Роль возобновляемых источников энергии в российской и европейской системах энергоснабжения
М. Н. Комолова, редактор журнала «Энергосбережение»
Развитые страны мира ведут интенсивный поиск альтернатив органическому топливу, одной из которых является использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Объем энергии, производимый в них с помощью ВИЭ, в настоящее время уже превысил 10 % от общего объема энергопотребления. В Российской Федерации этот показатель составляет менее 1 %.
В России достаточно хорошо развиты системы централизованного энергоснабжения. Однако немало территорий, которые находятся в зонах децентрализованного тепло- и электроснабжения. Это удаленные районы Севера и вся территория Крайнего Севера, заселенные острова, особо охраняемые природные территории и др. Как правило, в этих районах местные резервы ископаемого органического топлива ограничены, трудно доступны или полностью отсутствуют, строительство централизованных сетей энергопередачи экономически нецелесообразно, а зачастую технически невозможно. Выработка электро- и теплоэнергии с учетом высоких затрат на доставку топлива приводит к неприемлемо высокой стоимости для населения и местной промышленности.
В стране наряду со значительными запасами ископаемого органического топлива имеются большие запасы возобновляемых топливных ресурсов и источников энергии (геотермальной, солнечной, ветровой, океанической, энергия биомассы и др.). Технический потенциал ВИЭ составляет около 4,6 млрд т. у. т./год, что в 5 раз превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов России, а экономический потенциал определен в 270 млн т. у. т., что составляет около 25 % от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране [1]. Экономический потенциал ВИЭ постоянно увеличивается в связи с непрерывным удорожанием традиционного органического топлива и сопутствующими его применению проблемами загрязнения окружающей среды. Вместе с тем ВИЭ могли бы внести существенный вклад в решение следующих актуальных задач [2]:
– электро- и теплоснабжение автономных потребителей, расположенных вне систем централизованного энергоснабжения;
– сокращение объемов транспортировки жидкого топлива в труднодоступные районы и на Крайний Север при одновременном повышении надежности энергоснабжения;
– повышение надежности энергоснабжения населения и производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах централизованного энергоснабжения (главным образом в дефицитных энергосистемах) во время аварийных и ограничительных отключений;
– сокращение вредных выбросов от энергетических установок в отдельных городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
Одним из приоритетных направлений «Энергетической стратегии России до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 28 августа 2003 года № 1234-р, является освоение ВИЭ. Примеры эффективного применения ВИЭ в стране есть, но пока они решают локальные, реже региональные, энергетические проблемы. Не разработан комплексный подход к возможности более массового применения таких источников энергии1.
В настоящее время готовится проект «Российской программы развития возобновляемых источников энергии» (РПРВИЭ), в котором активное участие принимают Минэкономразвития, Министерство образования и науки, Министерство природных ресурсов, а также Глобальный экологический фонд (ГЭФ). В декабре 2006 года группа подготовки проекта РПРВИЭ завершила рассмотрение и принятие результатов выполнения второго этапа работ по проекту, первым компонентом которого является анализ российского и зарубежного законодательства и разработка концепции нормативных документов, регламентирующих использование ВИЭ в России, а также разработка концепции освоения ВИЭ в России. В концепции проекта отмечено, что интенсивное освоение ВИЭ в Российской Федерации сдерживается рядом барьеров, к основным из которых относятся:
1. Финансовые барьеры:
– недостаток внутреннего и зарубежного инвестиционного капитала. Российские компании, которые заинтересованы в развитии использования ВИЭ, имеют ограниченные собственные финансовые ресурсы и недостаточный доступ к средствам финансирования инвестиционных проектов по использованию ВИЭ. Участие зарубежных капиталов частично сдерживается ввиду неустойчивого делового климата и нестабильных экономических условий, а частично из-за отсутствия соответствующей нормативно-правовой базы и эффективной системы принуждения выполнения требований законодательства;
– недостаток долговременных кредитов на доступных условиях. Коммерческие банки неохотно предоставляют кредиты, потому что возврат долговременных инвестиций рискован. Помимо этого, финансовые учреждения не имеют опыта анализа финансовых аспектов инвестиций в возобновляемую энергетику. Зарубежные долговременные кредиты стоят дорого из-за высокого риска, ощущаемого иностранными коммерческими банками;
– затраты на подготовку инвестиционных проектов должны быть понесены до открытия финансирования по нему без гарантии получения средств на осуществление проекта. При этом отсутствие демонстрационных проектов повышает издержки, связанные с их подготовкой;
– высокая стоимость специального оборудования, которая вызвана тем, что в отсутствие достаточного спроса оно производится в небольших количествах;
– отсутствие федеральных механизмов финансирования, которые необходимы, учитывая техническую сложность, высокий уровень риска и длительность реализации проектов по развитию использования ВИЭ. Ситуация осложняется тем, что производство энергии с использованием ископаемого органического топлива в значительной степени субсидируется как прямо, так и косвенно;
2. Информационные барьеры:
– недостаток информации о технологиях и возможностях их использования. Отсутствует информация об уже апробированных технологиях, применимых для перевода имеющихся крупных котельных, работающих на ископаемом топливе, на использование различных видов ВИЭ;
– недостаток информации о выгодах (финансовых, социальных и экологических), доходности инвестиций от использования ВИЭ;
– отсутствие надежной информации о запасах возобновляемой энергии. В настоящее время имеются только предварительные оценки потенциально пригодных для использования запасов возобновляемой энергии;
3. Институциональные барьеры:
– недостаточная законодательная база в области поддержки освоения ВИЭ; неэффективная система мер по принуждению выполнения экологического законодательства, что не способствует росту заинтересованности в развитии использования более экологически чистых видов энергии, к которым относятся ВИЭ;
– нежелание органов местного самоуправления участвовать в финансировании инвестиционных проектов по освоению ВИЭ, поскольку долгосрочные выгоды трудно обратить на пользу себе в краткосрочной перспективе.
