Возможности и стратегические приоритеты инновационного развития энергетики

Возможности и стратегические приоритеты

инновационного развития энергетики

Интервью с директором Института энергетических исследований РАН, академиком РАН Алексеем Александровичем Макаровым о возможных путях развития мировой энергетики

— Уважаемый Алексей Александрович, выберем в качестве темы нашего сегодняшнего разговора глобальную энергетику, перспективы и приоритеты ее развития.

— Изначально я хотел бы отметить, что речь пойдет об энергетике антропогенной, т. е. о механизме преобразования энергии, который создан человеком для своей жизнедеятельности и который охватывает всю нашу планету. Сегодняшнее состояние этой области человеческой деятельности можно кратко охарактеризовать так: на космическом уровне антропогенная энергетика пока фактически неразличима, она составляет менее двух десятитысячных энергии Солнца, поступающей на Землю. На уровне планетарном картина уже другая: в биосфере планеты антропогенная энергетика достаточно заметна, она достигает почти 5% энергии процессов фотосинтеза, обеспечивающих жизнь на Земле. Ну и, наконец, антропогенная энергетика в 15 раз превышает совокупную энергию всех живущих на Земле людей и в 60 раз — их общую мощность.

— Любая область человеческой деятельности проходит в своем развитии определенные стадии, которые можно выделить по каким-то четким признакам. Во всяком случае, историки техники любят составлять соответствующие классификации...

— Энергетика не исключение, и научно-технический прогресс в этой области характеризуется явно выраженными глобальными трендами. Так, начиная с 1860 г., статистика зафиксировала три волны роста производства энергии, извлекаемой из природной среды, иначе говоря, первичной энергии.

Первая из этих волн продолжалась порядка 70 лет, от указанной мной даты вплоть до Великой депрессии (1929-1933 гг.). За этот период произошло увеличение мировой энергетики в 4,5 раза, с 0,36 до 1,6 млн т нефтяного эквивалента (ТНЭ) при утроении среднего по миру душевого производства энергии — с 0,29 до 0,7-0,8 ТНЭ в год. На смену традиционным дровам и двигательной силе животных пришел уголь и паровые машины, а в конце периода двигатели внутреннего сго-

рания за счет роста использования нефти существенно подорвали доминирование угля в производстве энергии, и, кроме того, начался век электричества.

Вторая волна также продолжалась достаточно долго, почти 50 лет, и этот период завершился где-то в 1980 г. всемирным нефтяным кризисом. За это время энергопроизводство выросло еще в 4,5 раза, с 1,6 до 7,3 млн ТЭН. При этом произошло удвоение среднедушевого производства энергии до 1,65 ТЭН. Заметьте, прирост меньший, чем за предыдущий период.

Это время стало подлинным «веком моторов и электричества», веком доминирования нефти в производстве энергоресурсов — ее доля увеличилась с 11 до 47%. Впрочем, после нефтяного кризиса доля эта стала снижаться в пользу угля и атомной энергии. Но тут атомная энергетика оказалась дискредитирована двумя крупнейшими авариями, а доля угля постепенно стабилизировалась.

Ну, а третья волна, связанная с переходом к «постиндустриальному обществу», началась нефтяным кризисом и кризисом завершается: условной границей ее окончания стоит считать глобальный финансовоэкономический кризис 2008-2010 гг. И тут надо сказать, что волна эта качественно отличается от двух, ей предшествовавших.

Во-первых, впервые в индустриальную эпоху среднедушевое производство энергии в мире практически не менялось — 1,56-1,68 ТЭН на человека в год. Это — в соответствии с полностью обработанными мировыми статистическими данными, по 2002 г. включительно. Но нет сомнений, что после окончательной обработки статистики вплоть до 2010 г. эти данные подтвердят, что мировая энергетика третьей волны увеличится, но почти втрое меньше, чем в предшествующих периодах.

