Об энергетике России — традиционной и возобновляемой

Об энергетике России — традиционной и возобновляемой

Владислав Ларин 

Энергетическая политика правительства России

Государственный документ, получивший название «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», был утвержден правительством в августе 2003 г. Он содержит немало важных тезисов, в то же время его содержание позволяет понять распределение лоббистских усилий в процессе формирования энергетики России — не всегда отвечающих требованиям реальной энергетической безопасности будущих поколений. Напомним некоторые позиции «Энергетической стратегии», характеризующие состояние отечественной энергоотрасли, относящиеся к возобновляемой энергетике, энергосбережению и повышению энергоэффективности экономики. 

Основные факторы, сдерживающие развитие топливно-энергетического комплекса России, следующие: 

высокая (более 50%) степень износа основных фондов; 

сокращение за 90-е гг. XX века ввода в действие новых производственных мощностей в 2-6 раз; 

практика продления ресурса оборудования закладывает будущее отстаивание в его эффективности. Наблюдается высокая аварийность оборудования, обусловленная низкой производственной дисциплиной персонала и недостатками управления, а также старением основных фондов; 

сохраняющийся в отраслях комплекса (кроме нефтяной) дефицит инвестиционных ресурсов и их нерациональное использование. При высоком инвестиционном потенциале отраслей ТЭК приток в них внешних инвестиций составляет менее 13% общего объема финансирования капитальных вложений. При этом 95% указанных инвестиций приходится на нефтяную отрасль. В газовой промышленности и в электроэнергетике не созданы условия для необходимого инвестиционного задела, в результате чего эти отрасли могут стать тормозом начавшегося экономического роста; 

деформация соотношения цен на взаимозаменяемые энергоресурсы привела к отсутствию конкуренции между ними и к структуре спроса, характеризующейся чрезмерной ориентацией на газ и снижением доли угля; 

несоответствие производственного потенциала ТЭК мировому научно-техническому уровню: доля добычи нефти современными методами и доля продукции нефтепереработки, получаемой с помощью технологий, повышающих качество продукции, мала; энергетическое оборудование, используемое в газовой и электроэнергетической отраслях, неэкономично. Практически отсутствуют современные отечественные парогазовые установки, системы по очистке отходящих газов, крайне мало используются возобновляемые источники энергии, оборудование угольной промышленности устарело, недостаточно используется потенциал атомной энергетики; 

отставание в инновационном развитии и рост затрат на освоение перспективной сырьевой базы добычи углеводородов; 

отсутствие рыночной инфраструктуры и цивилизованного энергетического рынка, прозрачности хозяйственной деятельности субъектов естественных монополий, что негативно сказывается на качестве государственного регулирования их деятельности и на развитии конкуренции; 

сохраняющаяся высокая назгрузка на окружающую среду, несмотря на произошедшее за последнее десятилетие снижение добычи и производства топливно-энергетических ресурсов; 

высокая зависимость нефтегазового сектора и, как следствие, доходов государства от состояния и конъюнктуры мирового энергетического рынка. Наблюдается тенденция к дальнейшему повышению доли нефти и газа в структуре российского экспорта, вместе с тем недостаточно используется потенциал экспорта других энергоресурсов, в частности электроэнергии, что отражает отсталость структуры всей экон®мики России; 

отсутствие развитого и стабильного законодательства, учитывающего в полной мере специфику функционирования предприятий ТЭК. 

Потребности России в энергии и потенциал энергоэффективности

Экономика России по-прежнему характеризуется высокой энергоемкостью, в 2-3 раза превышающей по этому показателю экономики развитых стран. Энергоемкость (ВВП) — Валового внутреннего продукта (при расчете по паритету покупательной способности валют) превышает среднемировой показатель в 2.3 раза, а показатель стран Европейского Союза — в 3.1 раза. Причинами такого положения, кроме суровых климатических условий и территориального фактора, являются сформировавшаяся в течение длительного времени структура промышленного производства и нарастающая технологическая отсталость энергоемких отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также заниженная стоимость энергоресурсов, прежде всего газа, не стимулирующая энергосбережение. 

В течение двух последних десятилетий в экономически развитых странах наблюдается энергоэффективный эконономический рост, характеризующийся таким показателем: на 1% прироста ВВП приходится менее 0.4% прироста потребления энергии. В результате средние мировые показатели энергоемкости ВВП уменьшились за указанный период на 19%, а в экономически развитых странах — на 21-27%. 

