В анализе, опубликованном 12 марта в One Earth, оценивается влияние правил эксплуатации электростанций EPA на электроэнергетическую систему США в период неопределенности в отношении правил, которые, как ожидают исследователи, будут отменены при нынешней администрации Трампа. Правила для электростанций устанавливают предельные значения содержания углекислого газа для новых газовых турбин внутреннего сгорания и содержат рекомендации для существующих парогенераторных установок, работающих на угле, нефти и газе.

Исследование, проведенное в Принстоне, показывает, что правила могут примерно удвоить сокращение выбросов в энергетическом секторе к 2040 году, снизившись на 51% по сравнению с уровнем 2022 года, если правила будут сохранены, по сравнению только с 26% без правил.

Подавляющее большинство сокращений выбросов будет достигнуто за счет ускоренного вывода из эксплуатации угольных электростанций, которые, скорее всего, предпочтут выйти из эксплуатации до 2039 года в соответствии с правилами, а не устанавливать дорогостоящее оборудование для улавливания и хранения выбросов углекислого газа.

Исследователи также предупредили, что правила могут привести к снижению эффективности энергетической системы из-за непреднамеренного продления срока службы существующих установок, работающих на природном газе.

"Действующие правила EPA устанавливают ограничения на выбросы для новых газовых электростанций, но агентство намерено доработать правила для существующих газогенераторов", - сказал руководитель исследования Джесси Дженкинс, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии и Центра энергетики и окружающей среды Андлингера. "Это создает неравные условия игры, которые поощряют более широкое использование менее эффективных существующих газовых установок, что подрывает некоторые сокращения выбросов, достигнутые в соответствии с правилами".

Исследовательская группа оценила несколько вариантов дополнительных правил, направленных на существующие газовые установки. Они обнаружили, что применение одинаковых пределов выбросов ко всем газогенераторам, независимо от возраста, может сократить выбросы на 88% ниже уровня 2022 года при еще более низких средних затратах, чем существующие нормативы.

Результаты моделирования также были частью недавнего исследования, опубликованного в Science, в котором сравнивались анализы девяти различных моделей энергосистем для количественной оценки воздействия правил EPA на выбросы.

"Наша работа выходит за рамки простой количественной оценки неопределенности воздействия этих выбросов, чтобы фактически определить, какие аспекты нормативных актов наиболее эффективны для снижения выбросов и где есть возможности для улучшения", - сказал первый автор Цянь Ло, научный сотрудник Центра энергетики и окружающей среды Андлингера.

Выбытие угля обеспечивает основную часть сокращения выбросов

В ходе своего анализа Ло и Дженкинс обнаружили, что руководящие принципы правил, касающиеся угля, были наиболее значимыми в плане сокращения выбросов, на долю которых приходится почти 70% общего сокращения, предусмотренного правилами.

Рекомендации по использованию угля зависят от запланированной даты выхода станции из эксплуатации. Если завод планируется вывести из эксплуатации после 2039 года, то начиная с 2032 года он должен быть оснащен технологией, способной улавливать не менее 90% выбросов углекислого газа. Если электростанция выйдет из эксплуатации до 2039 года, то начиная с 2030 года она должна продемонстрировать сокращение выбросов, достижимое при совместном сжигании угля как минимум на 40% с природным газом.

В своей модели команда обнаружила, что регулирование использования угля привело к значительному сокращению выбросов, поскольку оно стимулировало досрочный вывод из эксплуатации угольных электростанций, которые в противном случае могли бы работать и после 2039 года. Фактически, согласно их модели, из 28,3 гигаватт действующих угольных мощностей в 2035 году только 0,3 гигаватта, по прогнозам, будут оснащены технологией улавливания углерода. Оставшиеся 28 гигаватт вместо этого предпочли бы работать совместно с природным газом, прежде чем выйти на пенсию к 2039 году.

"Угольные электростанции неуклонно выводились из эксплуатации в течение последнего десятилетия, но без ограничения выбросов более ста гигаватт угольной мощности все еще могли бы работать в 2040-х годах", - сказал Дженкинс. "Устранение выбросов от этих сильно загрязняющих окружающую среду электростанций является первоочередной задачей и одним из наиболее экономически эффективных способов сокращения выбросов парниковых газов в США".

Правила в отношении природного газа имеют непредвиденные последствия

В то время как правила для угольных электростанций в значительной степени успешно способствуют экономичному сокращению выбросов, исследователи предупредили, что правила для природного газа в их нынешнем виде обеспечивают сокращение выбросов при более высоких затратах и могут даже привести к менее эффективной энергетической системе.

