; тривалий штиль на північному мор- ському шельфі Європи призвів до зменшення вітрової електрогенерації; певний час у Євро- пі спостерігалася постійна висока хмарність, що спричинило скорочення обсягів сонячної електрогенерації; у Франції були деякі пробле- ми з атомною електрогенерацією; на початку опалювального сезону 2021/2022 рр. Газпром неочікувано розпочав профілактично-ремонт- ні роботи на магістральних газових мережах у Росії; з незрозумілих причин РФ не забирала з ремонту в Канаді потужну газоперекачуваль- ну турбіну фірми «Сіменс»; було призупинено комерційну експлуатацію газопроводу «Ту- рецький потік»; і зрештою останньою ланкою в цьому ланцюгу стало руйнування трьох з чо- тирьох гілок газопроводів «Північний потік» № 1 і № 2. Деякі із зазначених ситуацій ви- глядають доволі штучними і далеко не всі об- ставини подій чітко з’ясовані, але ці чинники спричинили турбулентність на європейському газовому ринку перед початком опалюваль- ного сезону, що, відповідно, зумовило значне зростання цін. На рис. 2 наведено динаміку поставок ро- сійського трубопровідного природного газу в 2022 р. в Європу і Туреччину [10]. Зазначимо, що в 2021 р. добовий обсяг транзиту становив від 450 (влітку) до 400 млн м3 (у грудні) [11], а в січні 2022 р., безпосередньо перед широ- комасштабним воєнним вторгненням РФ в Україну, різко впав (рис. 3). Енергетика Європи. Під час воєнних дій енергетика України зазнала прямих пошко- джень та руйнувань, але й енергетика Європи відчула потрясіння, спричинені агресивним російським енергетично-фінансовим шан- тажем. У 2021 р. чверть усієї спожитої в ЄС енергії надходила з РФ. Після вторгнення в Україну Росія більш ніж удвічі скоротила трубопровідні поставки природного газу до ЄС — зі 140 у 2021 р. до приблизно 60 млрд м3 у 2022 р. За останні місяці Європа пережила, Рис. 2. Добові обсяги постачання трубопровідного газу з Росії в Європу і Туреччину у 2022 р. Рис. 3. Частка (%) природного газу в ЄС, що забезпе- чувалася поставками з РФ, у 2000—2023 рр. Точки збу- рення: 1 — рекомендації МЕА для ЄС щодо диверсифі- кації російського газу, 2004 р.; 2 і 3 — істотне зменшен- ня транспортування газу через ГТС України у 2006 і 2009 рр.; 4 — захоплення Росією АР Крим, 2014 р.; 5 — початок створення Газпромом штучного дефіциту газу, 2021 р.; 6 — війна РФ проти України 2022 р.; 7 — стан на січень 2023 р. [12] ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 9 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ ймовірно, найгіршу кризу, яка коштувала їй близько $1 трлн через різке зростання цін на енергоносії 6. Уряди країн ЄС виділили понад 700 млрд євро прямої допомоги, щоб надати підтримку компаніям і споживачам у подолан- ні цього шоку. Для порівняння: розмір фонду ЄС з відновлення після COVID-19 становив 750 млрд євро. Доволі тепла погода, широкий спектр поста- чальників і заходи з економії газу (приблизно на 50 млрд м3) допомогли, оскільки ціни вже впали до довоєнного рівня. І це при тому, що загальний попит на газ в енергетичному секто- рі Європи зріс через дуже низький рівень ви- робництва в гідроенергетиці (низька водність річок) та атомній галузі (певні труднощі в ядерній енергетиці Франції). За даними асо- ціації Gas Infrastructure Europe, станом на по- чаток лютого 2023 р. підземні газові сховища в ЄС були заповнені на 71,64 % (в них міститься 77,5 млрд м3), що на 19,83 % вище, ніж у серед- ньому в цей час за останні п’ять років, тобто за опалювальний період зі сховищ було відібра- но лише 30 млрд м3 газу. Зрештою здоровий прагматизм, жорстка політика і оперативність допомогли в опалювальний сезон скоротити використання природного газу в ЄС у серед- ньому на 15 % (від 13 до 19,3 % у різні періоди). На сьогодні ЄС більше не імпортує вугілля та сиру нафту з Росії, а поставки газу значно скоротилися. При цьому зросли обсяги поста- вок газу з Норвегії, зрідженого газу — з Катару, США та інших країн. Німеччині вдалося запо- внити сховища на 91 % порівняно з 54 % рік тому, коли Росія вже спустошувала контрольо- вані нею потужності для зберігання газу. Уряд ФРН націоналізував місцеві підрозділи Газп- рому і витратив мільярди євро на поповнення резервів, зокрема на оперативне будівництво двох LNG-терміналів, а в планах — споруджен- ня ще трьох. Німеччина також розглядає про- єкт зі створення нових невеликих плавучих заводів (FLNG) зі зрідження природного газу. 6 Putin’s Energy Gambit Fizzles as Warm Winter Saves Europe. Bloomberg. 08.01.2023. https://bloom.bg/3JMpUnT У 2022 р. ЄС імпортував понад 130 млрд м3 зрідженого газу, що на 60 % більше, ніж у 2021 р. Так швидко наростити обсяги надхо- джень зрідженого газу в Європу вдалося вна- слідок зменшення на 20 % (понад 20 млрд м3) його імпорту в Китай через уповільнення ки- тайського економічного зростання, спричи- нене карантинними заходами у боротьбі з по- ширенням COVID-19. За оцінками фахівців Morgan Stanley, протягом 2023 р. європейське споживання газу очікується приблизно на 16 % нижчим за середній за п’ять років рівень. Подоланню енергетичної кризи сприяє та- кож збільшення потужностей відновлюваної енергетики. За даними S&P Global, зростання вітрової та сонячної генерації допоможе цього року скоротити виробництво електроенергії на газу на десяти найбільших