В России энергоемкость ВВП, напротив, увеличивалась. За период с 1990 по 1998 г. этот показатель вырос на 18%. В последние годы — по мере восстановления экономики — энергоемкость ВВП снижается на 2-3% ежегодно. Существующий потенциал энергосбережения составляет 360-430 млн. т у.т. (39-47% от существующего энергопотребления). Примерно 30% этого потенциала сосредоточено в топливно-энергетическом комплексе, 35-37% — в промышленности и 25-27% — в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), 

Степень повышения энергетической эффективности предопределит долгосрочные перспективы развития не только энергетического сектора, но и экономики России в целом. Поэтому целью политики государства в данной сфере должно стать жесткое и безусловное достижение намеченных стратегических ориентиров роста энергоэффективности с использованием широкого спектра мер, стимулирующих потребителей, обеспечивающих структурную перестройку экономики в пользу малоэнергоемких обрабатывающих отраслей и сферы услуг и реализацию потенциала технологического энергосбережения. 

Для интенсификации энергосбережения необходимы обоснованное повышение внутренних цен энергоносителей экономически оправданными, приемлемыми для потребителей темпами; постепенная ликвидация перекрестного субсидирования в тарифообразовании, прежде всего в электроэнергетике; продолжение реформирования жилищно-коммунального хозяйства. Эффективное ценовое регулирование является абсолютно необходимым, но недостаточным условием интенсификации энергосбережения. Требуется осуществление системы правовых, административных и экономических мер, стимулирующих эффективное использование энергии, в том числе: 

изменение в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» существующих норм, правил и регламентов, определяющих расходование топлива и энергии, в направлении ужесточения требований к энергосбережению; совершенствование правил учета и контроля энергопотребления, а также установление стандартов энергопотребления и предельных энергопотерь и обязательная сертификация энергопотребляющих приборов и оборудования массового применения для установления их соответствия нормативам расхода энергии; 

проведение регулярного надзора за рациональным и эффективным расходованием энергоресурсов предприятиями; 

создание дополнительных хозяйственных стимулов энергосбережения, превращающих его в эффективную сферу бизнеса; 

широкая популяризация государством эффективного использования энергии среди населения, массовое обучение персонала; создание доступных баз данных, содержащих информацию об энергосберегающих мероприятиях,технологиях и оборудовании, нормативно-технической документации; проведение конференций и семинаров по обмену опытом, пропаганда энергосбережения в средствах массовой информации и т.д. 

Задача состоит в том, чтобы за счет целенаправленной государственной политики создать заинтересованность потребителей энергоресурсов в инвестировании технологий энергосбережения, создать более привлекательные условия для вложения капитала в эту сферу деятельности, снизив возможные финансово-экономические риски. 

Одним из инструментов государственной политики должна стать поддержка специализированного бизнеса в области энергосбережения, пока слабо развитого в России. Это позволит сформировать экономических агентов (энергосберегающие компании), предлагающих и реализующих оптимальные научные, проектнотехнологические и производственные решения, направленные на снижение энергоемкости. Поддержка энергосберегающего бизнеса предполагает переход от прямой финансовой помощи со стороны государства к формированию системы реализации эффективных бизнес-проектов в соответствующей сфере, страхования коммерческих и некоммерческих рисков. 

Мероприятия по энергосбережению и эффективному использованию энергии должны стать обязательной частью региональных программ социально-экономического развития регионов, в том числе энергетических программ. 

Примерно 20% потенциала энергосбережения можно реализовать при затратах менее 20 долл. за 1 т у.т., то есть уже при действующих в стране ценах на топливо. Мероприятия стоимостью от 20 до 50 долл. за 1 т у.т., обеспечивающие 65% потенциала энергосбережения, требуют значительных дополнительных инвестиций. Наиболее дорогостоящие мероприятия (стоимостью свыше 50 долл. за 1 т у.т.) составляют около 15% потенциала энергосбережения. 

Предполагается, что программа расширения энергосбережения будет реализована к 2020 г., при этом предусматривается, что перестройка структуры экономики и технологические мероприятия уменьшат энергоемкость валового внутреннего продукта на 26-27% к 2010 г. и на 45-55% к 2020 г. Половина прогнозируемого роста экономики может быть получена за счет ее структурной перестройки — без увеличения затрат энергии. Еще 20% даст технологическое энергосбережение, и 30% прироста ВВП потребует увеличения расхода энергии. 

Сдерживание развития энергоемких отраслей и интенсификация технологического энергосбережения позволят за 20 лет при росте экономики от 2.3 до 3.3 раза ограничиться ростом потребления энергии в 1.3-1.4 раза и электроэнергии — в 1.4-1.5 раза. 