Во-вторых, с началом третьей волны относительно быстрая циклическая перестройка производственной структуры мировой энергетики сменилась медленной эволюцией с уменьшением доли нефти в пользу экологически благоприятных энергоресурсов — природного газа и новых возобновляемых источников энергии. И в этом, так сказать, экологически ориентированном

ИННОВАЦИИ № 12 (146), 2010

ИННОВАЦИИ № 12 (146), 2010

сценарии развития вполне возможно выйти на практическую стабилизацию душевого потребления, причем произойти это может до 2030 г. А затем, к 2050 г., вполне может наступить и некоторое снижение этого важного параметра.

Я хочу здесь особенно подчеркнуть — после нефтяного кризиса конца семидесятых годов наблюдалась достаточно обнадеживающая тенденция стабилизации душевого потребления энергии, но теперь она снова сменяется ростом.

В базовом сценарии Международного энергетического агентства (МЭА), организации, которая является одним из «законодателей мод» по прогнозам мировой энергетики, спрос на энергию в мире увеличится в полтора раза в период 2005-2030 гг. и к 2050 г. — почти вдвое, хотя, несомненно, мировой финансово-экономический кризис понизит эти прогнозные цифры.

Сохранение душевого потребления на текущем уровне уменьшило бы спрос на энергию втрое, но это, скорее всего, утопия. С другой стороны, даже если принять во внимание необходимость повышения благосостояния и энергообеспеченности населения развивающихся стран, вполне реалистично замедлить примерно вдвое динамику роста душевого энергопотребления.

— Одной из постоянно дискутируемых в прессе, в том числе, и научной, является проблема исчерпаемо-сти энергетических ресурсов человечества...

— Действительно, проблему эту любят обсуждать на самых различных уровнях. Но, если привлечь цифры, то вывод следует довольно неожиданный — формулировка проблемы не совсем верная, и человечество на долгие века практически не ограничено ресурсами энергии. Годовой расход исчерпаемых энергетических ресурсов человечеством составляет около пяти десятитысячных от ресурсов органического топлива (нефти, газа и угля, вместе взятых) или трех десятитысячных от ресурсов урана. Однако все эти исчерпаемые энергоресурсы не составляют и пятой части годового потока солнечной энергии, поступающей на Землю, той энергии, которая порождает и энергию ветра, и гидроэнергию и энергию фотосинтеза. Не подлежит сомнению, что научно-технический прогресс в энергетике рано или поздно сделает и эти ресурсы доступными.

Но вернемся к поставленной проблеме исчерпае-мости ресурсов, ведь она появилась не на пустом месте. Реальная проблема состоит в исчерпании ресурсов нефти и газа, приемлемых для человечества экономически. И тут ситуация значительно менее обнадеживающая — по данным за 150 лет статистических наблюдений, человечество уже извлекло из земных недр 33% экономически доступной части разведанных запасов нефти, 14% газа, 9% урана и 4% углей.

Таким образом, проблема состоит именно в экономически приемлемых ресурсах, притом — только по нефти и газу. Вот с чем сталкивается реально человечество сейчас, вот о чем оно начало заботиться на третьей волне и вплотную, еще более жестко столкнется в ходе четвертой волны развития мировой энергетики. И

здесь должны выйти на сцену новые энергетические технологии.

— Об этих новых технологиях, если это возможно, расскажите более подробно.

— Конечно, и возможно, и даже очень полезно. Так вот, МЭА выпустило прошлым летом результаты двухлетних исследований по новым энергетическим технологиям на период до 2050 г. Участвовало в исследовании 5000 специалистов из 42 стран и почти 50 энергокомпаний. Кстати, по целям, масштабу и методологии эти исследования достаточно близки к энергетическому разделу «Комплексной программы научно-технического прогресса СССР», разработанной в восьмидесятые годы под руководством сначала академика В. А. Котельникова и затем — академика А. И. Анчишкина.