енергетичних ринках Європи на 39 %. Можливий імпорт російського трубопровідного газу в 2023 р. становитиме лише п’яту частину (близько 27 млрд м3) докризового рівня, і це велике скорочення для ринку ЄС, який споживав у 2021 р. 400 млрд м3. При цьому ціну на природ- ний газ із Росії обмежили значенням не більше 180 євро за 1 МВт·год, а на нафту — не більш як $60 за барель марки Brent. Успішному по- доланню енергетичної кризи в ЄС ефективно сприяв і пакет Fit for 55 (скорочення викидів парникових газів у ЄС до 2030 р. на 55 %) [13] та оперативно прийнятий у березні 2022 р. Рис. 4. Схема заміщення російського газу в Європі за планом REPowerEU (під електрифікацією розумієть- ся переважно використання електромобілів і теплових насосів) 10 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ план REPowerEU (усунення залежності від російських енергоресурсів) [14], який перед- бачає заміну 155 млрд м3 російського газу. Зна- чну роль у цьому мають відігравати біометан і зелений водень (рис. 4). На 2020 р. ЄС виро- бляв 3 млрд м3 біометану та 17 млрд м3 біогазу. Крім того, вже 1 березня 2022 р. Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) розробило для ЄС план зі зменшення залежності від поставок російського газу [15]. У грудні 2022 р. МЕА запропонувало Україні робочу програму з від- новлення енергетики [16]. У жовтні 2022 р. Єврокомісія прийняла план дій щодо цифровізації енергетичного сек- тору [17], який має сприяти досягненню цілей енергетичної політики ЄС завдяки підтримці розвитку сталого, кібербезпечного, прозорого та конкурентоспроможного ринку цифрових енергетичних послуг, а також інвестиціям у цифрову енергетичну інфраструктуру. Енергетика світу. Що стосується трендів розвитку світової енергетики, то дві кризові біфуркації — пандемія COVID-19 і вторгнення Росії в Україну — призвели до зростання цін на енергію і супутні їй енергоресурси та сер- йозних збоїв у глобальних ланцюгах забезпе- чення енергією та новими технологіями її ви- робництва. Подолати ці проблеми можна лише за допомогою фундаментальної енергетичної науки, інженерії та енергетичної економіки, реалізувавши відповідну енергетичну, кліма- тичну й індустріальну політику і забезпечив- ши енергетичну безпеку, стійкість, гнучкість та живучість [18]. Світові ринки пережили рекордні стриб- ки цін на енергетичні товари (рис. 5). Спото- ві ціни на природний газ у Європі регулярно піднімалися вище $40/MBtu (мільйон бри- танських теплових одиниць), що більш ніж удвічі перевищує ціну на нафту в однаковому енергетичному еквіваленті. Це викликало за- непокоєння щодо впливу цінової ситуації на запланований перехід з вугілля на газ, хоча на- віть у сценаріях, розроблених до енергетичної кризи, зокрема в кліматичному пакті Глазго, не було чітко визначено роль цієї стратегії у ско- роченні викидів. Світові ціни на вугілля дося- Рис. 5. Зростання осереднених цін: а — на енергоре- сурси (LNG — скраплений газ; TTF MA — спотові ціни на природний газ на нідерландському хабі; ціни є се- редніми квартальними значеннями, проіндексовани- ми за даними на початок 2017 р.); б — на природний газ; в — на електроенергію (1 — Китай; 2 — США; 3 — Німеччина; 4 — Франція; 5 — Японія) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 11 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ гли безпрецедентно високого рівня — в серед- ньому понад $300/т, більш ніж утричі переви- щивши середню ціну 2010-х років. Однак при цьому в багатьох країнах зросло використання вугілля в електроенергетиці у відповідь на ажі- отажний попит і високі ціни на природний газ, але очікується, що це тимчасово. Ці чинники, відповідно, призвели до зростання цін на елек- троенергію. Ціна на природний газ на нідерландському хабі TTF на початку травня 2022 р. зросла в 10 разів відносно ціни на червень 2021 р., тоді як ціна на азійський скраплений газ збільшилася в 6,5 раза, а на північноамериканському хабі Henry зросла лише втричі, тобто регіональні ціни були різними, і на американських ринках спостерігалися в рази менші цінові коливання, ніж в Азії й тим паче в Європі [19]. І лише на початку березня 2023 р. ціни на газ на нідер- ландському хабі TTF вперше з липня 2021 р. наблизилися до позначки $450 за тисячу кубо- метрів. Монополія на матеріали і концентрація виробництв. Нинішня світова енергетична криза спонукає до більш ретельного і комплек- сного розгляду перспектив усього широкого життєвого циклу енерговикористання, зокре- ма й з огляду на можливі майбутні загрози. Енергія є вагомим компонентом витрат на ви- робництво товарів, особливо у важкій промис- ловості. Природний газ та електроенергія — це два основні джерела енергії для виробників матеріалів і технологій, ціни на які різняться залежно від географії походження і виробни- ка. Як видно із графіків (рис. 5б і 5в), ціни в США дещо менші, ніж загалом у світі, тому місцеві виробники мають структурну перевагу у випуску енергомісткої продукції. Щодо тех- нологій масового виробництва устаткування для отримання чистої енергії, такого як вітро- агрегати, електроакумулятори, електролізери, сонячні батареї, теплові насоси, то 70 % вироб- ничих потужностей припадає на три країни, причому Китай домінує в усіх цих категоріях (рис. 6) [18]. Територіальний розподіл найважливіших корисних