Низкоуглеродная энергетика полного жизненного цикла

Гадиров Амал Аллахверан Оглы магистр, факультет международных отношений, Московского государственного института международных отношений МИД России 119454, Россия, г. Москва, ул. Вернадского, 76 Gadirov Amal Allakhveran Ogli Student, Faculty of International Relations, Moscow State Institute of International Relations of the Ministry of Foreign Affairs of Russia 76 Vernadsky str., Moscow, 119454, Russia a-gadirow@bk.ru

Введение

По мере того, как повышается средний уровень жизни населения планеты, увеличивается само население планеты, повышаются и и потребительский спрос населения планеты. Следовательно, наращиваются производственные мощности, направленные на его удовлетворение. Всё вышеперечисленное способствует росту мирового потреблению электроэнергии. И несмотря на то, что основным источником энергии остаются традиционные источники, мировое сообщество озабочено поиском более эффективных (альтернативных) источников энергии.

Так в мировой экономике, обозначены основные проблемы: истощение запасов природных ресурсов и неравномерное распределение природных ресурсов. Они диктуют потребность поиска новых и развития уже имеющихся альтернативных источников энергии. В этом вопросе особо важным и актуальным становится использование всего потенциала низкоуглеродной энергетики полного цикла как следующего шага технологической цепочки энергетической отрасли.

В рамках этого исследования ставится цель: на основе анализа конъюнктуры и текущих трендов энергетической отрасли доказать значимость низкоуглеродной энергетики полного цикла и ее развития для России. Для достижения поставленной цели выполнен ряд задач:

1) Выявлены основные тренды развития энергетической отрасли с учетом энергетического перехода ^[13];

2) Проанализированы возможности Российской Федерации в вопросе наращивания производства низкоуглеродной энергии на мощностях полного цикла.

К основным результатам исследования относится доказательство перспективности этого технологического решения для российской экономики с учетом ее роли как основного и надежного поставщика энергии в Азию.

Методология

В исследовании для начала определимся с терминологией. Низкоуглеродная энергетика полного цикла – это энергетика, которая в процессе всей технологической цепочки производства и передачи электроэнергии стремится снизить выброс углеводородов. В настоящее время большинство стран проводят политику декарбонизации экономики, т.е. уход от производства и потребления электроэнергии, произведённой с помощью углеводородов. Так, например, европейские страны практически полностью отказались от производства угля и закрыли на своей территории угольные шахты.

Исходя из определения, к технологиям энергопроизводства с высоким выбросом СО2 относятся (невозобновляемые источники энергии):

1. Угольная отрасль
2. Газовая отрасль
3. Нефтяная отрасль

К технологиям энергопроизводства с низким выбросом СО2 относятся (возобновляемая энергетика):

1. Солнечные электростанции (СЭС)
2. Ветровые электростанции (ВЭС)
3. Гидроэлектростанции (ГЭС, ГРЭС)
4. Биотопливо
5. Гибридные системы

Результаты исследования

Несмотря на выделенные выше тенденции, наличие запаса углеводородных ресурсов остается значимым фактором для экономики каждой страны. Наличие запаса природных ресурсов и высокий уровень развития добывающей и перерабатывающей промышленности обеспечивает конкурентоспособность страны и её политико-экономический потенциал.

Рисунок 1. Доказанные нефтегазовые резервы, тонн

Рисунок 1 демонстрирует рост доказанных запасов нефти и газа, однако в последнее десятилетие этот рост замедляется. По оценкам многочисленных экспертов запасов углеводородных ресурсов планеты достаточно много и его можно использовать еще несколько десятилетий ^[1]. Однако, легкодоступные (и по географическому расположению, и по геологическому залеганию) месторождения, которые уже находятся в разработке, с течением времени будут истощены. А разработка новых, оставшихся не освоенными, месторождений считается значительно затруднительной с технической и, следовательно, с экономической точек зрения, т.к. новые не освоенные месторождения, как правило, сложны в разработке ^[14], что в свою очередь требует больших финансовых вложений, а именно геологоразведочные работы, технические расчеты, подвод коммуникаций, закупка и доставка дорогостоящего оборудования, освоение месторождения, прокладка трубопровода или железнодорожного полотна и коммуникаций, транспортировка топлива до потребителя.