Не вникая глубоко в особенности этих новых технологий, заострю ваше внимание на оценке затрат только на исследования и разработки, связанные с «парниковой угрозой». По оценкам МАЭ потребуется не менее $7-10 трлн, главным образом на исследования и разработки в области электроэнергетики, для возвращения до 2050 г. эмиссии парниковых газов к уровню 2005 г. Таким образом, «парниковая угроза» сулит мировому научному сообществу до $25 трлн. Вообще-то эта сумма в четыре раза превышает текущие годовые затраты на исследования и разработки в военных целях.

Более конкретно: по прогнозу МЭА развитие мировой энергетики до 2050 г. потребует $65 трлн при том, что эмиссия парниковых газов к этому времени составит порядка до 57 Гт СО2, а повышение температуры Земли достигнет 6°С от сегодняшнего уровня. Для снижения эмиссии газов более чем вдвое (а это — всего лишь возврат к уровню 2005 г.) до 2050 г. дополнительно потребуется еще $17 трлн капиталовложений. Ну, а для сокращения эмиссии еще наполовину (до уровня 14 Гт СО2) — для стабилизации климата — нужно втрое больше.

МЭА в своих исследованиях обозначило как приоритетные 8 классов ключевых технологий производства энергии в составе более 120 новых технологий и 9 классов (это — еще порядка 170 новых технологий) использования энергии. Для каждого класса технологий подготовлены достаточно подробные «дорожные карты» включения в инновационную энергетику. При этом МЭА утверждает, что те из упомянутых технологий, что уже доведенные до стадии опытнопромышленной проверки, способны решить стоящие перед энергетикой задачи как минимум до 2030 г.

— И какие же основные тенденции технологического развития экономики выделило Энергетическое агентство в своем прогнозе?

— В базовом прогнозе МЭА при росте мировой энергетики до 2050 г. доля электроэнергии в обеспечении конечной энергии по сложившимся тенденциям увеличится с 25 до 33% при уменьшении доли прямого сжигания топлива с 69 до 63% и снижении с 6 до 4%

доли тепла (пар, горячая вода). По так называемой «водородной инициативе Буша» предлагалось уйти от этой традиционной траектории развития на сценарий водородной энергетики.

Что же, допустим, водород обеспечит 10% конечного потребления энергии. Это потребует создания инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению и распределению (что называется, до автозаправки) до 3 трлн м3 этого сверхлетучего и взрывоопасного газа (для сравнения — сегодня в мире добывается столько природного газа). В конечном энергопотреблении это доли электроэнергии не изменит, долю топлива, в основном жидкого, снизит до 54%, а тепла — до 3%. Но, даже при широком замещении нынешнего электролиза воды термохимическими технологиями получения водорода, его использование потребует большого расхода электроэнергии. Между тем, нефтетопливо он будет замещать на топливных элементах с получением опять же электроэнергии, автомобиль на водороде — это, по сути, электромобиль. И в итоге получим как бы особый накопитель электроэнергии, но... КПД цикла здесь менее 20%.

Альтернативой служит другая концепция — концепция «электрического мира», когда более половины конечного потребления обеспечит электроэнергия. На качественно новых аккумуляторах она уменьшит прямое сжигание топлива до 47%, прежде всего на транспорте и в распределенной энергетике, а при освоении сверхпроводимости облегчит к тому же использование возобновляемой энергии, особенно солнечной и приливной.

Обратите внимание — это одна из важнейших развилок инноваций в энергетике. От того, кто станет победителем в этой гонке идей и технологий эффективного аккумулирования электроэнергии, сильно зависит востребованность других направлений научнотехнического прогресса, да и вообще конфигурация энергетики будущего. В этой связи стоит отметить, что прогноз МЭА 2010-го г., в отличие от 2008-го г., вдвое сокращает финансирование водородной энергетики.