В Европе основным двигателем для развития технологий ВИЭ является существующая система энергоснабжения, характеризующаяся доминирующей долей ископаемых видов топлива, которое обеспечивает почти 80 % энергетической потребности, и высокой зависимостью от импорта энергоносителей. Важной причиной, стимулирующей переход на альтернативные источники энергии, является проблема глобального изменения климата.
Только существенный сдвиг в сторону использования источников возобновляемой энергии с одновременным повышением эффективности энергосбережения позволит обезопасить систему энергоснабжения в Европе. Поэтому в 1997 году ЕС установил цели в области использования возобновляемой энергии – в так называемой «Белой книге» по источникам возобновляемой энергии было определено направление долгосрочной политики, и поставлена цель удвоить использование ВИЭ с 6 (уровень 2000 года) до 12 % к 2010 году.
Выделены три основных сектора, где увеличение доли использования ВИЭ позволит существенно изменить сложившуюся ситуацию:
– электроснабжение;
– тепло- и холодоснабжение зданий;
– производство биотоплива.
Эти три сектора вносят большой вклад в устойчивость, надежность и конкурентоспособность энергоснабжения, но промышленная база, потребности, барьеры роста и необходимая законодательная база каждого сектора различаются фундаментально.
Установленная «Белой книгой» задача была слишком размытой и изначально не сопровождалась необходимыми законодательными и вспомогательными мерами.
Первый законодательный акт в области возобновляемой энергии в отрасли электроэнергетики – Директива ЕС (2001) – был разработан только через четыре года после публикации «Белой книги». Прошло еще несколько лет, прежде чем некоторые передовые страны приняли этот закон не только на словах, но и в действии. Директива ЕС (2001) предусматривала конкретные задачи в области доли возобновляемой энергии в электроэнергетике к 2010 году для каждой страны-члена ЕС. Предполагалось увеличить долю источников возобновляемой энергии в электроэнергетике с 14 (1997 год) до 22,1 % к 2010 году. После расширения состава Европейского Союза общую долю пришлось снизить до 21 %. Заданный Директивой уровень еще можно достичь, если ее положения будут полностью преобразованы в национальные законы. Для этого годовые темпы роста использования возобновляемой энергии (без учета гидроэнергетики)2 должны оставаться на том же уровне, что и в последние годы. В некоторых странах ЕС уже видны положительные результаты, и другие страны ЕС начинают следовать их примеру. Поэтому еще поддерживается оптимистичное мнение, что можно достичь заданной цели увеличения доли выработки электроэнергии из возобновляемых источников до 21 % к 2010 году.
|
|
|
Производство электроэнергии от различных источников энергии в ЕС |
На рисунке показан резкий рост в ЕС возобновляемой электроэнергии по сравнению с другими новыми технологиями. Как видно, в Европе возобновляемая энергетика развивается даже быстрее, чем угольная, нефтяная или атомная, настоящий подъем произошел именно после принятия Директивы ЕС (2001).