Кроме того, залежи нефти, газа и угля географически распределены не равномерно и значит, многие страны не владеют их запасами, и полностью в энергетическом плане зависят от тех стран, у которых запасы энергоресурсов достаточны.

Производным от повышения спроса и потребления углеводородов является такая проблема как выбросы углекислого газа и вредных веществ, вызывающих парниковых эффект и ряд нижеописанных проблем экологического характера.

Рисунок 2. Выбросы углекислого газа на душу населения в тоннах

Как показывает сравнение рисунков 1 и 2, увеличение выбросов в атмосферу СО₂ прямо пропорционально зависит от роста энергопотребления. Так до 2020 года в связи с отсутствием экономического роста наблюдался спад энергопотребления и, следовательно, упали выбросы СО₂, связанные с энергетической промышленностью. А уже начиная с 2022 года, когда стал наблюдаться экономический рост, увеличился рост потребления энергоресурсов и, как следствие увеличились выбросы СО₂.

В 2022 году по количеству выброса СО₂ лидерами являются Китай, Соединенные Штаты, Индия, Россия, Япония, Германия, Саудовская Аравия, Южная Корея, Иран.

По сообщениям всемирного фонда дикой природы увеличиваются риски утраты различных экологических систем и различных представителей животного мира. Эту угрозу мировой экосистеме по мнению учёных и экологов из фонда дикой природы несут выбросы СО₂ и главным образом по мнению фонда дикой природы эти выбросы от сжигания ископаемого топлива ^[3].

По данным статистического ежегодника мировой энергетики за 2022 год увеличение выбросов в атмосферу СО₂ прямо пропорционально завит от роста энергопотребления. Так до 2022 года в связи с отсутствием экономического роста наблюдался спад энергопотребления и, следовательно, упали выбросы СО₂, связанные с энергетической промышленностью. А уже начиная с 2023 года, когда стал наблюдаться экономический рост, увеличился рост потребления энергоресурсов и, как следствие увеличились выбросы СО₂.

Основным источником сжигания СО₂ в 2022 году являлся уголь, на втором месте – нефть, на третьем - природный газ ^[4].

Высокая динамика потребления энергии означает, что постоянное увеличение потребления общего количества энергии населением планеты неизбежно ведёт к истощению природных не возобновляемых ресурсов планеты. Так по данным статистического ежегодника мировой энергетики из-за повышения мирового спроса на энергоносители потребление энергии в 2022 году увеличилось на 5 % ^[2].

Рост энергопотребления связан и с увеличением численности населения азиатских стран, что обостряет задачу обеспечения надежного энергоснабжения и равного доступа к энергоносителям потребителей, особенно если учитывать проблему бедности и невозможности для беднейших слоев населения получать энергоресурсы по растущим ценам.

Развитие энергетических технологий в значительной мере определяет темпы экономического роста и его отраслевую структуру в долгосрочном периоде, оказывая влияние на величину абсолютных и относительных издержек производства в стране, а также на границу производственных возможностей национальной экономики. В то же время экономический рост является важным фактором динамики спроса на энергоносители.

С уверенностью можно сказать, что кризис 2020 года приведёт не только к мировому уменьшению цен на энергоносители, но и к снижению потребления энергии в следствии снижения производственных мощностей всех стран мира.

С учетом вышесказанного, необходимо отметить, что климатические риски во многом сказываются не только на общественном развитии и жизни человечества, но и на отраслях самих по себе. Выделим такие риски для каждой отрасли в таблице 1.