Согласно правилам, если новая установка, работающая на природном газе, служит в качестве основного источника энергии - работает более 40% времени, - то начиная с 2032 года она должна поглощать не менее 90% выбросов углекислого газа. Установки, работающие менее 40% времени, должны соответствовать определенным стандартам производительности (менее 1150 фунтов углекислого газа на мегаватт-час) или избегать использования топлива с высоким уровнем выбросов, такого как дизельное топливо, в зависимости от их использования.

Однако доработанные правила касаются только новых установок, работающих на природном газе, а не существующих установок. В результате исследователи обнаружили, что газовые правила обеспечивают незначительное дополнительное сокращение выбросов за счет общей эффективности системы.

"Проблема в том, что инвестировать в технологию улавливания углерода дорого, в то время как очень легко снизить коэффициент мощности установки ниже 40%", - сказал Ло. "И без аналогичных правил для существующих электростанций наиболее экономичным решением становится эксплуатация нового, более эффективного природного газа на меньших мощностях при одновременном увеличении выработки на существующих, менее эффективных установках".

Исследование показало, что этот прогнозируемый толчок к созданию новых установок на природном газе, которые работают менее 40% времени, может привести к значительному перенастройке установок на природном газе. В энергетическую систему будет добавлено больше мощностей, работающих на природном газе, но эти новые мощности будут использоваться реже, что повысит стоимость электроэнергии, получаемой от новых установок, работающих на природном газе, и увеличит зависимость системы от существующих и менее эффективных генераторов.

Выделение возможностей для более значительного сокращения выбросов

Выявив потенциальные недостатки действующих правил EPA для электростанций, Луо и Дженкинс предложили изменения, которые могли бы улучшить правила для электростанций, работающих на природном газе.

По их словам, ближайшим приоритетом будет установление равных стандартов для новых и существующих установок, работающих на природном газе. Просто распространив действующие правила для новых установок, работающих на природном газе, на существующие, обновленный свод правил может снизить выбросы на 62% ниже уровня 2022 года, поскольку устанавливается все больше новых газовых установок с технологией улавливания углерода и устраняются стимулы к более интенсивной эксплуатации старых газовых установок.

"Самым важным шагом для сокращения выбросов является вывод из эксплуатации старых и менее эффективных электростанций, работающих как на угле, так и на природном газе", - сказал Ло. "Новые установки, работающие на природном газе, не только производят меньше выбросов, но и обладают такими возможностями, как возможность совместного сжигания большего количества водорода, что может проложить путь к будущему сокращению выбросов".

Чтобы еще больше сократить выбросы, исследователи изучили возможность распространения требований по улавливанию углерода как на новые, так и на существующие установки, работающие на природном газе, на любой генератор, работающий более 20% времени (по сравнению с 40% в окончательных правилах EPA). Предлагаемое изменение приведет к установке еще большего числа установок на природном газе с улавливанием углерода, что сократит выбросы на 81% по сравнению с уровнем 2022 года.

Исследователи пошли еще на один шаг вперед, показав, что сокращение выбросов до 88% по сравнению с уровнем 2022 года было возможно, если бы существовало дополнительное требование к генераторам природного газа, работающим менее 20% времени, для совместного сжигания по крайней мере 30% водорода.

Согласно анализу, эти предлагаемые правила позволили бы снизить общий объем выбросов и были бы более эффективными в пересчете на доллары за тонну сокращенного количества углекислого газа, чем правила EPA 2024 года. Однако Дженкинс отметил, что, хотя дополнительные правила могут быть наиболее экономически эффективными с точки зрения регулирования, они повлекут за собой значительно большие инвестиции со стороны разработчиков электростанций, что может сделать правила еще более спорными, чем они есть в настоящее время.

"У нынешней администрации есть планы отменить эти правила EPA для электростанций и заменить их более слабыми стандартами, что делает этот независимый анализ чрезвычайно своевременным", - сказал Дженкинс. "Эта работа помогает определить вероятные последствия действующих правил, подчеркивает влияние потенциальной отмены на выбросы в США и количественно оценивает общую эффективность сокращения выбросов, достигнутую с помощью действующих правил".

Ло добавил, что анализ также "указывает будущим администрациям путь к повышению эффективности этих правил для достижения более глубокого и рентабельного сокращения выбросов в энергетическом секторе США".