копалин пов’язаний із запасами ре- сурсів, подекуди значна їх частина концентру- ється в одній країні. Зокрема, Конго виробляє 70 % світового кобальту, лише три країни ви- робляють понад 90 % світового обсягу літію. При цьому варто зазначити, що ціни на фото- електричний полікристалічний кремній, сталь і мідь між першою половиною 2020 р. і тим са- мим періодом 2022 р. приблизно подвоїлися. Середня ціна на літій у 2022 р. була майже в Рис. 6. Географічна концентрація за сегментами ланцюга поставок матеріалів, обладнання та корисних копалин 12 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 4 рази вищою, ніж у 2019 р., вдвічі зросли ціни на кобальт і нікель. Це зумовило підвищення цін на фотоелектричні модулі на 25 %, а на ві- трові турбіни за межами Китаю — на 20 %. На- ведені дані свідчать про певні вразливості і на- віть ризики стійкого світового енергопереходу на низьковуглецеву енергетику. Найяскраві- шим прикладом цього є ціновий шантаж Ро- сії з поставками природного газу в Європу в IV кварталі 2021 р. Інший приклад — недавня криза виробництва електронних чипів і мікро- схем, яка була спричинена нестачею рідкісно- земельних матеріалів. На Китай припадає більшість оголошених планів з розширення до 2030 р. потужностей для виробництва сонячних фотоелектричних компонентів (близько 85 % для елементів і мо- дулів, 90% для фотоповерхонь); компонентів шельфових вітроагрегатів (близько 85 % для лопатей і майже 90 % для гондол і башт); ком- понентів акумуляторів електромобілів (98 % для матеріалу анода і 93 % для матеріалу ка- тода). Що стосується водневих електролізерів, то близько чверті оголошених виробничих по- тужностей, які заплановано ввести в дію до 2030 р., припадає на Китай і ЄС, ще 10 % — на США (рис. 6). Характерно, що видобуток руд для виробництва критичних матеріалів конт- ро люють різні країни, а вже наступний крок ланцюга поставок, тобто критичні матеріали з більшою доданою вартістю, повністю під- контрольний Китаю. Китай виробляє близько половини й більше матеріалів і впевнено до- мінує в кінцевому виробництві устаткування для чистої енергетики. Так, його частка у сві- товому виробництві електролізерів становить 41 %, теплових насосів — 39 %, електроакуму- ляторів — 75 %, обладнання для сонячної фо- товольтаїки — 75 %, для вітрової енергетики — 58 % (рис. 6). Критичні матеріали, такі як мідь, літій, ко- бальт і нікель, змінюють парадигму енергетич- ної безпеки. Для виготовлення електромобіля типового розміру цих матеріалів потрібно в 5 разів більше, ніж для звичайного автомобіля. Останнім часом Китай послідовно і рішуче стає важливим гравцем у світовій енергети- ці та близьких до неї сферах економіки. Саме цим зумовлене доволі високе значення обме- женої ціни на природний газ із РФ — 180 євро за МВт·год (або трохи більше $2100/тис. м3). Більш того, Китай, який є найбільшим світо- вим емітентом викидів парникових газів, де- монструє досить оригінальне ставлення до Кі- отського протоколу. Щодо викопного палива, то три країни (США, Китай, РФ) забезпечують 44 % світо- вої нафтопереробки, три країни (США, Катар, Австралія) — 55 % поставок зрідженого при- родного газу (рис. 7), а один лише Китай видо- буває трохи більше половини всього світового обсягу вугілля. Така ситуація непокоїть світову енергетич- ну спільноту і ставить багато питань до енер- гетичної безпеки в більш широкому розумін- ні, яка визначається, зокрема, станом сфери критичних матеріалів і територіальною лока- лізацією супутніх виробництв. Найголовніші виклики для світової енергетики пов’язані з Рис. 7. Географічна концентрація за сегментами лан- цюга поставок викопного палива на 2021 р.: 1 — США; 2 — Китай; 3 — Росія; 4 — Катар; 5 — Австралія Рис. 8. Динаміка обсягів світового видобутку вугілля (млн фізичних т) і внесок основних країн та регіонів ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 13 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ відсутністю диверсифікації виробництв, висо- кою географічною концентрацією видобутку і переробки первинних матеріалів та ресурсів, проявами монополізму в окремих виробни- цтвах і технологіях. Слід зазначити, що вплив Росії на світовий енергетичний сектор не вичерпується лише нафтою та газом, РФ була найбільшим дже- релом імпортного вугілля в Європі, видобуває близько 20 % світового обсягу нікелю (який потрібен для виробництва акумуляторів), во- лодіє понад 40 % світових потужностей зі зба- гачення урану. Крім того, Росія — другий у сві- ті виробник кобальту та алюмінію, четвертий за обсягами виробник графіту [10]. Світовий попит на вугілля у 2021 р. зна- чно зріс (до 5,64 млрд т вугільного еквівален- ту (Mtce)). Це пов’язано з тим, що економі- ка оговталася після пандемії, а виробництво електроенергії на вугіллі досягло історичного максимуму [20]. І Китай, і Індія збільшили ін- вестиції у внутрішнє виробництво вугілля, але світове виробництво не встигало за збільшен- ням попиту, що призвело до різкого зростання цін на вугілля. У 2022 р. глобальне споживання вугілля зросло на 1,2 %, вперше перевищивши 8 млрд т — попередній рекорд, встановлений у 2013 р. У 2023 р. також передбачається незна- чне зростання світових обсягів видобутку ву- гілля (рис. 8) [21]. Очевидно, на такі тенденції світової вугіль- ної