Эколого-экономические аспекты развития традиционной и альтернативной энергетики в мире и Узбекистане



В статье рассмотрены основные проблемы развития традиционной и возобновляемой энергетики в экологическом контексте. Показан опыт развитых индустриальных государств в решении экологических проблем и работа, проводимая в данном направлении у нас в республике.

In the article shown the main problems of development of traditional and renewable energy in the ecological context are considered in the article. The experience of developed industrial states in solving environmental problems and the work carried out in this direction in our country is shown.

Глобальные энергетические и экологические проблемы, а также важность энергоэффективности экономики и применения возобновляемых источников энергии в последние годы стало очевидным фактом [1–6]. Проблемы, связанные с так называемыми «Три Э», предложенные мировому сообществу Международным энергетическим агентством (МЭА) — экологии, энергетической безопасности и экономического процветания, — все три оказались затронуты текущими энергетическими тенденциями [7].

Рассмотрим более подробно проблемы, касающиеся непосредственно экологии. Если в 1960 г. концентрация углекислого газа в атмосфере не превышала 320 частей на миллион (320 молекул CO₂ на миллион молекул воздуха), то в 2015 г. её величина с большой долей вероятности устойчиво превысит 400 частей на миллион [15]. Столь высокая концентрация углекислого газа отмечалась на Земле миллионы лет назад.

Объем выбросов CO₂ в атмосферу увеличился, по сравнению с 1973 годом более чем в два раза, а современный энергетический сектор ответственен примерно за две трети мировых выбросов парниковых газов, поскольку 80 % глобального потребления энергии обеспечивается ископаемым топливом [16].

В данном контексте развитие ВИЭ представляется критически важным для сохранения жизни на Земле, и возобновляемая энергетика уже готова предложить человечеству эффективные и конкурентоспособные по цене способы энергетического обеспечения. Опыт развитых индустриальных государств показывает, что возобновляемые источники энергии являются средством, позволяющим разорвать зависимость между экономическим развитием и ростом выбросов парниковых газов. Стремительный рост возобновляемой энергетики в прошедшее десятилетие подает надежду, что можно справиться с нависшей климатической угрозой.

Работа, проводимая различными международными энергетическими организациями (МЭА, МИРЭС, СИГРЭ и т. д.), исследования и опыт развитых стран показывают резервы повышения энергоэффективности конечного потребления и одновременного перехода к источникам энергии с более низким содержанием углерода, включая возобновляемые источники энергии. Потребность мира в энергетических ресурсах увеличивается в среднем на 50 %, через каждые 20–25 лет. При этом потребление энергоресурсов в мире непрерывно растет: сегодня в мире в среднем на одного человека ежесуточно производится 2 кВт/чел энергии (в США — 10 кВт/елч), предел роста энергопотребления оценивается в 20 кВт/чел на человека [2]. Такой уровень энергопотребления биосфера может выдержать, но для этого необходимо примерно в 10 раз сократить загрязнение, которое будет продолжаться, если не принять соответствующие меры по ее ограничению. Здесь решением проблемы является повсеместный переход к возобновляемой энергетике — «зеленой» и атомной, т. е. низкоуглеродной энергетике. Рассмотрим более подробно переход к «зеленой» энергетике.

Основные прогнозные оценки соотношения спроса и предложения на мировом энергосырьевом рынке (МЭА, ОПЕК и др.) были сделаны в базисном варианте сценария, исходя из глобального экономического роста, в среднем на 1,9–3,4 % в год и замедления темпов роста народонаселения Земли [6]. Например, согласно базовому сценарию, мировой спрос на энергию продолжает расти вследствие возрастающей экономической активности, и по прогнозам в 2030 году он будет на 53 % выше, чем в 2016 г. Ожидается, что мировые выбросы CO₂ возрастут к концу этого периода до 40 млрд т. в год. Мировые выбросы CO₂ могут достичь своего пика до 2030 года и быть на 16 % ниже, чем в базовом сценарии, в случае реализации потенциала энергосбережения и применения ВИЭ. Около двух третей сокращения относятся к мерам, повышающим энергоэффективность, 12 % — за счет использования возобновляемых источников энергии, 10 % — повышения использования атомной энергии и 13 % — повышения эффективности и перехода на другие виды топлива в электроэнергетическом секторе [1,6,7].

