Устойчивое развитие мирового сообщества в первую очередь предполагает отсутствие энергетических кризисов. В свою очередь отсутствие энергетических кризисов возможно, если всем странам обеспечен доступ к энергетическим ресурсам. Но как быть, если традиционные энергетические ресурсы уже поделены? Видимо необходимо искать другие возможности. Такими возможностями являются возобновляемые источники энергии и прежде всего солнечная энергия и ее производные: энергия ветра, гидроэнергия, биомасса.

Возобновляемая энергетика востребована к жизни двумя обстоятельствами: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от импорта топлива (в основном нефти); существенным отрицательным влиянием традиционной (топливной) энергетики на среду обитания человека и дикую природу.

Обеспеченность энергоресурсами является одним из основных показателей энергетической безопасности страны. Степень зависимости от импорта достаточно полно характеризуется коэффициентом самообеспеченности (К_соб), который равен отношению энергии, производимой в стране, к энергии, потребляемой в стране. Если этот коэффициент меньше единицы – страна зависит от импорта, если больше единицы - страна экспортирует энергоресурсы.  

Среди стран "восьмерки" экспортерами энергоресурсов являются Россия (К_соб = 1,6), Великобритания (1,2), и Канада (1,5). Остальные страны являются импортерами энергоресурсов, причем их самообеспеченность энергоресурсами довольно низка: США (0,7), Дания (0,5), Гер­мания (0,4), Япония (0,2) и Италия (0,16).

В этой связи представляет интерес динамика доли различных видов энергоресурсов в производстве первичной и электрической энергии в мире за последние 30 лет прошлого столетия (1970-2000 гг.). За указанный период производство первичной энергии увеличилось с 5672­ до 10078 млн. тонн в нефтяном эквиваленте, т.е. почти в 1,8 раза. При этом доли различных видов менялись следующим образом: угля - уменьшилась с 25,37% до 22,65%; нефти и газового конденсата - уменьшились с 44,85% до 36,29%; природного газа - увеличилась с 15,96% до 20,76%; всего доля истощаемого топлива уменьшилась с 86,18% до 79,69%; атомной энергии увеличилась с 5,1% до 6,71%; гидроэнергии - увеличилась с 1,88% до 2,24%; доля возобнов­ляемых источников энергии на протяжении 30 лет осталось практически неизменной 11,48-11,36%, а вместе с ГЭС в 2000 г. доля составила 13,36%.

Справедливости ради следует отметить некорректный, на наш взгляд, пересчет электроэнергии в первичную энергию, принятый в Международном энергетическом агентстве (IЕА). Так пересчет электроэнергии гидроэлектростанции в первичную энергию осуществляется по теоретическому коэффициенту (1 кВтч = 122,9 грамм условного топлива в угольном эквиваленте), а выработанный на атомной электростанции в 3 раза больше (1 кВтч = 372 грамм условного топлива). В России пересчет в условное топливо для гидро- и атомных электростанций считается одинаковым по коэффициенту замещения органического топлива, (340 т.у.т. на 1 кВтч в 2005 г.) что дает реальную картину участия их в электробалансе первичной энергии.

В производстве электроэнергии в мире доля ГЭС и АЭС не искажены пересчетными коэффициентами, и изменение доли энергоресурсов имеет следующий вид: доля угля – немного уменьшилось с 40,02% до 39,1%, нефти - уменьшилась существенно с 20,87% до 7,92%; природного газа - увеличилась с 13,27% до 17,41%, АЭС - существенно увеличилась с 2,12% до 16,86%, ГЭС - уменьшилась с 23,03% до 17,10%, ВИЭ - увеличилась с 0,69% до 1,71%. При этом общее производство электрической энергии за 30 лет увеличилось с 5247,5 ТВт^.ч до 15379 ТВт^.ч, т. е. увеличилась в 2,9 раза. В дальнейшем мы увидим, что темпы роста доли ВИЭ в производстве первичной энергии и электрической энергии существенно увеличилась за последние 5 лет 21 века.

