Декабрь 2010 г. Выпуск 7
Олег Сергеевич Попель
Использование энергии возобновляемых источников (ВИЭ) – одно из приоритетных направлений развития мировой энергетики. Это обусловлено растущими ценами на ископаемое топливо, необходимостью обеспечения стабильности поставок энергии, обострением проблемы изменения климата. Каковы перспективы развития этого рынка в России?
Качество жизни быстрорастущего населения мира во многом связано с его энергообеспеченностью. Однако традиционные первичные энергоресурсы не очень равномерно и «справедливо» распределены по земному шару: одни страны «с избытком» обеспечены ими (к ним относится Россия), другие – вынуждены их импортировать, и в этой связи озабочены своей энергетической безопасностью. В отличие от нефти, газа, угля и урана, возобновляемые источники энергии распределены по миру более равномерно, и имеются более или менее одинаковые условия для большинства стран в плане обеспечения своих энергетических потребностей.
Важное значение имеет экологическая чистота энергетики. Традиционная энергетика дает около 50% вредных выбросов в окружающую среду, связанных с жизнедеятельностью человечества, тогда как ВИЭ более привлекательны с точки зрения экологической безопасности.
Продвижение новых технологий в энергетике занимает десятилетия, поэтому, готовясь к неминуемой структурной перестройке, которая произойдет в связи с истощением «дешевых» запасов органического топлива и ростом цен на энергоносители, необходимо уже сейчас активно проводить исследования и разрабатывать новые, экологически чистые эффективные технологии, включая использование ВИЭ.
Движущей силой ВИЭ является также технологический прогресс, который уже сейчас в ряде случаев делает их конкурентоспособными по сравнению с традиционными источниками энергии. Имеется значительный потенциал для дальнейшего улучшения технико- экономических показателей, прежде всего, снижения капитальных затрат на установленный киловатт. Учитывая, что эксплуатационные затраты для ВИЭ, как правило, весьма малы, стоимость получаемой от ВИЭ энергии снижается из года в год (по мере прогресса в технологиях), тогда как цены на энергию от традиционных источников энергии неуклонно растут.
Факты свидетельствуют, что ВИЭ развиваются и продвигаются в мировую энергетику очень быстрыми темпами, демонстрируя рост в десятки процентов в год, в отличие от традиционной энергетики, которая наращивает мощности всего на 1–1,5% в год. Высокие темпы роста имеют место несмотря на то, что уже сегодня вклад ВИЭ в мировую энергетику и энергетику отдельных стран довольно велик – более 5% в мировом производстве электроэнергии.
Россия – крупнейший экспортер энергоресурсов в мире: внутри страны потребляется всего 20% нефти, а 80% идет на экспорт. У нее лидирующее положение в мире по запасам традиционных топливно-энергетических ресурсов: первое место по природному газу (23% мировых запасов), второе место по запасам угля, пятое–седьмое, по разным оценкам, по запасам нефти (4–5% мировых запасов); Россия обеспечивает 8% мировой добычи урана. Примерно 45% российских энергоресурсов от общего объема их добычи экспортируются в натуральном виде; еще 13% приходятся на экспорт энергии в виде различной продукции низкого передела – металлов, цемента, удобрений. Около 6% энергии тратится на транспортировку этих энергоресурсов и продуктов по огромной территории России. Таким образом, внутри страны остается примерно 36% от всей добываемой энергии, что свидетельствует об энергорасточительной государственной политике.
В какой-то степени ситуацию можно понять: нефтегазовый комплекс обеспечивает 17% российского ВВП и более 40% поступлений консолидированного бюджета. Отказаться от эксплуатации этих ресурсов и от большой части бюджетных поступлений непросто, однако государству рано или поздно придется изменить расточительное отношение к энергоресурсам и позаботиться о будущих поколениях.
Интегрально с точки зрения экологии российская ситуация выглядит неплохо: в результате резкого спада промышленного производства в 1990-х годах выбросы СО2 снизились на 35%. По имеющимся прогнозам, до 2030 г. Россия не выйдет на уровень 1990 г. по выбросам, что ослабляет давление на Россию в соответствии с принятыми международными обязательствами.