Энергоэффективное и экологическое использование альтернативных источников энергии является главной стратегией многих стран по сокращению газовых выбросов в атмосферу (рис. 1). Представители МЭА считают, что одно лишь активное использование энергоэффективных технологий способно уменьшить выброс углекислого газа на 65 % в ближайшие 20 лет [7].

Рис. 1. Установленные мощности ВИЭ по некоторым странам мира, 2015 год [17, 18].

В каком состоянии находится мировая энергетика в настоящее время?

Согласно исследованию МЭА, ископаемые виды топлива сохраняют доминирующие позиции в мировом потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов до 2020–2030 гг (рис.2, табл.1).

Таблица 1

Структура иобъем мирового потребления энергии

Годы Энерго- носитель	2000		2010		2020		2025
	млн. т.у.т.	%	млн. т.у.т.	%	млн. т.у.т.	%	млн. т.у.т.	%
Нефть Твердое топливо Природный газ ГЭС, АЭС, ВИЭ Итого	5160 3343 3000 1361 12864	40,1 26,0 23,3 10,6 100	6033 4025 3998 1520 15576	38,7 25,8 25,7 9,8 100	7224 4905 5437 1646 19212	37,6 25,5 28,3 8,6 100	7842 5355 6359 1706 21262	36,9 25,2 29,9 8,0 100

По данным Мирового энергетического конгресса, разведанные запасы ископаемого топлива в мире составляют 1172 млрд. т в пересчете на условное топливо и распределяются следующим образом (млрд. т. у. т.): уголь-800, нефть-199, газ-173; для Европы соответственно: 83,73,4 и 7 [4,6].

Рис. 2. Прогноз мирового энергобаланса, 2030 г., при прогнозном общем потреблении 23,27 млрд т.у.т [4,6].

МЭА утверждает, что каждый доллар, инвестированный в энергоэффективность, обернется $4 экономии, причем проект полностью окупится примерно за 4 года [1,6,9]. В будущем экономия за счет энергоэффективности только возрастет, поскольку увеличится цена энергоносителей.

Стоимость вырабатываемой электроэнергии ВИЭ неуклонно снижается и в настоящее время составляет: для микро и малых ГЭС 3–4- цент/кВт*ч., ветроустановки 4–5, геотермальных 5–6, электростанций на отходах 6–7 цент/кВт*ч. В то же время этот же показатель для традиционных станций составляет: угольных ТЭС 5–8 цент/кВт.ч., газовых 5–6,5, атомных 4–8 цент/кВт*ч. Срок окупаемости станций на базе ВИЭ примерно 1,5–2 раза меньше, чем традиционных. Рассмотрим отдельные составляющие ВИЭ [4,5,18].

Солнечная энергетика. При среднем расстоянии Земли от Солнца, равном 1,5*10¹¹ м, освещенность поверхности Земли равна 1,38 кВт/м². Эта величина носит название солнечной постоянной. Она представляет собой энергию излучения Солнца, приходящего в единицу времени на единицу площади поверхности Земли [4,5].

Больший экономический эффект имеют установки теплоснабжения от солнечных коллекторов в регионах, удаленных от централизованных энергосетей. Эти установки предназначены для работы в автономном режиме на индивидуальных потребителей, причем потребности населения и хозяйства указанных регионов в тепловой энергии весьма велики.

Удельная стоимость мощности плоских модулей солнечных батарей на мировом рынке составляет 4–5 долл./Вт, а стоимость фотоэлектрических установок 7–10 долл./Вт.

Себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии, вырабатываемой на базе солнечной энергии снизилась с более чем 1 долл в 1980 г. до 22–36 цент/кВт*ч в настоящее время, что превышает стоимость электроэнергии от традиционных источников. Ожидается, что через 15 лет она будет конкурентоспособной с электроэнергией, полученной на обычных электростанциях.

Если принять КПД ТЭС, работающей на мазуте 33 %, то 1 кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентен примерно 75 тоннам нефти. Поэтому кремний называют нефтью 21 века.

Ветровая энергетика. Использование энергии ветра целесообразна в районах, где среднегодовая скорость ветра не ниже 4–5 м/с, при этом эффективность ее повышается если мощность ветроустановки находится не ниже 100–500 кВт [4,5].

В начале 80-х гг., когда в мире началось промышленное использование ветроэлектрических установок, средняя стоимость производимой ими электроэнергии составляла примерно 30 цент./кВт*ч, что было значительно выше стоимости энергии от традиционных органических источников — нефти, угля и газа. За последние 15 лет стоимость электроэнергии от установок, подключенных к энергосистемам, снизилась более чем в 6 раз и составляет 4–12 цент./кВт*ч.