Несомненным преимуществом возобновляемых источников энергии является их неистощаем­ость и относительная (по сравнению с органическим топливом) экологическая чистота. Подробно преимущества и недостатки в качественном виде проанализированы в таблицах 1 и 2. Все показатели в таблицах более или менее признаны как сторонниками, так и противниками возобновляемой энергетики. Дискуссионным является вопрос о стоимости электроэнергии, который будет рассмотрен ниже.

                     Здесь же хочется отметить еще одно глобальное преимущество

возобновляемой энергетики, которое можно отразить как коэффициент энергетической эффективности. Для любой энергетической станции или установки следует сравнивать выработанную за весь срок службы энергию с энергией, затраченной на производство оборудования и материалов для неё, на сооружение и транспортировку, а также топливом, потребляемым электростанцией. Это отношение может быть выражено через коэффициент, названный нами коэффициентом энергетичес­кой эффективности по аналогии с экономической эффективностью. Но если коэффициент экономической эффективности (срок окупаемости и все экономические показатели) зависят от цены на все составляющие стоимость объекта и цены на электроэнергию, то коэффициент энергетической эффективности не подвержен конъюнктуре:

(1), где

Э_г - годовое производство электроэнергии установкой (электростанцией);

Э_сн - расход на собственные нужды;

Т_сл - срок службы установки;

Э_св - энергия, затраченная на производство оборудования и материалы;

Э_тек - энергия, затраченная на транспортировку, монтаж и утилизацию установки;

 Э_топ - энергия, заключенная в топливе.

При таком подходе обнаруживается глобальное преимущество возобновляемой энергетики перед топливной: поскольку в формуле (1) Э_топ = 0, то существует принципиальная возможность, проверенная неоднократно расчетами, иметь К_эн.эф > 1. Тогда, как для тепловых электростанций принципиально невозможно иметь К_эн.эф больше, чем кпд или КПИ этой станции, т.е. заведомо меньше единицы. Поэтому для конденсационных и атомных электростанций на тепловых нейтронах К_эн.эф < КПД <1, для теплоцентралей К_эн.эф < КПИ < 1 (КПИ – коэффициент полезного использования топлива).

Интересный вывод получается для атомных электростанций на быстрых нейтронах, поскольку для них Э_топ может быть равно нулю или даже принять отрицательное значение, ecли коэффициент производства ядерного топлива превысит единицу. Для таких АЭС К_эн.эф может быть также существенно больше единицы.

Но вернемся непосредственно к возобновляемым источникам энергии. В таблице 3 приводится расшифровка доли ВИЭ в производстве первичной энергии по континентам и группам стран на уровне 2004 г. Как видим, при общих 13% доли ВИЭ в мире, в Африке они составили 49%, Латинской Америке около 29%, Азии около 32%. И конечно эта доля определяется в основном использованием биомассы (прямое сжигание).

Таблица 1.

Качественная оценка истощаемых топливных ресурсов (уголь, нефть, газ, уран)

Таблица 2.

Качественная оценка возобновляемых топливных ресурсов (солнце, ветер, биомасса, гидроэнергетика большая и малая, низкопотенциальное тепло)

В 2005 г. во многих странах мира доля ВИЭ в производстве первичной энергии превысила десять процентов, в т.ч. в Австралии (20,7%), Канаде (16,4%), Дании (14,7%), Финляндии (22,6%), Исландии (74,1%), Мексике (9,9%), Новой Зеландии (29,1%), Норвегии (43,2%), Португалии (12,7%), Швеции (27,0%), Швейцарии (14,9%), Турции (11,8%).

В 2005 г. в ряде стран ОЕСD доля возобновляемых источников в производстве электро­энергии, включая ГЭС, превышала десять процентов: Австрия (63,4%), Канада (60,3%), Дания (24,8%), Финляндия (32,8%), Франция (9,8%), Германия (10,1%), Греция (10,0%), Исландия не (100%), Италия (15,2%), Мексика (16,0%), Новая Зеландия (65,4%), Норвегия (95,5%), Порту­галия (17,9%), Словацкая Республика (15,4%), Испания (17,0%), Швеция (50,9%), Швейцария (55,8%), Турция (24,6%). Для сведения: Великобритания (3,8%), США (8,4%).