Хотя найти конкурентоспособное место в централизованной энергетике ВИЭ пока достаточно сложно, реальное положение дел таково, что в России централизованным энергоснабжением охвачена лишь треть территории, а две трети находятся в зоне децентрализованного и автономного энергоснабжения, где проживают около 20 миллионов человек, которые тоже хотят получать тепло и свет. Во многие такие регионы приходится завозить топливо, и в ряде мест затраты на электроэнергию, генерируемую дизельными установкам малой мощности (по крайней мере, те, за которые отчитывается местное начальство), доходит до 100 рублей за киловатт-час, а затраты в 17–20 рублей отмечается сплошь и рядом. Ясно, что при такой стоимости энергии ВИЭ могли бы во многих районах страны быть конкурентоспособными по экономическим показателям и постепенно заменять дизельные энергоустановки, с эксплуатацией которых связаны также и значительные экологические проблемы (выбросы, топливные контейнеры и т.п.).
В России более 50% административных районов являются энергодефицитными, и для них существует проблема внутренней энергобезопасности. Хотя в стране сосредоточены самые большие в мире запасы природного газа, газифицировано всего около 50% городских населенных пунктов, а в сельской местности – только 35%. В таких энергодефицитных районах сжигается жидкое топливо, уголь, дрова, возникают локальные негативные экологические последствия. Использование ВИЭ в такой ситуации также весьма привлекательно.
В зонах централизованного энергоснабжения нередко возникают проблемы с подключением к сетям и взаимодействием с энергетическими монополистами, в том числе по объективным технологическим причинам, поэтому многие потребители стремятся обеспечить автономное энергоснабжение и строят свои котельные и энергоустановки. По имеющимся данным, в России за последние 10 лет по суммарной мощности введено в строй малых дизельгенераторов, бензогенераторов больше, чем крупных электростанций. Ясно, что малые энергоустановки имеют низкий коэффициент использования топлива, более интенсивно загрязняют окружающую среду, ведут к деградации когда-то прогрессивной энергетики России, впервые продемонстрировавшей на практике высокоэффективные технологии совместной генерации электроэнергии и тепла. Очевидна необходимость стимулирования использования ВИЭ для потребителей, желающих перейти на автономное энергоснабжение.
На возможность эффективного применения ВИЭ в зонах централизованного энергоснабжения (использование ветровых электростанций, мини-ГЭС, энергоустановок на продуктах переработки биомассы, геотермальных энергоустановок и др.) должны прежде всего обратить внимание энергодефицитные по электричеству районы и особенно тупиковые зоны, куда приходят тупиковые линии электропередач, а также округа, в которых отмечаются отказы на подключение к электрическим сетям не по экономическим и коррупционным мотивам, а из-за отсутствия технологической возможности (например, в дефицитном Южном федеральном округе до 30% заявок потребителей получают отказы).
В отличие от многих стран мира, которые планируют достичь к 2020 г. 15–20% вклада ВИЭ в энергетические балансы, Россия намерена к этому сроку обеспечить производство лишь 4,5% электроэнергии на основе энергоустановок на ВИЭ. Этот индикатор установлен Распоряжением Правительства России от 8 января 2009 г. №1-р. Причем это относится только к централизованной энергетике (к установкам, подключенным к электрическим сетям) и не касается автономных потребителей, что не в полной мере отражает реальные приоритеты страны.
Как достичь показателя в 4,5%? Акцент делается на ветровые электростанции (ветровые фермы), на малые (до 25 МВт) гидростанции, на энергоустановки на биомассе и т.п., на которых в зоне централизованного энергоснабжения нужно ввести суммарно около 25 ГВт установленной мощности. По скромным оценкам, на это потребуется до 75 млрд долл. США. Вряд ли государство полностью профинансирует этот проект, и, следовательно, нужно привлечь частных инвесторов в этот сектор.
Необходимо отметить, что эффективность использования энергоустановок на ВИЭ прежде всего определяется располагаемыми ресурсами ВИЭ и их интенсивностью (скорости ветра, уровня солнечной радиации и т.п.).
В России есть довольно много районов, где среднегодовой приход солнечной радиации составляет 4–5 кВтч на метр квадратный в день (эти потоки соизмеримы с югом Германии и севером Испании). Прямой солнечной радиации гораздо больше в Якутии, на севере, в высоких широтах. Разработанный в ОИВТ РАН Атлас распределения ресурсов солнечной энергии на территории России стал достаточно надежной основой для разработчиков и потребителей солнечных установок.