И еще одно. В концепции научно-технического развития чрезвычайно важна, так сказать, пространственная ситуация. С 2009 г. мы впервые вынуждены констатировать, что некогда единственный глобальный энергетический рынок — рынок нефти и нефтепродуктов — дополнен рынком газа, сетевого и сжиженного. То есть рынок газа работает уже в реальности, ранее шли в основном гипотетические прогнозы и расчеты.

Таким образом, пространственное развитие энергетики сегодня четко следует тенденции создания межгосударственных, трансконтинентальных и глобальных систем. Они, эти системы, имеют мощную физико-техническую основу в виде трубопроводных и электрических сетей, причем одновременно выступают как все более сложные производственные системы, а теперь еще — и как энергетические рынки. Поэтому сформированную в 1980-1990 гг. глобальную нефтяную систему в ближайшие 10-15 лет дополнит и интегрируется с ней глобальная система газоснабжения. А позднее, вероятно, после 2030 г. для широкого использования космической и термоядерной энергети-

ки потребуется глобальная интеграция региональных электроэнергетических систем.

— Нефтегазовая отрасль играет огромную роль в национальной экономике России, более того, нередко слышны нарекания, что наша экономика чересчур зависима от энергоресурсов. Поэтому уместен вопрос о том, насколько наши российские реалии вписываются в прогнозы МАЭ?

— Надо отметить, что достаточно кратко рассмотренный нами большой технологический пакет целиком ориентирован на конъюнктуру западных энергетических рынков, причем две трети этих технологий (имеется в виду — по стоимости) направлены на снижение эмиссии парниковых газов, более того, на снижение агрессивное. Но тут придется констатировать, что приоритеты и, главное, технико-экономические характеристики этих технологий в значительной мере не рациональны для энергетики России.

В чем же особенности нашей национальной энергетики? Прежде всего, это высокая обеспеченность сравнительно дешевыми энергоресурсами — мы располагаем 15% мировых запасов и это при менее чем 3% населения. Подобное или близкое к нему соотношение характерно для всех стран, экспортирующих энергию. Но есть и специфические российские особенности.

Прежде всего, Россия — самая холодная и при этом самая протяженная страна (было 11, сегодня — 9 часовых поясов, но сути это не поменяло) с очень низкой плотностью населения и энергетической инфраструктурой, соответственно в 4 и 7 раз меньше, чем, например, в США. Далее — и это не самое приятное: энергетическая эффективность российской экономики в 5 раз ниже среднемировой, а нагрузка энергетики на экономику в 4 раза выше. Так, капвложения в энергетику у нас составляют 6% от ВВП при цифре 1,5% в целом по всему миру. Наконец, Россия нейтральна к потеплению климата, это — по меньшей мере, а, возможно, Россия и выигрывает от этого процесса. Надо ли говорить, что эти особенности энергетики существенно меняют приоритеты научно-технического прогресса.

Для России это, прежде всего, энергосбережение. Тут мы, впрочем, со всем миром солидарны, и в этом смысле технологический пакет МЭА для нас вполне интересен. Далее, при относительно дешевом топливе нам нужны менее капиталоемкие технологии, пусть даже с несколько худшими показателями КПД. Особенно важны для нас технологии дальней транспортировки энергии и распределенная (децентрализованная) энергетика. И, кроме всего прочего, в своей технологической политике России целесообразно проявлять определенную умеренность в сдерживании эмиссии парниковых газов.

Влияние этих особенностей на приоритеты научнотехнического прогресса можно проиллюстрировать энергоснабжением некоего условного поселка, скажем, из 100 домов (или же сельскохозяйственной фермы и тому подобных объектов), расположенного, например, в Германии, на юге и в центре России. При этом стоит сравнивать варианты получения энергии

ИННОВАЦИИ № 12 (146), 2010

ИННОВАЦИИ № 12 (146), 2010

от энергосистемы, использование биомассы, энергии ветра и солнца. Так вот, данные наших сравнительных исследований оказались весьма интересными.