Показателем состояния использования "новых" видов ВИЭ (ветровая, солнечная и др.) является доля ВИЭ в производстве электрической энергии без учета гидростанций. В том же году она составила: Австрия (4,6%), Дания (24,2% - в основном ветровая энергия и биомасса), Финляндия (12,3%), Германия (5,8%), Исландия (17,2%), Нидерланды (5,2%), Новая Зеландия (8,7%), Португалия (5,5%), Испания (7,9% - в основном ветровая энергия), Швеция (5,3%) Великобритания (2,3%), США (2,1 %). В планах Европейского Союза – достичь ВИЭ 20% в производстве первичной энергии к 2020 г.

Таблица 3.

Индикаторы использования ВИЭ в мире, континентах и некоторых странах в 2004 г. (по данным МЭА)

Сейчас, когда устойчивое развитие мировой экономики определяется обеспеченность энергоресурсами, аналитики всего мира строят прогнозы на 2030-2050 гг. В 2006 г. Международное энергетическое агентство (IЕА) выпустило работу "Energy technology perspectives” (Scenarios and Strategies to 2050), в которой приведены шесть сценариев ускоренного развития технологий электроэнергетики мира до 2050 г., отличающиеся различной долей истощаемых и возобновляемых энергоресурсов, и базовый сценарий (если развитие пойдет так, как идет сейчас). Для нас существенно, что доля ВИЭ, включая ГЭС, в 2050 г. по различным сценариям будет составлять от 23 до 35%. С этими сценариями не согласны специалисты в области возобновляемых источников энергии и прежде всего ветроэнергетики, а также автор этих строк.

Европейский совет по возобновляемой энергетике разработал прогноз развития ВИЭ до 2040 г., по которому доля ВИЭ с учетом крупных ГЭС в мировом производстве первичной энергии составит: в 2010 г. - 16,6% или 1773 млн. т.н.э.; в 2020 – 23,6% или 2690 млн. т.н.э.; 2030 – 34,7% или 4338 млн. т.н.э.; 2040 г. - 6678 млн. т.н.э. Как видим по этому прогнозу доля ВИЭ в 35% будет достигнута в 2030, а не в 2050 г., как это полагают специалисты IEA. Что говорит в пользу реальности этого прогноза? Прежде всего, темпы роста мощности, которые приняты в прогнозе.

По разным десятилетиям темпы роста мощности к предыдущему году составляют: для биомассы от 2 до 3,3%, крупных ГЭС - 1-2%, малых ГЭС - 6-8%; геотермальных станций 4-8%; солнечных нагревательных установок - 10-16%. А для ветроустановок и фотоэлектрических установок темпы роста мощности до 2020 г. приняты соответственно 20-30% и 25-30%. Фактические темпы роста в 2000-2006 гг. превосходят даже эти высокие темпы. Так по фотоэлектричеству они составляют 35-50%, а по ветроэнергетике среднегодовые темпы составляют 53% по отношению к 2000 г.

По ветроэнергетике существует амбициозная программа "Wind Force 10" предусматривающая достижение к 2020 г. доли ветроэнергетики в объеме 10% от производства электроэнергии, вырабатываемой в мире. Следует отметить, что этот прогноз успешно перевыполняется. Так в 2006 г. по прогнозу общая установленная мощность ветроустановок должна была составить 66929 МВт, фактически она достигла 74282 МВт. Ветроэнергетика стала существенной частью энергетики многих стран. Лидерами на конец 2006 г. по установленной мощности ВЭС являются Германия (20622 МВт), Испания (11615 МВт), США (11603 МВт), Индия (6270 МВт), Дания (3136 МВт).

В 2006 г. уже в тринадцати странах установленная мощность ВЭУ превысила 1000 МВт. Помимо указанных выше, к ним относятся: Италия (2123 МВт), Китай (2064 МВт), Великобритания (1923 МВт), Португалия (1716 МВт), Франция (1567 МВт), Нидерланды (1560 МВт), Канада (1459 МВт), Япония (1394 МВт). В табл. 4 показаны страны - лидеры по годовому вводу мощности ВЭУ. Отметим, что после временного спада развития ветроэнергетики в 2000-2004 гг. США снова выходят в лидеры ветроэнергетики. Десять ведущих стран мира по вводу мощностей ВЭС в 2006 г.