Распределение ветровых ресурсов по территории России довольно специфично: ветер наиболее силен на окраинах, где населения мало, а в средней полосе страны ситуация с ветром складывается не очень благоприятная. Особое внимание к себе сегодня привлекают Южный и Северо-Кавказский федеральные округа, а также Сахалин, Дальний Восток, север Европейской части России, где использование ветровых установок представляется крайне перспективным.
Россия богата геотермальными ресурсами; достигнут достаточно хороший мировой уровень и существуют собственные разработчики и производители оборудования. В стране разработан целый комплекс проектов, которые касаются не только Камчатки, но и Кавказа и даже Калининградской области.
Для России большой интерес представляют отходы деревообрабатывающей промышленности и низкосортная древесина. Россия уже вырвалась в мировые лидеры по производству древесных пеллет. Однако производство в основном ориентировано на экспорт. В регионах страны пока остается много барьеров, которые препятствуют использованию пеллет вместо угля или нефти, потому что для этого нужно реконструировать котельные, а они находятся в муниципальной собственности. Здесь недостаточно активно развивается частно-государственное партнерство, хотя в последние годы отмечается определенный прогресс в Архангельской, Нижегородской областях, в Краснодарском крае и некоторых других регионах.
Под термином «гидроэнергетика» обычно подразумеваются крупные ГЭС, но к ВИЭ относятся в основном малые ГЭС (до 25 мегаватт), а также микро-, мини- и пико-ГЭС. Ранее Россия была лидером малой энергетики – насчитывалось около 7 тыс. малых гидростанций. Сейчас в стране работают по разным оценкам от 100 до 300 малых ГЭС, однако интерес к созданию малых ГЭС быстро растет как со стороны российских, так и со стороны зарубежных инвесторов.
В отношении приливных электростанций Россия тоже имеет определенные лидирующие позиции: накоплен опыт и есть российские научно-технические достижения в этой области. Разрабатываются проекты строительства нескольких ПЭС в Мурманской области и на Охотском море, где приливы достигают 8–10 метров.
Анализ показывает, что комбинированное использование энергий ветра и солнца (поскольку они дополняют друг друга в разные периоды времени) является особенно экономически привлекательным для многих районов страны. В принципе, на значительной части территории России можно получать электроэнергию на оптимально сконфигурированных ветро-солнечных электростанциях по стоимости ниже, чем на дизель-генераторах, работающих на привозном топливе. Кроме того, по крайней мере, в неотопительный сезон (с апреля по ноябрь) за счет простейших солнечных водонагревателей без встроенного электрического дублера можно с вероятностью 70–90% ежедневно иметь теплую воду хотя бы для санитарно-технических нужд.
Для дальнейшего развития ВИЭ в России необходимо обеспечить выполнение Распоряжения №1-р, продолжить совершенствование законодательства в этой сфере, а также проводить соответствующую техническую политику, в частности, стимулировать использование ВИЭ для автономного энергоснабжения. Следует создать более привлекательные условия для частного бизнеса. Все ждут подзаконных актов – Минэнерго России должно было выпустить их более года тому назад – в части установления надбавок к рыночной цене, которые могли бы стимулировать бизнес.
Без реальной поддержки государства развитие ВИЭ будет происходить с большим отставанием от других стран, и мы в конечном итоге станем заложниками зарубежных технологий. В то же время при разумном экономическом стимулировании, как показывают оценки, государство могло бы на каждый рубль вложенных «стимулирующих» бюджетных средств в течение ближайших 20 лет получить не менее 1,5–2 рублей налоговых поступлений от нового сектора частного бизнеса и обеспечить развитие высокотехнологичного направления перспективной энергетики, крайне важного для будущих поколений.
Олег Сергеевич Попель, д.т.н., профессор – Председатель Научного совета РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, заведующий Лабораторией возобновляемых источников энергии и энергосбережения Объединенного института
высоких температур РАН
Источники:
1. В.Е. Фортов, О.С. Попель. Энергетика в современном мире - Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2011. - 168 с.: ил.
2. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России (авторы: О.С. Попель, С.Е. Фрид, Ю.Г. Коломиец, С.В. Киселева, Е.Н. Терехова). - М.: ОИВТ РАН, 2010. - 85 с.: ил.
3. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы / А.да Роза; пер. с англ. под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля - Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект»; М.: Издательский дом МЭИ; 2010. - 704 с.: ил.