галузі слід звернути увагу в проєкті Націо- нального плану відновлення України, в якому наразі заплановано істотне скорочення (у 8 ра- зів порівняно з 2019 р.) використання вугілля до 2032 р. І це при тому, що в енергетичному балансі країни частка вугільної електрогенера- ції суттєва — близько 25 %, включно з вкрай необхідними маневровими потужностями. Очікується, що критичний попит на корисні копалини, пов’язані з сектором електроенерге- тики, має зрости з 7 млн т на рік у 2021 р. до 11 млн т у 2030 р. і 13 млн т у 2050 р. Мідь для електромереж, кремній для сонячної фотоелек- тричної енергії, рідкісноземельні елементи для двигунів вітрових турбін, літій для акумулято- рів будуть ключовими матеріалами. Оскільки критично важливі корисні копалини є базовим компонентом ландшафту електроенергетич- ної безпеки, потрібні додаткові дослідження та розробки, щоб зменшити інтенсивність ви- користання корисних копалин і забезпечити їх Рис. 9. Ключові елементи для кожного кроку в інженерному ланцюгу виробництва та використання синтетично- го вуглеводневого палива з низьким рівнем викидів СО2 14 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ заміну в основних сферах застосування, разом із переробкою, повторним використанням аку- муляторів електромобілів і заходами з енерго- ефективності для кінцевих користувачів [22]. Як приклад взаємозв’язку вхідних матеріалів, енергії, устаткування, процесів і технологій на рис. 9 наведено схему виробництва синтетично- го рідкого палива і вуглекислого газу. Компози- ція такої схеми визначається фундаментальни- ми підходами і співвідношеннями енергетич- ної інженерії. Якщо для процесів і технологій виробництва теплової чи електричної енергії є багато варіантів реалізації, то для моторно-тран- спортних палив таких альтернатив менше. Тому розроблення перспективних транспортних па- лив украй важливе для майбутнього. Під низь- коемісійним синтетичним паливом розуміють переважно водень, рідкі відновлювані палива біоенергетики та палива, отримані в процесі уловлення, утилізації та зберігання СО2. Наве- дена схема є інноваційною, і її вже починають впроваджувати в практику, особливо зважаючи на подорожання рідких палив з викопної нафти. Принагідно зазначимо, що наразі спостерігаєть- ся активізація робіт з широкого використання аміаку як енергоносія [23]. Рідке синтетичне паливо на основі водню з низьким рівнем викидів є альтернативою на- фті, однак сьогодні витрати на його виробни- цтво високі, а інфраструктура обмежена. Роз- гортання нових проєктів протягом наступно- го десятиліття сприятиме зниженню витрат і підвищенню продуктивності виробництва, а отже, у майбутньому ці види палива зможуть відігравати значну роль. Передбачається, що у 2030 р. за технологією, наведеною на рис. 9, отримуватимуть до 3 млрд л палива на рік, а в 2050 р. — до 110 млрд л. Щоб досягти безпечності, гнучкості та стій- кості такого ланцюга виробництва, потрібен комплексний скоординований підхід. Нала- годження виробництва рідких транспортних палив на шляху до нульового рівня викидів парникових газів означає своєчасне вжиття за- ходів для забезпечення поставок, які можуть пристосовуватися до змін, відновлюватися після короткострокових потрясінь, адапту- ватися до довгострокових змін у постачанні, пов’язаних, зокрема, з періодичною нестачею матеріалів, впливами кліматичних змін, сти- хійних лих, екстремальних станів та з іншими потенційними збоями на ринку. Ресурси світової енергетики. У 2022 р. світові інвестиції в чисту енергію досягли $1,4 трлн, що на 10 % більше, ніж у 2021 р., і являє собою 70 %-ве зростання загального Рис. 10. Гло- бальна геогра- фія енергоре- сурсів, розподіл енергії за галу- зями світової економіки ста- ном на 2021 р. та обсяги фі- зичних масових потоків палива і матеріалів в енергетичній системі (млн т) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 15 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ обсягу інвестицій у енергетичний сектор. Не- зважаючи на цей важливий прогрес, викопне паливо все ще залишається основним — 80 % усіх первинних енергоресурсів (рис. 10) [18]. Зростання постачання чистої енергії з 2000 р. було нижчим, ніж енергії, отриманої з нафти, газу та вугілля, особливо в країнах, що розви- ваються. У цих країнах частка викопного пали- ва в загальному обсязі первинної енергії зрос- ла з 77 % у 2000 р. до 80 % у 2021 р., насамперед через збільшення обсягів використання вугіл- ля, які за рік зросли з 27 до 35 %. У розвинених країнах за той самий період частка викопного палива впала з 82 до 77 %. У результаті загаль- на частка викопного палива в глобальному енергетичному балансі майже не змінилася і перебуває на рівні близько 80 %. Нафта залишається найбільшим джерелом первинної енергії, її частка в загальному обся- зі енергопостачання у 2021 р. становила 29 % (для порівняння: у 2000 р. — 37 %); вугілля — 26 % (у 2000 р. — 23 %); природного газу — 23 % (у 2000 р. — 21 %). Найбільшим джерелом невикопної енергії є біоенергія, на яку в 2021 р. припадало близько 10 % загального спожи- вання первинної енергії, з яких понад трети- на — це частка традиційної біомаси. Атомна енергія становить 5 % загального обсягу по- ставок, гідроенергія — близько 2 %, а сонячна та вітрова енергія — лише 2 %. Хоча за