Таблица 4.

Страны - лидеры по годовому вводу мощности ВЭУ

100

Много суждений приходится слышать о низком коэффициенте использования установленной мощности ВЭУ. Таблица 5 дает исчерпывающий ответ на этот вопрос по различным странам. Как видим, средний К_иум ВЭС в мире равняется 23%, что всего лишь в 2,2 раза ниже среднего К_иум электростанций России (50%), но выше, чем К_иум дизельных электростанций России (18%).

Так что ветроэнергетика стала вполне реальной отраслью электроэнергетики и мы имеем все основания ожидать, что её доля в производстве электроэнергии достигнет 10% к 2020 г.

Таблица 5.

Эксплуатационные показатели ветроэнергетики мира в 2000 г.

Источник: World Market Uhdate 2000, ВТМ Consult Abs.

И, наконец, один из главных вопросов о так называемой "дороговизне" ВИЭ. Это, пожалуй, самый устойчивый миф, который начисто опровергается данными таблицы 6. Как видим процесс выравнивания удельных капитальных вложений и себестоимости производства электроэнергии между традиционной и возобновляемой энергетикой на уровне 2005 г. можно считать завершённым. И оценка перспективы до 2030 г. говорит, что вполне вероятно дальнейшее снижение указанных показателей для возобновляемой энергетики и их повышение (удорожание) для традиционной энергетики.

Какова ситуация в России. Как известно, при населении 2,4% от населения мира Россия обладает 12% мировых запасов нефти, 35% мировых запасов газа, 16% мировых запасов угля и 14% урана. Это создает иллюзию, что проблемами использования ВИЭ заниматься в России не нужно. Однако, еще в 1992-1993 гг. были определены зоны (области) экономической, экологической и социальной эффективности использования ВИЭ в России. Дальнейшее развитие событий многократно подтвердило правильность этих выводов. На современном уровне ВИЭ могут внести существенный вклад в решение следующих неотложных проблем.

Обеспечение устойчивого, соответствующего принятым в аналогичных климатических условиях тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного

энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территорий. Обеспечение гарантийного минимума энергоснабжения населения и производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения (главным образом в дефицитных энергосистемах), предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений, особенно в сельской местности и сельской перерабатывающей промышленности. Снижение вредных выбросов от энергетических установок в отдельных городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения. Все исходные данные для решения этих задач в России имеются. А именно ресурсы ВИЭ, оборудование и потенциальный, к сожалению, неплатежеспособный (в большинстве случаев) спрос.

Таблица 6.

Существующие и перспективные стоимостные ориентиры в области ВИЭ

Источник: Международное энергетическое агентство (IЕА).

Россия располагает всеми видами ресурсов ВИЭ, а в большинстве субъектов Российской Федерации имеются два и более вида ВИЭ. Уникальными ресурсами ВИЭ обладает Краснодарский край, в котором имеется экономический потенциал по всем видам ВИЭ: геотермальная и солнечная энергия, ветровая энергия, гидроэнергия малых рек и водотоков, низкопотенциальная энергия моря, окружающего воздуха, стоков технического водоснабжения потребителей. Технический потенциал ВИЭ в крае на два порядка превышает современное потребление энергии краем. Далеко не случайно, что системы солнечного теплоснабжения получили по масштабам России широкое распространение именно в этом крае. В целом по России экономический потенциал ВИЭ по последним разработкам составляет порядка 320 млн. т.у.т., т.е. около 30% внутреннего потребления энергоресурсов в 2005 г. (970 млн. т.у.т.). Данные по видам ВИЭ приведены в таблице 7.