Предусматривается двукратное снижение удельной энергоемкости валового внутреннего продукта и соответствующий рост энергоэффективности экономики. Доля потребляемых энергоресурсов в распределенном валовом внутреннем продукте снизится с 22% в 2000 г. до 13- 15% в 2020 г. 

О возобновляемых энергоресурсах

Возобновляемые энергетические ресурсы — вода, ветер, биомасса в виде дров — традиционно имели широкое применение в России. 

На открытых и сухих землях юга страны, где дул устойчивый ветер, использовались ветряные мельницы (ветровые машины). Севернее, где климат влажнее, речная сеть более развита, а ветры менее постоянны, применялись так называемые водяные мельницы, которые в современной терминологии могут быть названы мини-гидроустановками или гидромашинами (водяные машины). 

Если ветряные мельницы преимущественно применялись для размола зерна, то водяные машины служили для более разнообразных целей. Начиная с XVII века, когда в России происходило начальное становление промышленности, водяные машины приводили в движение разнообразные механизмы на первых заводах и фабриках. С их помощью осуществлялось движение прессов и кузнечных мехов на железоделательных заводах, двигались ткацкие станки на текстильных мануфактурах, крутились жернова для размола зерна и дробились камни. Вместе с этим следует признать, что для выработки электроэнергии возобновляемые ресурсы прежде не применялись. 

Научные аспекты ветротехники развивались в России с середины XIX века. В 1852 г. П.Л. Чебышев начал проводить работы по аналитическому определению оптимальной формы крыльев ветряной мельницы. Правда, в то время работы завершены не были, и эта задача была решена позже — в 1918-1920 гг. Н.Е. Жуковским, который теоретически определил коэффициент использования энергии ветра и предложил наиболее эффективный профиль крыльев ветроколеса. 

Позже в СССР были проведены обширные исследования, в результате которых были составлены сборники таблиц, графики и карты, отражавшие изменения характеристик ветра в пространстве и во времени. Была составлена карта распределения ветроэнергетических ресурсов по некоторым зонам бывшего СССР. Уже тогда было признано более целесообразным строительство не отдельно стоящих ветровых электрических машин, а объединенных в группы (ветровые парки) — поскольку характеристики ветра даже на сравнительно небольшой площади существенно различаются от одного места к другому. Это позволяет получать более равномерную выработку электроэнергии. Также были сделаны оценки возможности аккумулирования электроэнергии в том случае, если ветроэлектрические машины не подключены к общей энергосистеме. 

Поскольку до 1917 г. Россия не имела развитых электрических сетей, то для выполнения плана большевиков по электрификации страны на первых порах были привлечены все местные ресурсы. В первые годы советской власти для выработки электроэнергии использовались дрова, торф, сила малых водотоков и даже ветер. Сейчас мало кто знает, что в 20-30-х гг. XX века российские ветроэлектрические машины считались одними из наиболее продвинутых в мире. 

В 1931 г. в Крыму, на Каранских высотах, была построена опытная ветровая электростанция Д-30 установленной мощностью 100 кВт. Она имела ветроколесо диаметром 30 м с тремя крыльями, которые совершали 30 оборотов в минуту. Эта ВЭС успешно работала 10 лет, подавая электроэнергию в Севастопольскую энергосистему и была взорвана в 1942 г. в ходе боевых действий Великой Отечественной войны. Там же, в Крыму, на вершине горы Ай-Петри, в 1938 г. было начато строительство ВЭС мощностью 5 МВт с двумя трехлопастными ветроколесами диаметром 80 м каждое. Эти работы не были завершены из-за начала войны. 

Всего за период с 1934 по 1938 г. в СССР были спроектированы, построены и введены в эксплуатацию около 3000 ВЭУ типов ВД-5-ВД-8. К 1938 г. было налажено крупносерийное производство ветровых машин мощностью 1.8-4 кВт, общее количество которых к началу Второй мировой войны достигло 10 000 единиц. 

Согласно имеющимся оценкам, к 1960 г. в Советском Союзе были построены более 40000 ветровых машин, преимущественно применявшихся в сельскохозяйственном производстве для водоснабжения, помола и подготовки кормов и т.д. В то же время производились генераторы для малых гидроэлектростанций, которые устанавливались на небольших водотоках. 

Использование энергии малых рек было широко распространено в России XIX и первой половины XX веков. Согласно современным оценкам, в XIX веке работали около 65 000 водяных мельниц, а количество малых ГЭС в СССР после окончания Второй мировой войны оценивается в 6500 единиц. В последующие годы это направление энергетики было признано неперспективным и утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. В настоящее время по всей России количество действующих малых ГЭС оценивается примерно в сто единиц. 