останні два десятиліття електрифікація прискорилася, викопне паливо все ще домінує і в кінцевому споживанні енергії, на нього припадає близько 35 % загального споживання енергії в будівлях і 95 % на транспорті. Перспективи декарбонізації енергетики. Глобальний перехід до чистої енергії з майже нульовими викидами СО2 (сценарій чистого нульового викиду до 2050 р. — NZE) найближ- чим часом має прискоритися завдяки поєднан- ню енергетичної політики, технологічних та економічних змін. На тлі все більш вражаючих доказів глобальної зміни клімату, сьогодні у світі вже склався консенсус щодо необхіднос- ті термінового різкого скорочення викидів парникових газів, що відображається у деда- лі амбітніших національних цілях. Глобальна енергетична криза, яка виникла через війну Росії в Україні, посилила занепокоєння щодо енергетичної безпеки, насамперед постачан- ня традиційних видів палива, таких як нафта та природний газ, і підтвердила необхідність політичної підтримки розвитку чистих енер- гетичних технологій. Наприкінці листопада 2022 р. 87 країн світу та Європейський Союз оголосили про зобов’язання скоротити до нуля викиди СО2 ще в цьому столітті. Проголошені цілі охоплюють понад 85 % світових викидів і 85 % світового ВВП. Китай заявив про мету досягти вуглецевої нейтральності до 2060 р., Індія — до 2070 р., Індонезія — до 2060 р. Якщо всі ці амбітні цілі будуть реалізовані вчасно і в повному обсязі, їх буде достатньо, щоб утри- мати підвищення глобальної температури на рівні приблизно 1,7 °C у 2100 р. [18]. Запору- кою цього є закон про скорочення інфляції в США, пакет Fit for 55 і план REPowerEU в ЄС, японська програма «Зелена трансформація», законопроєкт про зміну клімату в Австралії, схема стимулювання виробництва в Індії. Ки- тай працює над досягненням і навіть переви- щенням цілей свого поточного п’ятирічного плану. В 2023 р. Китай планує відновитися піс- ля рецесії, пов’язаної з довготривалою в цьому регіоні пандемією COVID-19. Очікуване річне зростання китайського ВВП на 5 % (а ймовір- но, й більше) може привести до збільшення використання зрідженого природного газу і, відповідно, підвищення цін на енергетичних ринках Європи. Останні події свідчать, що надійність поста- чання електроенергії має ключове значення як для гарантування енергетичної безпеки, так і для реалізації низьковуглецевого переходу, оскільки за сценарієм NZE її частка в кінцево- му споживанні має зрости з 20 до 50 %. Мінли- вість пропозиції та попиту на електроенергію означає, що вимоги до гнучкості будуть поси- люватися. Системи електроакумулювання та відповідна реакція з боку попиту стають дедалі важливішими. Тому інвестиції в гнучкість — це новий лозунг безпеки в електроенергетиці. Декарбонізація енергетики, як це перед- бачено у сценарії NZE, спирається на вісім 16 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ основних чинників: 1) зміна поведінки та зменшення попиту; 2) енергоефективність; 3) використання водню; 4) електрифікація; 5) біоенергетика; 6) вітрова та сонячна енергія; 7) CCUS (carbon capture, utilization and stor- age) — уловлення, зберігання та використання СО2; 8) інші види палива (перехід з вугілля та нафти на газ, атомна енергетика, гідроенерге- тика, геотермальна, концентрована сонячна енергія та морська енергія). Змінення поведінки та підвищення енергое- фективності не потребують фундаментальних змін у наявних енергетичних системах, проте інші складові, на які припадає понад 70 % за- гального скорочення сукупних викидів про- тягом 2021—2050 рр., вимагають масового розгортання нових типів обладнання та інф- раструктури. Для цього в [18] пропонуються ключові енергетичні технології (рис. 11) — низькоемісійне синтетичне вуглеводневе па- ливо; низькоемісійний водень; паливні еле- менти для вантажних автомобілів; низькоемі- сійна електрогенерація на ВДЕ; теплонасосні технології та електромобілі. Разом ці техноло- гії можуть забезпечити майже 50 % загально- го скорочення сукупних викидів. Деякі енер- гетичні й технологічні ланцюги постачання є специфічними, наприклад електромобілі та теплові насоси, вантажівки на паливних комір- ках для водню або сонячні фотоелектричні та вітрові агрегати. «Поведінка» означає зміни попиту на енер- гетичні послуги внаслідок рішень користувача (наприклад, щодо зміни температури опален- ня), а також зменшення попиту на енергетичні послуги, зумовлене його зміною у результа- ті розвитку технологій (наприклад, завдяки цифровізації енергетики). Основні тренди. За останнє десятиліття стрімко прискорилося впровадження чистих енергетичних технологій і постачання енергії з невикопних джерел, зокрема з відновлюваних джерел енергії. У 2022 р. на відновлювані дже- рела енергії припадало 30 % світового вироб- ництва електроенергії (у 2010 р. — менш ніж 20 %) з помітним збільшенням виробництва сонячної фотоелектричної, вітрової, гідро- енергії та біоенергії [18]. Електрифікація при- Рис. 11. Глобальне кумулятивне скорочення викидів CO2 у світовій енергетиці завдяки декарбонізації та ланцюги постачання чистої енергії і технологій [18] ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 17 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ скорюється в усіх секторах кінцевого викорис- тання, зокрема у теплозабезпеченні будівель. У