В настоящее время, например, в Дании стоимость электроэнергии от ветроэлектрических станций меньше, чем от электростанций на угле.

За тот же период удельная стоимость установленной мощности ветроэлектрических станций, подключенных к энергосистемам, уменьшилась в 4 раза с 4000 долл/кВт до менее чем 1000 долл/кВт.

Практическое использования энергии ветра особенно популярна в Европе, США, Китае, Индии.

Малая гидроэнергетика. Гидроэнергия является наиболее освоенным видом из возобновляемых источников энергии. Мировой экономически приемлемый потенциал гидроресурсов составляет 8100 млрд КВт*ч. Установленная мощность существующих гидростанций мира равна 700 ГВт, ими вырабатывается ежегодно примерно 2600 млрд. кВт*ч электроэнергии. Одну десятую часть экономического потенциала составляют малые и микроГЭС (МГЭС-установки и станции мощностью до 30 МВт) [4,5].

При этом используются простейшее силовое оборудование и неквалифицированная рабочая сила, в результате чего стоимость установленного 1 кВт мощности получается низкой. В настоящее время стоимость установленной мощности МГЭС находится в пределах 1200–3000 долл./кВт, а себестоимость электроэнергии 3–10 цент/кВт*ч. В связи с этим разрабатываются меры по снижению капитальных затрат, по удешевлению силового оборудования, так как в общей стоимости, доля стоимости оборудования на МГЭС доходит до 40–60 %. Изыскиваются пути сокращения сроков строительства и уменьшения издержек эксплуатации.

Энергия биомассы. Биомасса или биоресурсы — мощный потенциальный мировой источник топлива и химии. Это возобновляемые ресурсы, составляющие ежегодно 220 млрд. т (по сухому веществу) и имеющие в запасе в виде энергии химических связей около 136 млрд. т.у.т. Общие мировые энергетические запасы биомассы на земной поверхности составляют 1,23 трлн. т.у.т., а ежегодное возможное мировое коммерческое использование всей энергии — 13,3 млрд. т.у.т. В среднем 1 т биомассы содержит энергию, эквивалентную 0,682 т.у. т.

Энергетическое содержание производимых в мире сельскохозяйственных отходов составляет 3,2 млрд. т.у.т./год. Если из них реально можно использовать только 25 %, то можно обеспечить около 7 % потребности мировой энергии [4,5].

В последние годы в опубликованных многочисленных глобальных энергетических сценариях прогнозируется, что вклад биомассы в производство энергии составит от 2–5 млрд.т.у.т. в 2025 г. до 3–9 млрд. т.у.т. к 2050 г.

Энергия отходов. Бытовые и промышленные отходы являются ценным энергетическим сырьем [4,5].

Городские твердые бытовые отходы (ТБО) также могут быть важным источником энергии. Норма таких отходов на душу населения в развитых европейских странах, таких как Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Италия, Нидерланды, Швеция, Швейцария, а также Япония достигает 340–440 кг, в Австрии и Финляндии — свыше 620 кг, а в США превысил 720 кг, в России составляет 225–250 кг на одного человека в год.

В развивающихся и слаборазвитых странах эти значения несколько меньше, но можно предположить, что ежегодно в мире в городах накапливается 2–3 млрд. т. ТБО. Если считать, что в среднем они содержат 60–65 % органических веществ растительного и животного происхождения, то по аналогии с фотосинтетической биомассой ежегодное накопление энергии в ТБО может составлять 0,13–0,2 млрд. т.у.т. Было подсчитано, что при сжигании 1 т ТБО можно получить 1300–1700 кВт*ч тепловой энергии или 300–550 кВт*ч электроэнергии.

Потенциал возобновляемой энергии Узбекистана. Резервы возобновляемой энергии в Республике Узбекистан огромны. Общий объем возобновляемых энергоресурсов Узбекистана (гидроресурсы, солнечная, ветровая, геотермальная, биомасса) оценивается около 170 млрд т.у.т., из которых лишь 256 млн.т.у.т. относится к экономически рентабельным, а из них в настоящее время освоено лишь 0,31 % [4, 11].

Развитие гидроэнергетики в республике будет идти за счет реализации потенциала малых рек, ирригационных каналов, водохранилищ, водотоков, на которых до 2010 года планируется построить 141 малых и микроГЭС установленной мощностью более 1700 МВт, с выработкой электроэнергии примерно 8 млрд кВт.ч. в год.