Так, в Германии затраты на биоэнергетику и ветер оказались меньше затрат на энергию от системы с учетом достаточно высокой платы за выбросы парниковых газов, хотя солнечная энергетика и там потребует 100процентных дотаций.

На юге России энергоклиматические характеристики близки к германским, поэтому все возобновляемые энергоресурсы стоят почти столько же. Но энергия от системы из-за дешевого топлива даже с учетом затрат на ее доставку (втрое больше германских) стоит меньше в полтора раза. И это однозначно откладывает применение новых источников энергии до тех времен, когда цены топлива не достигнут современных европейских.

В центральной же России такая сдвижка во времени по применению новых источников энергии будет еще больше — из-за худших климатических условий возобновляемые ресурсы здесь дороже на 20-40%, чем на юге страны.

— Приводя эти примеры, Вы говорили, так сказать, о традиционных источниках энергии, включая биоэнергетику. А если в этой связи вспомнить об энергетике атомной, на которую долгие годы возлагались едва ли не самые большие надежды?

— Тут не все так однозначно. Если капиталовложения на строительство АЭС составит более $2600 за кВт (а в реальных прогнозах речь идет о больших суммах, до $5-6 тыс.), то в центральных районах России ее электроэнергия будет дороже, чем у парогазовых установок, где газ соответствует европейским ценам ($200-230 за тысячу м3). Далее, при стоимости строительства $2300 «атомный киловатт» дает некоторое преимущество АЭС, но оно, это преимущество, скорее символическое. А на Урале даже при таких ценах с атомной энергетикой делать, увы, нечего.

С другой стороны, нам надо уходить от неоправданно широкого применения органического топлива и делать это целесообразно именно через атомную энергетику, где мы еще обладаем сохранившимся научным потенциалом и имеем, пусть и не в полном комплекте и пережившую кризис, но работоспособную промышленность. Поэтому, заглядывая в стратегические

цели нового века, можно утверждать, что замкнутый ядерный цикл - это то, что нужно нашей стране. И если уж мы продолжаем тратить государственные деньги на стимулирование промышленности, то направлять их стоит именно в эту отрасль.

— Подводя итог нашему разговору, не могли бы Вы, хотя бы кратко, сформулировать основные перспективы российской энергетики, с учетом и прогнозов МАЭ, и отмеченных Вами особенностей нашей страны.

— Сегодня мы говорили в основном о направлениях научно-технического прогресса в энергетике. Но еще важнее масштабы его применения, которые определяются прогнозом развития этой отрасли. В последние полтора года при разработке Энергетической стратегии России до 2030 г. в этом сделан хороший задел. В ней, согласно расчетам нашего института, предусматривается рост следующих показателей:

• потребления энергии, в зависимости от сценария, — на 25-65% со снижением доли природного газа;

• экспорта топлива — на 16-20% в период до 2020 г., с последующей стабилизацией или даже со снижением;

• производства энергоресурсов — на 20-40% при существенном замещении нефти и газа атомной энергией, возобновляемыми ресурсами и углем. Добавлю, и это важно, что в Энергостратегии экспорт энергоресурсов практически стабилизируется. Далее, в экологическом сценарии развития российской энергетики удается стабилизировать и выбросы парниковых газов на уровне 80% от 1990 г. И это, между прочим, та самая цифра, которую, говоря о снижении выбросов на 20-25%, называл Президент России Д. А. Медведев. Одновременно в этом сценарии удается примерно на четверть снизить нагрузку энергетики на экономику. Отсюда главный вывод: Россия имеет возможности выйти на путь устойчивого развития, но для этого нужно очень и очень поработать.

А перед нашей энергетической наукой стоит задача определить с учетом мировых тенденций свои приоритеты научно-технического прогресса и создать технологии с параметрами, отвечающими российским условиям.

Подготовил Михаил Охочинский.