Вторым шагом было принятие в 2003 году Европарламентом директивы «О мерах по стимулированию использования биологического топлива и других видов возобновляемого топлива в транспортном секторе», т. е. через два года после Директивы ЕС (2001) по электроснабжающей отрасли. Это отставание, наряду с медленным и неравномерным внедрением положений этого закона среди стран-членов ЕС, является основной причиной задержек в достижении поставленных задач в этом секторе. В этой Директиве заложена общая для ЕС цель – увеличить долю биотоплива до 5,75 % к 2010 году. В отличие от Директивы по возобновляемым источникам энергии в электроэнергетике, Директива по биотопливу не устанавливает индивидуальные цели для каждой страны ЕС – для каждой страны задана одна и та же цель – 5,75 %. Для достижения этой цели общие темпы роста должны увеличиться с текущих 35 % за последние три года до 43 % в последующие годы. Учитывая сегодняшние рыночные реалии и увеличение использования биотоплива в некоторых основных странах, эта цель является достижимой, даже при росте общей потребности в бензине и нефти.
Основным фактором, задерживающим увеличение доли ВИЭ, является отсутствие каких-либо законодательных предложений по использованию ВИЭ в наиболее важном секторе – тепло- и холодоснабжение зданий. Если бы в этой отрасли была принята соответствующая Директива, на сегодняшний день Европа была бы намного ближе к поставленной цели. Отсутствие законодательной базы в данном секторе мешает дальнейшему развитию рынка. При создании политической и законодательной основы можно ожидать существенный вклад от ВИЭ в производство тепла, особенно в области использования биомассы, геотермальной энергии и солнечной радиации.
Цель, установленная «Белой книгой», не может быть достигнута только за счет реализации Директив ЕС (2001 и 2003). Основная часть должна покрываться ростом использования ВИЭ в секторе тепло- и холодоснабжения зданий.
Очевидно, что существенный рост доли использования возобновляемой энергии произошел именно в секторах, для которых были разработаны определенные законодательные рамки и цели. Это самый успешный и оправдавший себя подход в решении данной задачи. Хотя рост рынка технологий использования ВИЭ для теплоснабжения зданий довольно значителен, он мог бы быть существенно выше.
Кроме проблем в законодательной сфере, необходимо рассмотреть существующие методы расчетов [3] и ведения статистики европейской базы данных, а именно, методы Евростат. Реальные данные и рост использования возобновляемых источников энергии выглядели бы совершенно иначе, если бы методы расчетов были адаптированы согласно принципу замещения.
В методике Евростат величина первичной энергии для производства электричества, полученного из различных источников, определяется при помощи коэффициента преобразования, установленного для каждого источника. Для атомной энергии, например, используется коэффициент 33 %, а для геотермальной энергии – 10 %. Это означает, что для атомной энергетики величина первичной энергии (primary energy value – PEV) приблизительно в три раза превышает значение произведенной электроэнергии (electricity produced – EP) (PEV = EP/0,33), и в десять раз – для геотермальной энергии (PEV = EP/0,1). Для электричества, полученного за счет гидро-, ветряной, солнечной и океанической энергии, коэффициент преобразования принимается равным 100 %, т. е. первичная энергия этих источников равна производимой от них электроэнергии. Как следствие, получается, что для одного и того же количества электроэнергии, выработанного, например, атомной и гидроэлектростанцией, величина атомной первичной энергии будет в три раза больше величины первичной гидроэнергии. Подобный метод применяется и Международным энергетическим агентством (МЭА). При подсчете по данной методике у традиционных и атомных источников энергии оказывается явное преимущество, а такие источники, как ветер, гидроэнергетика и солнечная энергия, недооцениваются.
Согласно принципу замещения, первичная энергия, необходимая для производства электричества, получаемая из альтернативных источников (атомных, геотермальных, гидро-, ветряных, солнечных и океанических), пересчитывается таким образом, чтобы она соответствовала объему ископаемого топлива, необходимому для выработки эквивалентного количества электроэнергии. Ископаемые топлива конвертируются в свой первичный энергетический эквивалент при помощи универсального коэффициента эффективности преобразования. То же самое делается для других источников энергии. Обычно величина коэффициента принимается равной 38,5 %, что отражает среднюю эффективность типичной теплоэлектростанции. Этот метод использовался в прошлом как МЭА, так и Евростатом. Но сегодня им практически не пользуются3.
|
Таблица 1 |
||||||||||||||||||||
|
|
Таблица 2 |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
* Источник – МЭА, 2004 год. |
Табл. 1 и 2 иллюстрируется данный факт, и поясняются методы расчета. В мировом масштабе количество электрической энергии, выработанной от атомного источника и от гидроэнергетики, выраженное в ТВт•ч, почти равно по величине (табл. 1). Если эту величину сравнить с процентной долей от всемирного производства электроэнергии, она тоже будет практически равна, как это правильно утверждается в «Обзоре мировой энергетики» МЭА. Но одновременно с этим, те же самые числа, переведенные в долю обеих указанных технологий в производстве первичной энергии, дают совершенно другую картину, т. к. первичная энергия атомной энергетики оказывается в три раза больше, чем в гидроэнергетике, как описано выше.