Энергия Солнца, падающая на квадратный метр поверхности территории республики, находится в пределах 1500–1900 кВт*ч., что примерно эквивалентно 0,22 тоннам условного топлива. Если учесть, что в республике количество солнечных дней более 250 — это большой резерв. В направлении использования солнечной энергии работы ведутся в НПО «Физика-Солнце», Институте энергетики и автоматики АН РУз, Агентстве трансфера технологий, Ташкентском государственном техническом университете и т. д.

Разведанные запасы геотермальных ресурсов с температурой 40–120⁰ С составляют 23*10³ т.у.т./год, причем прогнозные запасы на порядок выше. Петротермальные ресурсы (тепло, заключенное в сухих нагретых породах, залегающих на глубине до 3 км) оцениваются величиной порядка 9,6*10¹² т.у.т.

В Узбекистане насчитывается до 261 крупных свалок с суммарным среднегодовым накоплением более 7 млн.тонн, на фракциях которых потенциально можно получить до 250 м³ газа из каждой тонны отходов, что составляет примерно 1,5 млрд.м³ газа в год, с дальнейшим использованием его для производства тепло- и электроэнергии.

Таким образом, развитие традиционной энергетики на инновационной основе обеспечивает повышение энергоэффективности использования первичных энергоресурсов, уменьшающих отрицательное влияние энергетики на экологию [1,6,11]. А вовлечение в энергетический баланс ВИЭ способствует усилению энергетической безопасности государства, сохранению энергоресурсов страны, уменьшению экологической напряженности, выбросов парниковых газов, веществ, приводящих к выпадению кислотных дождей и т. д.

Литература:

1. Мазур И. И. Глобальная энергетическая безопасность. М. Век глобализации. 2008, № 1.
2. http://energobelarus.by/index.php?section=articles&article_id=42. Энергоэффективность в вопросах и ответах.
3. Хохлявин С. Система энергоменеджмента: от стандартов национальных к стандартам ISO // Энергоаудит. — 2007. — № 4.
4. Аллаев К. Р. Энергетика мира и Узбекистана. Т. 2007, 378 с.
5. Прогноз устойчивого развития мировой энергетики до 2050 года. http://www.ecoteco.ru/?id=745.
6. PRO International Standards to Develop and Promote Energy Efficiency and Renewable Energy Sources, OECD/IEA, 2008.
7. Энергосбережение и энергоэффективность — залог устойчивого развития. (http://www.liveinternet.ru/users/qaq525/postl.
8. Захидов Р. А.. Управление энергосбережением в развитых странах. Т. ТГТУ. Проблемы энерго — и ресурсосбережения, 2005, № 1, с.114–121.
9. Опыт США по энергосбережению в зданиях. http://wt.com.ua/archive/11opit.php.
10. Бернер М. С., Лоскутов А. В., Понаровкин Д. Б., Тарасова А. Н. Зарубежный опыт мотивации энергосбережения // Энергосбережение. — 2008. — № 3.
11. Насыров Т. Х., Басов О. В. Повышение энергоэффективности на крупных промышленных объектах Узбекистана путем внедрения когенерационных установок производства электрической и тепловой энергии. Т. ТГТУ. Проблемы энерго — и ресурсосбережения, 2007, № 1.
12. Махкамова М. А. Эффективное развитие и управление инновационной деятельностью предприятий. Т. «Фан ва технология», 2007, 170 с.
13. Аллаев К. Р. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии. Т. ТГТУ. Проблемы энерго — и ресурсосбережения. Спецвыпуск. Труды Международной конференции «Современные научно-технические решения эффективного использования возобновляемых источников энергии», 2011.
14. Аллаев К. Р., Тешабаев Б. М. Перспективы применения низкоуглеродной энергетики. Т. ТГТУ. Проблемы энерго — и ресурсосбережения, 2012, № 1–2.
15. http://www.scientificamerican.com/article/2015-begins-with-co2-above-400-ppm-mark/
16. Redrawing the Energy-Climate Map, Executive Summary, World Energy Outlook Special Report, IEA 2013, p. 1.
17. http://resourceirena.irena.org/gateway/dashboard.
18. Гречухина И. А. Экономические механизмы развития возобновляемой энергии. Дисс. канд. экон. наук. М. МГУ, 2016, 193 с.