Таблица 1. Риски климатических изменений для энергетики

Источник: составлено автором

Всё вышесказанное стимулирует возрастание потребности поиска и исследование применения низкоуглеродных источников энергии на предмет более эффективного технологического и менее аварийного использования. По мнению многих исследователей низкоуглеродные источники энергии являются главным средством адаптации энергетической отрасли к условиям изменяющегося климата и современным требованиям экологии.

Рисунок 3. Потребление низкоуглеродной энергии в мире, TWh

Рассмотрев основные тренды мирового развития энергетической отрасли, перейдем к анализу ситуации в Российской Федерации. Россия, не смотря не её потенциал в вопросах внедрения низкоуглеродных источников энергии, продолжает отставать, масштаб применения альтернативной энергии очень ограничен ^[15]. В последнее время, однако, наблюдается рост, связанный с активным внедрением новых технологических решений и государственной поддержкой отрасли. Динамика развития низкоуглеродной генерации электроэнергии в РФ отражена на рисунке 4.

Рисунок 4. Генерация низкоуглеродной энергии в России, GWh

Источник: составлено автором на основе данных https://rreda.ru/statistics_of_renewable_energy_in_russia

При этом, несмотря на относительно невысокую роль низкоуглеродных источников энергии в российском энергобалансе, существенных технологический задел в этой отрасли принадлежит российским ученым:

- новая беcхлорная технология получения солнечного поликристаллического кремния с низкими энергетическими затратами, со сроком службы 40 лет;

- современные технологические разработки в геотермальной энергетике и оборудовании для малых ГЭС;

- дешёвые и надёжные солнечно-ветровые установки небольшой мощности, ветровые установки, фотоэлектрические солнечные коллекторы;

- технологии переработки торфяников в биотопливо.

Кроме того, были созданы экспериментальные и опытно-промышленные установки ^[5]:

1) Кислогубская приливная электростанция на Кольском полуострове мощностью 450 кВт;

2) экспериментальные Паратунская двухконтурная, мощностью 11 МВт и опытно-промышленная Паратунская одноконтурная геотермальные ТЭС (ГеоТЭС);

3) экспериментальная солнечная база в Алуште с крупным «солнечным котлом»;

4) солнечные водонагревательные установки в Ростовской области, Республике Дагестан, в Краснодарском крае.

С учетом технологического задела, а также значительных перспектив развития низкоуглеродной энергетики, в России были разработаны и внедрены в экономику государственные стимулирующие меры поддержки разработки и внедрения альтернативных источников энергии ^[16]. Охарактеризуем российский потенциал развития низкоуглеродной энергетики полного цикла.

Потенциал России в развитии ветроэнергетики считается очень большим ^[17]. Кроме того, Россия является производителем и экспортёром специального оборудования для ветряных электрических станций ^[6]. Однако, в российской практике он рассчитывается экспертами по основному показателю – большая площадь страны, тогда как не учитывается, что скорость ветра во многих регионах страны либо низкая, либо средняя, и такой скорости недостаточно для экономически эффективного функционирования ветрогенераторов.

В России отличные условия для гидроэнергетики – в стране много широких и быстрых рек с хорошим водонаполнением, особенно в северных регионах. Именно поэтому в России основным направлением развития альтернативных источников энергии остаётся – гидроэнергетика. В России гидроэнергетика на порядок энергоэффективней, чем ветроэнергетика и любой другой вид низкоуглеродной энергии ^[18,19]. Именно поэтому наиболее рациональным решением является не вкладывать во внедрение ветроэнергетики значительные силы и финансы из государственного бюджета. Тем не менее, в тех регионах, где географические, погодные и климатические условия позволяют установить энергоэффективные ветряные установки (горные регионы Кавказа, приморские регионы) они всё же устанавливаются ^[20,21].

В настоящее время суммарный объём всех объектов, работающих на низкоуглеродной энергии, не превышает 0,1% энергетического баланса России. Потенциал этих объектов пока использован на 0,5%. А в общероссийском экономическом потенциале эти объёмы не превышают 10%.