Аналогичное сравнение атомной и гидроэнергетики для ЕС-25 приводится в табл. 2. Электроэнергия, выработанная атомными источниками (в ТВт•ч) в странах Европейского Союза (ЕС-25) в 2004 году, превысила приблизительно в три раза гидроэнергетику, но первичная атомная энергия превышает гидроэнергию почти в десять раз. Очевидно, что такая разница в расчетах ведет к отличию в величинах, характеризующих долю возобновляемой энергии в общей поставке первичной энергии.
Сейчас пересматривается применяемая статистика, и идет унификация методов расчета для ЕС и МЭА. Это позволит оценить действительную долю различных энергетических ресурсов с полной прозрачностью. Изменение методов расчета может подтолкнуть к разработке новой законодательной основы для будущего энергоснабжения. Пока роль возобновляемых источников недооценивается, изменение отношения к этому вопросу будет затруднено.
В настоящее время устанавливаются новые цели, которые потребуют соответствующего законодательства, позволяющего четко регулировать использование возобновляемой энергии на период до 2020 года. Одним из краеугольных камней нового плана продвижения возобновляемой энергии должно стать определение общей задачи на 2020 год, за которой последует обозначение конкретных целей для основных секторов (электро-, тепло- и холодоснабжения, производства биотоплива). Определение этих задач предоставит четкие и стабильные рыночные стимулы производителям, делая для них заманчивыми долгосрочные обязательства с соответствующими приоритетами, заданными политикой ЕС.
Таблица 3
Прогнозируемые темпы роста доли ВИЭ в ЕС по данным EREC
| Тип ВИЭ | Данные Евростата | Темпы ежегод- ного роста, % |
Проект | Темпы ежегод- ного роста, % |
Проект | Темпы ежегод- ного роста, % |
||
| 2000 год | 2004 год | 2000–2004 годы | 2010 год | 2004–2010 годы | 2020 год | 2010–2020 годы | ||
| Ветроэнергетика, ГВт | 13,2 | 33,6 | 26,3 | 80 | 15,6 | 180 | 8,5 | |
| Гидроэнергетика, ГВт | 93 | 107,5 | 3,7 | 113 | 0,8 | 120 | 0,6 | |
| Солнечная радиация |
производство электроэнергии, ГВт |
0,18 | 0,86 | 47,8 | 8 | 45,0 | 52 | 20,6 |
| производство тепла, млн т. у. т. |
0,38 | 0,68 | 15,6 | 2 | 19,7 | 12 | 19,6 | |
| Биомасса | производство электроэнергии, ГВт |
9,5 | 13,1 | 8,6 | 25 | 11,2 | 50 | 7,2 |
| производство тепла, млн т. у. т. |
44,7 | 48,4 | 2,0 | 65 | 5,0 | 105 | 4,9 | |
| Геотермаль- ная энергия |
производство электроэнергии, ГВт |
0,6 | 0,66 | 2,4 | 1 | 7,2 | 2 | 7,2 |
| производство тепла, млн т. у. т. |
0,66 | 1,5 | 22,8 | 4 | 17,7 | 8 | 7,2 | |
v
|
Таблица 3 (подробнее) Прогнозируемые темпы роста доли ВИЭ в ЕС по данным EREC |
Данные в табл. 3 иллюстрируют новые цели, установленные Европейским Советом по возобновляемой энергии (EREC) на 2020 год с указанием ожидаемых темпов ежегодного роста и требуемого темпа роста, который позволит существенно увеличить долю производства электричества и тепла из возобновляемых источников энергии. Оценка промышленности ВИЭ основывается на консервативном сценарии ежегодного роста для различных технологий.
При условии достижения прогнозируемых темпов роста, возобновляемые источники существенно увеличат свою долю в общей электроэнергетике.
В зависимости от общих темпов роста электроэнергетики, возобновляемая энергия сможет покрыть от 32 до 40 % общего электропотребления. Предполагая, что ЕС сможет реализовать свои амбициозные меры по энергетической эффективности, возможно увеличение доли возобновляемых источников в производстве электричества до 40 % и более к 2020 году.
Расчеты и прогнозы на 2010 год довольно консервативны, особенно в области биомассы, и могли бы быть намного выше при условии быстрой разработки соответствующей Директивы по тепло- и холодоснабжению зданий от ВИЭ или иного подобного законодательного документа.