Роль биомассы (дров) в отоплении жилищ в сельской местности, где до настоящего времени нет иных источников теплоснабжения, всегда являлась определяющей. В XIX веке заготовка дров была важной частью жизненного уклада как сельских, так и городских жителей — от этого зависело выживание в течение продолжительного зимнего периода. В XX веке теплоснабжение городов было в значительной степени переведено на уголь, а в конце века — на природный газ. В сельской местности дрова по-прежнему являются основным энергетическим ресурсом для обогрева жилищ. 

Термин возобновляемая энергия определен как «энергия, получаемая из постоянных (непрерывных) или возобновляющихся потоков энергии, циркулирующих в естественной природе». Или, иными словами, «потоки энергии, самостоятельно восстанавливающиеся до прежнего уровня в процессе их использования». 

В российской практике встречается такое определение: «возобновляемые (неистощаемые) источники энергии — источники энергии, образующиеся на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества». 

Таким образом определяются понятия возобновляемая энергия и возобновляемые (неистощаемые) источники энергии. Нам представляется важным определить понятие устойчивая возобновляемая энергетика (sustainable renewable energy): это энергетика (способ производства тепловой и электрической энергии в форме, пригодной для целей безопасного развития человечества), использующая возобновляемые потоки и источники энергии, которые восстанавливаются со скоростью не меньшей, чем скорость их потребления, и не наносит в процессе применения ущерба окружающей среде (существующим природным сообществам и ландшафтам), а также вреда здоровью людей. 

Основываясь на этом определении, можно сказать, что в настоящее время известны следующие способы производства тепловой и электрической энергии при помощи возобновляющихся энергоресурсов: 

солнечные термальные установки (solar thermal installations): преимущественно служат для нагрева воды и обогрева зданий; 

солнечные фотоэлектрические системы (photovoltaics systems): служат для производства электроэнергии путем преобразования солнечной энергии в электрическую; 

ветровые машины (wind turbines): преимущественно служат для производства электрической энергии (также для приведения в движение несложных механизмов — например, водоподнимающих насосов) в местностях с устойчивыми ветрами; 

биоэнергетика (bioenergy): объединяет все способы производства тепловой и электрической энергии путем использования биомассы — прямое сжигание как переработанных, так и не переработанных отходов сельского хозяйства и лесопиления; производство биогаза (метана) из отходов сельского хозяйства и бытовых отходов; производства различных видов жидкого топлива в результате переработки растительной биомассы; 

гидроэнергетика (hydro power): применение энергии водных потоков — как крупных, так и малых (в международной практике крупные гидроэлектростанции не относятся к устойчивым энергосистемам, использующим ВИЭ, по причине их отрицательного влияния на окружающую среду и потенциальной опасности разрушения и затопления больших территорий суши, поэтому в большинстве стран к малым ГЭС относят станции, имеющие мощность менее 10 МВт, в некоторых — в том числе в России — энергетики считают малыми ГЭС, имеющие мощность менее 30 МВт); 

использование энергии морских приливов (tidal power): производство энергии за счет приливного и отливного движения морских водных масс, обусловленных фазами луны — очень перспективный, но в настоящее время мало распространенный способ производства энергии; 

использование энергии морских волн (wave power): производство энергии путем использования волнообразного движения поверхностных морских водных масс, обусловленных движением ветра и морских течений, — способ производства энергии, в настоящее время находящийся на этапе технологических разработок; 

использование энергии морских течений (stream power): преобразование энергии морских течений в электрическую энергию — очень перспективный, находящийся на этапе технологических разработок способ производства энергии; 

использование энергии, получаемой за счет разности температур между поверхностными и глубинными слоями океанских вод, — способ, находящийся на этапе исследований и технологических разработок; 

использование термальной энергии земных недр (geothermal power): производство энергии за счет физико-химических процессов в земных недрах, в результате которых происходит нагревание подземных вод до состояния перегретого пара. 

Согласно одной из широко применяемых на международном уровне классификаций возобновляемых энергоресурсов, все они делятся на возобновляемые энергоресурсы солнечного происхождения (solar energy renewables) и возобновляемые энергоресурсы несолнечного происхождения (non-solar renewables). К солнечным относятся все те, которые связаны с процессами, приводимыми в движение приходящей на Землю солнечной радиацией. Солнечная энергия в свою очередь делится на прямую (direct use) — прямое преобразование энергии солнечных лучей, и непрямую (indirect use) — применение той части солнечной энергии, которая приводит в движение атмосферу и воды океанов, энергию которых удается использовать. 

Объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов в России оценивается в 920 млн. т у.т. в год. Согласно сделанным расчетам, технический (технически достижимый) потенциал возобновляемых источников энергии составляет для России 4.6 млрд т у.т., что в пять раз превышает потребности существующих — низкоэффективных и крайне расточительных систем для производства, передачи и потребления энергии. 

В то же время экономически оправданный при существующих ценах на традиционные энергоносители потенциал применения возобновляемых источников энергии составляет 270 млн. т у.т. в год, то есть 25-30% от ежегодного потребления энергоресурсов в России. 

При условии принятия мер по улучшению показателей эффективности производства, транспортировки и потребления энергии в России хотя бы до среднемировых показателей, при одновременном инвестировании средств в расширение устойчивой возобновляемой энергетики вместо поддержания бесперспективных энергетических технологий XX века, можно было бы прогнозировать, что к 2020 г. не менее 20% потребляемой в России тепловой и электрической энергии будет производиться с использованием ВИЗ. А если дополнительно к этому будет реализована схема оптимизации размещения населения в регионах Крайнего Севера и удаленных районах, куда до настоящего времени приходится ежегодно завозить около 7 млн. т нефтепродуктов и более 23 млн. т угля по ценам, превышающим 300 долл./т у.т. (так происходит жизнеобеспечение энергоресурсами 10-12 млн. человек), эффективность, устойчивость и экологическая безопасность российской энергетики станет реальностью. 

Оценка современного состояния возобновляемой энергетики России

Можно сказать, что в России имеются энергетические технологии, использующие основные возобновляемые источники энергии. Правда, уровень их развития совершенно не отвечает ни потребностям государства, ни реальным возможностям полноценного применения ВИЗ. И несмотря на достаточно продолжительное их применение, все существующие системы продолжают оставаться на стадии научно-производственных исследований, конструкторских разработок, испытаний или ремонта после испытаний. 

На основании данных статистической отчетности и сведений, предоставленных специалистами, можно получить общее представление о выработке энергии с использованием возобновляемых источников энергии в 2000-2003 гг. Выработка электроэнергии всеми объектами возобновляемой энергетики увеличилась с 4.2 млрд. кВт ч в 2002 г. до 5.4 млрд, кВт • ч в 2003 г. (0.5 и 0.6% соответственно от общего производства электроэнергии). В то же время объем замещения невозобновляемых видов топлива составил примерно 1% (10 млн. т у.т. в год). 

Значительное увеличение производства электроэнергии в 2003 г. объясняется вводом в эксплуатацию нескольких новых установок, среди которых Мутновская геотермальная электростанция на Камчатке (установленная мощность 50 МВт), Куликовская ветроэлектростанция АО «Янтарьэнерго» в Калининградской области (установленная мощность 3.6 МВт), Чукотская ветроэлектростанция (установленная мощность, по разным данным, составляет от 1.5 до 2.5 МВт) около десяти мини-гидростанций. 

Большинство объектов российской возобновляемой электроэнергетики работают с хорошими показателями, сравнимыми со среднемировыми. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составляет: для геотермальных электростанций — 61%, для мини-ГЭС — 60%, для малых ГЭС, работающих на биомассе, — 45%. 

В то же время эффективность работы ветровых электростанций остается на низком уровне. Из 7 БЭС общей мощностью 9.5 МВт приемлемые показатели имеет только одна — комбинированная ветродизельная БЭС на о. Беринга (село Никольское, Камчатская обл.). Там установлены две датские ветровые машины фирмы Micon мощностью 250 кВт каждая. Коэффициент использования установленной мощности на этой станции достигает 19%. Эффективность остальных ВЭС существенно ниже. 

Производство тепловой энергии при помощи ВИЭ с 2000 по 2003 г. возросло также незначительно — с 57 до 63 млн. Гкал. Это составляет примерно 4.4% от всего производимого российской энергетикой тепла, без учета коммунально-бытовых котельных установок. Статистическая отчетность по тепловым установкам практически не ведется, поэтому приведенные данные носят оценочный характер. Некоторый рост показателей преимущественно произошел за счет увеличения сжигания биомассы на малых ТЭЦ и котельных, а также более широкого применения тепловых насосов. Вместе с тем вдвое снизилось использование геотермальных вод для целей теплоснабжения. 

По оценкам экспертов, при усилении государственной поддержки применения возобновляемых источников энергии, к 2010 г. может быть осуществлен ввод в действие около 1000 МВт электрических и 1200 МВт тепловых мощностей, работающих на их основе.