Перспективы Российской Федерации в развитии солнечной энергетики достаточно оптимистичны по следующим причинам:

1) наличие у РФ больших площадей;

2) наличие значимых территорий с большим количеством солнечных дней в следующих регионах: Ставрополье; Краснодарский край; Районы Каспийского моря и Чёрного моря; Волгоград; Южная Сибирь; Южный Урал; Чита; Астрахань; Калмыкия; Бурятия; Ростов; Дальний Восток; Алтай.

На сегодняшний день в России действуют порядка 35 солнечных электрических станций, суммарная установленная мощность которых составляет на сегодняшний день 850 МВт, еще 30 солнечных электростанций находятся на разных стадиях строительства. Предполагается, что суммарная мощность строящихся солнечных электростанций составит 810 МВт ^[22,23].

Подсчитано, что потенциал генерации российской солнечной энергетики в пересчёте на углеводородное топливо составляет по разным источникам от 2200 млрд тонн до 2500 млрд т. На сегодняшний день, однако, можно рассчитывать на экономически эффективное использование солнечной энергии равной лишь 12,5 млн т. углеводородного топлива. Это связано с сезонными колебаниями продолжительности светового дня. Так, например, не смотря на достаточную интенсивность солнечного излучения в северных широтах России солнечное время суток очень непродолжительно.

В России ведётся работа по разным направлениям солнечной энергетики, например в работах разрабатываются различные способы и методы более экономически выгодного использования разных альтернативных источников энергии ^{[7],[8],[9],[10],[11]}.

Из всего сказанного следует, что в Российской Федерации много регионов, в которых можно и нужно внедрять солнечную энергетику и устанавливать как солнечные электрические станции, так и автономные солнечные электрические панели.

Сегодня Российская Федерация не так активно применяет ветряные электрические генераторы, как другие страны. Однако в России существует множество производителей, занимающихся производством ветроэнергетического оборудования и строительством ветряных электрических станций, в том числе производством оборудования для ветроэнергетики занимается военно-промышленный комплекс. Можно выделить пятёрку лидеров ветроэнергетического производства, а именно: ООО «СКБ Искра», ООО «Сапсан-энергия», «ЛМВ Ветроэнергетика», ООО «Ветро Свет», ООО «ЭнерджиВинд».

Подсчитано, что потенциал строительства ветряных электрических станций в России составляет приблизительно 6400 миллиардов киловатт часов, это число в 6 раз больше сегодняшней выработки всей электроэнергии в стране. Таким образом, Российская Федерация имеет огромный потенциал для строительства ветряных электрических станций для производства электроэнергии из бесплатной энергии ветра, а также для транспортировки электроэнергии в другие страны ^[24,25].

Заключение

В настоящее время углеводородные источники энергии будут оставаться наиболее востребованными энергоресурсами. Однако в силу выделенных ограничений традиционных источников энергии, требуется пересмотреть подходы к низкоуглеродным источникам энергии.

Существуют технологические решения, которые позволяют автономно снабжать электроэнергией любое здание, предприятие, автомобиль. Но проблема использования только одного вида низкоуглеродного источника энергии (без дополнительного подключения потребителя к электрической сети) заключается как в экономической оправданности, так и в надёжной бесперебойной работе этого низкоуглеродного источника электрического тока.

Кроме того, те государства, экономика которых сильно зависит от углеводородной отрасли, если и вкладывают в разработку, строительство и запуск альтернативных электрических станций, то делают это недостаточно активно.

Россия относится к таким странам, использование низкоуглеродных источников энергии в нашей стране развивается медленно, несмотря на высокий оценочный потенциал. При этом акцентировать внимание на развитии только возобновимых источников энергии в РФ нецелесообразно как по экономическим причинам, так и в силу того, что экономически целесообразнее использовать углеводороды.