сфері транспорту продажі електромобілів у 2022 р. становили понад 10 млн одиниць, або 13 % світового автомобільного ринку, в резуль- таті чого їх загальна кількість на дорогах пе- ревищила 25 млн. У 2021 р. у світі працювало понад 1000 ГВт теплових насосів (у 2010 р. — 500 ГВт), а продажі зросли на 13 % порівняно з 2020 р. Аналіз показує, що світовий ринок ключових екологічно чистих енергетичних технологій до 2030 р. становитиме приблизно $650 млрд на рік (що більш ніж утричі пере- вищує сьогоднішній рівень), якщо країни сві- ту повністю виконають проголошені обіцянки щодо енергетики та клімату. Пов’язані з цим робочі місця у виробництві чистої енергії зрос- туть більш ніж удвічі з 6 млн сьогодні до майже 14 млн до 2030 р. В наступні десятиліття очіку- ється також швидке зростання промисловості та зайнятості. Оптимальне рішення щодо залучення в енергобаланс різних енергоресурсів і енерго- носіїв та технологій енерговикористання по- лягає не в протиставленні їх одне одному, а в розумному техніко-економічно та екологічно обґрунтованому поєднанні, що потребує по- глиблення та розширення наукових основ те- орії і практики проведення техніко-економіч- ного аналізу енергетичних технологій з ураху- ванням сучасних інтелектуальних та інформа- ційних можливостей в інноваційній цифровій економіці. Безумовно, всі інновації реалізу- ються на основі фундаментальної інженерії. Особливо важливим у воєнний час є врахуван- ня реалій і проведення ретельних розрахунків можливих сценаріїв розвитку енергетики з до- триманням балансу між національними (без- пековими, економічними тощо) інтересами і світовою політикою у сфері поліпшення стану довкілля. Висновки. Попри обґрунтовані побоювання й тривоги осені 2022 р., постійні ракетні атаки та бомбардування дронами, труднощі воєнного часу і велику кількість різних проблем, Україні загалом вдалося пройти опалювальний період 2022/2023 рр. І цей результат був забезпече- ний героїчними зусиллями газовиків, тепло- виків, електриків, працівників ДСНС, тран- спорту і логістики. Енергетика встояла, хоча й високою ціною — на жаль, були жертви серед ремонтників, експлуатаційного персоналу та інженерного складу, не кажучи вже про по- шкоджену та зруйновану інфраструктуру. Зне- кровлену централізовану електроенергетику доповнили великою кількістю малої електро- генерації, створивши стійку і гнучку систему розподіленої, розосередженої, автономної та індивідуальної генерації. Важливою і своє- часною була допомога демократичного світу. Індивідуально-побутовий сектор у сільській місцевості оперативно й успішно адаптувався до воєнних умов, перейшовши на місцеві види палива, комунальна теплоенергетика і міське населення пристосувалися до переривчастого режиму електропостачання, опалення і гаря- чого водопостачання. Певною мірою посприя- ла подоланню цього складного періоду і доволі м’яка зима. Набутий досвід обов’язково слід урахувати в реалізації нинішньої і повоєнної політики термомодернізації наявних будівель та ново- будов, що передбачено в національній програмі відновлення. Зокрема, в нормативно-технічній базі модернізації чи відновлення інженерних систем енергозабезпечення будівель потрібно закласти комплектування системами (поквар- тирними чи будинковими) електроакумулю- вання необхідної потужності та ємності, як це вже реалізується в деяких країнах ЄС. Такі power bank-системи забезпечать тимчасове мі- німальне електрозабезпечення в аварійних чи екстремальних ситуаціях, а також поліпшать керування навантаженням в ОЕС України. Стосовно світової енергетики, незважаючи на велику кількість невизначеностей і наявну в ній напруженість, можна зробити деякі уза- гальнення [24—26]. Спростовано три свідомо і настирливо наса- джувані світові міфи. Це твердження, що Росія виграє енергетичну битву; помилкове суджен- ня, що нинішня енергетична криза є кризою чи- стої енергії; наратив про те, що криза знівелює зусилля, спрямовані на боротьбу зі згубними 18 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ змінами клімату. Нічого цього не сталося [25]. Глобальна енергетична криза, спричинена ві- йною Росії в Україні, має далекосяжні наслід- ки для світової економіки, спонукаючи країни до глибшої дискусії щодо способів зменшення ризику майбутніх збоїв і сприяння посиленню енергетичної безпеки. Це глобальна криза, але Європа зараз є головним театром енергетичної битви [25]. Нинішня енергетична криза має певні па- ралелі з шоковими коливаннями цін на нафту у 1970-х роках, але тоді основні події розгор- талися на нафтових ринках. Сьогодні ж криза має глобальний характер, поширюється на всі види викопного палива і безпосередньо позна- чається на цінах на електроенергію, що є по- переджувальними ознаками її більш широкого економічного впливу [10]. Більше того, фак- тично вперше енергетику неприховано було використано як зброю у війні. Події 2021— 2022 рр. засвідчили, що крім суто енергетич- ної, ексергетичної і соціальної цінності енергія набуває ще й великої політичної і навіть воєн- но-політичної ваги. Високі ціни на енергоносії спричиняють ве- личезний перетік фінансів від споживачів до виробників, повертаючись до рівнів 2014 р. для нафти, тоді як для природного газу скла- лася абсолютно безпрецедентна ситуація. Ви- сокі ціни на паливо