Если прогнозируемые темпы роста будут достигнуты, возобновляемые источники энергии смогут значительно увеличить свою долю в производстве тепла. Прогнозы основаны на довольно умеренном темпе роста, и возможность достижения 25 % доли к 2020 году довольно велика.
Итак, с учетом текущего состояния рынка и сильной политической поддержки, ожидается, что в Европе совокупный вклад возобновляемой энергии в производство первичной энергии 2020 года достигнет 21 %. Прогнозы отрасли возобновляемой энергии основаны на консервативном сценарии ежегодного роста для различных технологий. Для достижения поставленных целей необходимы усиленные меры по энергосбережению, которые позволят стабилизировать энергопотребление с 2010 по 2020 годы. Предполагается, что задача увеличения доли возобновляемой энергии до 21 % к 2020 году является трудной, но осуществимой; и это потребует определенного содействия на законодательном уровне.
Развитие всех существующих возобновляемых источников энергии и сбалансированное их распределение по секторам тепло- и холодоснабжения зданий, электроэнергетики и производства биотоплива в комбинации гарантируют создание устойчивого энергоснабжения для Европы. При определении доли участия ВИЭ необходимо четко указать используемый метод расчетов. Если при расчете энергетической статистики для Европейского Союза (а также мировой статистики) использован принцип замещения, картина будет выглядеть совершенно по-другому. При одинаковой фактической выработке энергии из возобновляемых и других источников, в результате получится доля равная – 26 %. Это не просто манипуляция цифрами, такой подход отразит реальную ситуацию более прозрачно, чем это делается сегодня. При отражении только цифр часто недооценивается роль возобновляемой энергии, и реальный вклад возобновляемых источников энергии в структуру энергоснабжения остается незамеченным.
Для достижения поставленной цели необходимо принять серьезные меры по энергосбережению, которые позволят стабилизировать энергопотребление с 2010 по 2020 годы. Вклад различных отраслей экономики сильно отличается. При сегодняшнем уровне технологий и политической поддержке, оказываемой выработке электро-энергии из возобновляемых источников, поставленную цель на 2010 год можно достичь. Для достижения общей цели требуется более весомый вклад от наиболее успешных технологий.
Развитие сегмента ВИЭ в Европе сопровождается организацией специальных кампаний по продвижению новых технологий, а также финансовым и законодательным регулированием и поддержкой.
В России при существующих масштабах добычи органического топлива и при наличии достаточно развитых систем централизованного энергоснабжения возобновляемые источники энергии не смогут составить серьезную конкуренцию традиционной энергетике в ближайшее время. Однако, как видно из опыта европейских стран, переход на использование ВИЭ – это сложный и длительный процесс, поэтому нужно уже сегодня начинать более активно и планомерно осуществлять увеличение доли производства биотоплива и использования ВИЭ в энергетике и теплоснабжении зданий.
1 Освоение ВИЭ в секторе энергоснабжения заданий включено в такие федеральные целевые программы, как «Энергоэффективная экономика на 2002–2005 годы и на перспективу до 2010 года» (утверждена Постановлением Правительства РФ от 17 ноября 2001 года № 796, ответственное министерство – Минпромэнерго России), «Юг России на 2002–2006 годы» (утверждена Постановлением Правительства РФ от 8 августа 2001 года № 581, ответственное министерство – Минэкономразвития России), «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на 1996–2005 годы и до 2010 года» (утверждена Постановлением Правительства РФ от 15 апреля 1996 года № 480, ответственное министерство – Минэкономразвития России), «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002–2006 годы» (утверждена Постановлением Правительства РФ от 21 августа 2001 года № 605, ответственное министерство – Минобрнауки России) и др.
2 Расчет произведен без учета гидроэнергетики, т. к. существующие гидроэнергетические сооружения представляют собой преимущественно крупные объекты, и флуктуации в объемах выработки из-за дождей огромны. Эта ситуация не должна мешать развитию так называемых «новых» источников возобновляемой энергии.
3 Принцип замещения продолжает использоваться некоторыми авторитетными статистическими организациями, такими как ежегодный «Статистический обзор мировой энергетики» компании BP, Сценарии компании Shell и ежегодный «Отчет о состоянии глобальной возобновляемой энергетики» группы REN21.
Литература
1. Концепция проекта Российской программы развития возобновляемых источников энергии, 2005 // www.energoinform.org.
2. Исследование и разработка систем энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии // Объединенный институт высоких температур РАН. М., 2007.
3. Возобновляемые источники энергии // План внедрения и продвижения технологий на период до 2020 года // EREC, Renewable Energy House, Brussels, 2007.