Имеются разработки и мелкосерийное производство всех видов оборудования возобновляемой энергетики, за исключением ветроустановок мощностью 30 кВт и выше. Существенные успехи достигнуты в геотермальной энергетике. На сооруженных за последнее время Верхне-Мутновской (3х4 МВт) И Мутновской (2х25 МВт) геотермальных станциях установлено оборудование, разработанное и изготовленное на российских предприятиях (ОАО «Геотерм», Калужский турбинный завод и др.). Хорошо зарекомендовали себя в работе (уже более 10 лет) солнечные коллекторы Ковровского механического завода, микро и малые ГЭС, изготовленные МНТО "ИНСЭТ", а также фотоэлектрические элементы и модули, поставляемые многими отечественными производителями за границу. Однако имеющиеся возможности используются лишь на 5-10%. Барьеров и препятствий очень много. Одним из главных барьеров является отсутствие какого-либо стимулирования развития ВИЭ и управления на государственном уровне. Тем не менее, силами энтузиастов отрасль держится на плаву и даже немного развивается. Так на уровне 2005 г. доля ВИЭ в производстве электроэнергии составила 10 млрд. кВтч или около 1,0% от общей выработки, а отпуск тепловой энергии - 95 млн. Гкал или 6,7% от общего отпуска тепла.

Таблица 7.

Оценка потенциала возобновляемых источников энергии России

* Валовый потенциал гидротермальной энергии составляет 29,2 трлн. т у.т.

Прогноз развития ВИЭ до 2020 г., составленный в 2000 году оказался слишком пессимистическим. Предполагалось, что к 2010 г. доля ВИЭ в производстве электроэнергии, включая малые ГЭС, составит 1,0%. Этот показатель практически достигнут в 2005 г. С опережением прогнозов росло производство тепловой энергии на базе ВИЭ, которое составило в 2005 г. 95 млн. Гкал, при прогнозируемых на 2010 г. 70 млн. Гкал. Это тот случай, когда ошибки прогноза радуют. Тем не менее, следует иметь в виду, что указанный рост произошел в основном за счет увеличения прямого сжигания древесины и древесных отходов, а также увеличения производства электроэнергии за счет более полного использования малых тепловых станций, работающих на отходах целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих производств. Подвижки же в использовании новых возобновляемых технологий крайне малы. Так что проблемы стимулирования использования ВИЭ остаются и требуют незамедлительного решения.

В таблице 8 приведены данные по использованию ВИЭ за период с 2000 по 2005 г. Доля ВИЭ в производстве электрической энергии, включая малые ГЭС, составила около 0,9% или 8,4 млрд. кВтч, а доля ВИЭ в производстве тепловой энергии - 4,9% или 69,3 млн. Гкал. Совместно с централизованными поставками дров доля ВИЭ в производстве первичной энергии составила 1,2%, а во внутреннем потреблении - 2,2%. Не трудно заметить, что развитие использования возобновляемых источников энергии в России на базе энтузиазма отдельных людей и коллективов в 2005 г. вышло на свой максимальный уровень и дальше развиваться не будет. Между тем, как мировое развитие энергетики, в том числе участие в "восьмерке" требует от России решительного увеличения доли ВИЭ в энергобалансе. Исходя из анализа наличия ресурсов, потребности в электрической и тепловой энергии, возможностей производства оборудования предложен прогноз ввода мощности на базе ВИЭ до 2030 г., представленный в таблице 9. Но чтобы этот прогноз осуществился и чтобы Россия безнадежно не отстала от мирового развития энергетики необходимо:

Разработать и принять федеральный закон, стимулирующий инвесторов, разработчиков, изготовителей и пользователей оборудования, использующего ВИЭ;

Ежегодно предусматривать в федеральном бюджете средства на сооружение объектов возобновляемой энергетики, в объеме не менее 10% от объема государственного финансирования атомной и традиционной энергетики;

Установить в Энергетической стратегии России на период до 2030 г. государственные цели по объему использования ВИЭ или по вводу мощностей оборудования;

Назначить федеральный орган исполнительной власти, ответственный за развитие возобновляемой энергетики;

Разработать и утвердить комплекс нормативных документов, обязывающих и стимулирующих хозяйствующие субъекты и производителей органического топлива использовать ВИЭ в определенных природно-климатических условиях.

Таблица 8.

Доля ВИЭ в производстве и внутреннем потреблении первичной энергии в России

Источник: Российский статистический ежегодник, 2006

Таблица 9.

Прогноз ввода мощности на базе ВИЭ в России