зумовлюють зростання се- редніх витрат на виробництво електроенергії в усьому світі, і частка природного газу в цьому процесі — понад 50 %. Ціни на нафту перестали бути орієнтиром і критерієм для встановлення цін на газ. Витрати на відновлювані джерела енергії відіграли незначну роль, лише підкрес- люючи, що в цій кризі перехід на чисту енергію є не проблемою, а нагальним рішенням. Залишається велика невизначеність щодо того, як розвиватиметься далі ця енергетична криза, як довго ціни на викопне паливо зали- шатимуться високими і коли ризики подаль- шої турбулентності та геополітичної фрагмен- тації в енергетиці стануть меншими. Криза сприяє короткочасному підвищенню попиту на нафту та вугілля, оскільки спожи- вачі намагаються знайти альтернативу доро- гому газу, але довготривалі вигоди від кризи матимуть джерела з низьким рівнем викидів, переважно відновлювані джерела енергії, а в деяких випадках і атомна енергетика. Криза також пришвидшує прогрес у сфері енерго- ефективності та електрифікації. Наприклад, зростання кількості теплових насосів у ЄС сприятиме зниженню попиту на природний газ на 40 % (на 180 млрд м3) в період між 2021 і 2030 рр. Щорічні інвестиції в теплові насоси на рівні $65 млрд з часом компенсуються мен- шими витратами на імпорт газу. Протягом останніх років світ недостатньо інвестував в енергетику, внаслідок чого енер- гетична система виявилася доволі вразливою до потрясінь. Плавний і безпечний перехід до низьковуглецевої енергетики вимагатиме значного зростання обсягів інвестицій у чис- ту енергію. Для досягнення сценарію NZE необхідно втричі збільшити витрати на чисту енергію та інфраструктуру до 2030 р. разом зі зрушенням у бік значно більших інвестицій у ринки і економіки, що розвиваються. Прогнозується, що нинішні надзвичайно ви- сокі ціни на викопне паливо зменшаться зі спо- вільненням економіки та відновленням балан- су на ринках, а на ринку природного газу на- пруження триватиме ще кілька років, оскільки Європа конкурує з Китаєм за доступні обсяги зрідженого газу, щоб компенсувати скорочен- ня поставок з Росії. Високі й нестабільні ціни на критичні ко- рисні копалини та географічно висококон- центровані ланцюжки поставок можуть за- тримати перехід на чисту енергію або зробити його дорожчим. Зведення цього ризику до мінімуму потребує розширення та диверсифі- кації поставок разом із переробкою та іншими заходами, які сприятимуть помірному зрос- танню попиту. Гнучкість енергосистеми є наріжним ка- менем безпеки електроенергетики. Сьогодні вона забезпечується переважно вугіллям, при- родним газом і гідроенергією, але системи за- втрашнього дня все більше покладатимуться на енергоакумулювання, реагування на попит, біоенергію та інші відновлювані джерела енер- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 19 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ гії, викопне паливо з уловлюванням вуглецю, а також на водень і аміак. Наразі світова енергетична криза ще не закінчилася, тому вкрай необхідна консолі- дація зусиль усього цивілізованого світу для уникнення можливих негативних біфуркацій у подальшому розвитку ситуації, зокрема не- допущення варіантів і станів, за яких ця криза може перерости в загальносвітову політичну кризу. Для України важливо враховувати тренди розвитку енергетики світу та Європи і орієн- туватися на децентралізовану і розподілену «зелену» енергетику. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Pyrozhkov S.I. About the National Report of the NAS of Ukraine «National resilience of Ukraine: hybrid threats challenge response and prevention strategy». Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (5): 45—55. https://doi.org/10.15407/ visn2022.05.045 [Пирожков С.І. Про національну доповідь НАН України «Національна стійкість України: стратегія відповіді на виклики та випередження гібридних загроз». Вісник НАН України. 2022. № 5. С. 45—55.] 2. Heyets V.M. On the assessment of Ukraine’s economic losses due to the armed aggression of the Russian Federation. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (5): 30—38. https://doi.org/10.15407/visn2022.05.030 [Геєць В.М. Про оцінку економічних втрат України внаслідок збройної агресії РФ. Вісник НАН України. 2022. № 5. С. 30—38.] 3. From the Conference Hall of the Presidium of the NAS of Ukraine, March 30, 2022. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (5): 7—11. [Із зали засідань Президії НАН України 30 березня 2022 р. Вісник НАН України. 2022. № 5. С. 7—11.] 4. Kyrylenko O.V. Characteristics of the work of the United Power System of Ukraine in synchronous mode with the Continental European Power System. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (5): 39—44. https://doi.org/10.15407/ visn2022.05.039 [Кириленко О.В. Особливості роботи Об’єднаної енергетичної системи України в синхронному режимі з європейською континентальною енергетичною системою. Вісник НАН України. 2022. № 5. С. 39—44.] 5. Nosovskyi A.V. On the consequences of the temporary occupation of the Chernobyl Exclusion Zone. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (6): 65—71. https://doi.org/10.15407/visn2022.06.065 [Носовський А.В. Щодо наслідків тимчасової окупації території зони відчуження Чорнобильської АЕС. Вісник НАН України. 2022. № 6. С. 65—71.] 6. Kyrylenko О.V., Snezhkin Y.F., Basok B.І., Bazyeev Y.T. Ukraine’s energy: probable scenarios of recovery and devel- opment. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (9): 22—37. https://doi.org/10.15407/visn2022.09.022 [Кириленко О.В., Снєжкін Ю.Ф., Басок Б.І., Базєєв Є.Т. Енергетика України: ймовірні сценарії відновлення та розвитку. Вісник НАН України. 2022. № 9. С. 22—37.] 7. Loktev V.M. Science and victory, or war as a casus belli of scientific reform. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (6): 26—39. https://doi.org/10.15407/visn2022.06.026 [Локтєв В.М. Наука і перемога, або війна як casus belli наукових реформ. Вісник НАН України. 2022. № 6. С. 26—39.] 8. Basok B.I., Bazyeev Ye.T., Kuraieva I.V. Adaptation of municipal heat energy to climate change. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2021. (4): 60—75. https://doi.org/10.15407/visn2021.04.060 [Басок Б.І., Базєєв Є.Т., Кураєва І.В. Адаптація комунальної теплоенергетики до змін клімату. Вісник НАН України. 2021. № 4. С. 60—75.] 9. Basok B.I. The energy sector and environmental pollution. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2022. (3): 30—36. https://doi. org/10.15407/visn2022.03.030 [Басок Б.І. Енергетика і забруднення навколишнього середовища. Вісник НАН України. 2022. № 3. С. 30—36.] 10. World Energy Outlook. IEA. 2022. https://bit.ly/3YTEMVR 11. Natural Gas in Europe: The Potential Impact of Disruptions to Supply. International Monetary Fund Working Pa- pers. WP/22/145. https://bit.ly/40b3aDC 12. Russia’s War on Ukraine. Analysing the impacts of Russia’s invasion of Ukraine on global energy markets and inter- national energy security. https://www.iea.org/topics/russias-war-on-ukraine 20 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 13. ‘Fit for 55’: delivering the EU’s 2030 Climate Target on the way to climate neutrality. COM(2021) 550. 14.7.2021, Brussels. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/HTML/?uri=CELEX:52021DC0550&from=EN 14. Action plan for implementing REPowerEU. 2022. https://bit.ly/3lkIBpo 15. A 10-Point Plan to Reduce the European Union’s Reliance on Russian Natural Gas. https://bit.ly/42i713E 16. IEA and Ukraine deepen bilateral cooperation with new joint work programme. https://bit.ly/3FAqlzh 17. Digitalising the energy system - EU action plan (COM(2022) 552 final). https://bit.ly/402aWjG 18. Energy Technology Perspectives (IEA 2023). https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives 19. Global Energy Crisis. IEA. 2022. https://www.iea.org/topics/global-energy-crisis 20. Outlook for solid fuels. https://bit.ly/3YQG448 21. Coal 2022. Analysis and forecast to 2025. December 2022. IEA. https://bit.ly/3mW51hb 22. Outlook for electricity. IEA. 2022. https://bit.ly/3n3BulE 23. Akaev A.A. Technological and economic barriers to the growth of hydrogen energy. Vestnik RAN. 2022. (12): 1113— 1144. https://doi.org/10.31857/S0869587322100024 [Акаев А.А. Технологические и экономические барьеры роста водородной энергетики. Вестник РАН. 2022. № 12. С. 1113—1144.] 24. Birol F. Where things stand in the global energy crisis one year on. https://bit.ly/40dRAHO 25. World Energy Outlook 2022. Key findings. https://bit.ly/3YTqxAp 26. World Energy Outlook 2022. The global energy crisis. https://bit.ly/40mQiul Olexandr V. Kyrylenko Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3610-7670 Yuriy F. Snezhkin Institute of Engineering Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9049-3392 Boris I. Basok Institute of Engineering Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8935-4248 Yevgeniy T. Baseyev Institute of Engineering Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4292-1505 ENERGY, SCIENCE AND ENGINEERING: CURRENT STATE AND DEVELOPMENT CHALLENGES An overview of energy problems of Ukraine, Europe and the world is presented. The challenges and risks faced by the socio-economic sphere of the country, in particular in the field of energy, as well as by the academic fundamental science as a result of Russian aggression, are analyzed. The role of science as the intellectual basis of the socio-economic, political and military power of the state is emphasized. It is noted that the Institute of Engineering Thermophysics of the NAS of Ukraine is developing a new scientific direction — fundamental energy engineering. The main trends of energy develop- ment in Europe and the world are considered in the context of economic threats, price policy, resource base, energy conversion technologies and final low-carbon energy use. Attention is focused on the beginning of the global energy crisis in the world, and approaches to mitigating its negative impact on the world economy are proposed. Keywords: energy, global energy crisis, energy flexibility and sustainability, clean energy, fundamental energy engineer- ing. Cite this article: Kyrylenko O.V., Snezhkin Y.F., Basok B.I., BaseyevYe.T. Energy, science and engineering: current state and development challenges. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (4): 3—20. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.003

Енергетика, наука та інженерія: сучасний стан і виклики розвитку

Institution

Similar Items