Ресурсная и технологическая база возобновляемых источников электроэнергии

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы на международных  рынках органического топлива, которое  было, есть и будет оставаться в  обозримой перспективе основой  мирового топливно-энергетического  баланса, установилась довольно благоприятная  для его потребителей ситуация. Спрос  на него удовлетворяется практически  в полном объеме. При этом цены остаются довольно стабильными и сравнительно доступными. Однако, как известно, ресурсы  органического топлива на планете  не беспредельны и сокращаются по мере их разработки на миллиарды тонн в год. По последним оценкам Мирового Энергетического Совета, обеспеченность разведанными запасами нефти при  современном уровне ее мировой добычи составляет 47 лет, природного газа — 80 лет, угля — около 200 лет. Для крупных  регионов планеты картина выглядит таким образом. Североамериканский континент обеспечен разведанными запасами нефти на 21 год, в том  числе США на 11, а Канада на 10 лет, Азия — на 20 лет, Европа (без России) — на 16 лет. Что же касается природного газа, то тут ситуация такова: разведанные  запасы в Северной Америке — на 13 лет, Азии — на 43 года, в Европе (без России) — на 21 год. Справедливости ради необходимо сказать о том, что  интенсификация геологоразведочных работ, а также повышение технологического уровня добычи органического топлива  и реализация энергосберегающих  мероприятий могут не только компенсировать рост спроса на него в развивающихся странах, но и увеличить объем его разведанных запасов и, следовательно, в определенной степени повысить мировой уровень обеспеченности. Благодаря этому, однако, вероятность возникновения острой проблемы энергообеспечения будете не устранена полностью, а лишь несколько отсрочена во времени.Нельзя не учитывать, в свете перспектив использования органического топлива, и экологический фактор, актуальность которого увеличивается с каждым годом. Загрязнение воздушного и водного бассейна, кислотные дожди и парниковый эффект — далеко не полный перечень последствий негативного влияния на окружающую среду энергетики, базирующейся на органическом топливе.До середины 80-х гг. динамично развивающаяся атомная энергетика считалась основной альтернативой сжиганию органического топлива. Однако под влиянием ряда нерешенных проблем обеспечения безопасной эксплуатации АЭС (особенно обострившихся после чернобыльской катастрофы), безопасного обращения с радиоактивными отходами, в связи с удорожанием и удлинением сроков строительства атомных энергоблоков, а также из-за существующей во многих странах общественной оппозиции к атомной энергетике темпы ее развития значительно снизились. В настоящее время лишь Франция и Япония планируют расширение мощностей АЭС.

Сейчас очевидно, что решение  перечисленных проблем, равно как  и создание эффективных реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, генерирующих дополнительные объемы ядерного топлива и способных, как следовало из оптимистичных прогнозов 60—70-х гг., к началу следующего столетия снять с повестки дня проблему топливообеспечения атомной энергетики, потребует неопределенно длительного периода времени. В этой связи интенсификация усилий отдельных стран и международных организаций по созданию и масштабному внедрению экономически конкурентоспособных и экологически чистых энергоустановок, базирующихся на возобновляемых источниках энергии ВИЭ), представляется очень актуальной. Примечательны в этом отношении выводы XVII Конгресса Мирового энергетического совета, изложенные в так называемом «Токийском заявлении». В нем сказано, что технологические разработки, направленные на расширение использования ВИЭ, нуждаются в ускорении. В частности, путем развития партнерства между правительствами и промышленностью, роста участия государства в финансировании НИОКР в этой области.

Интересен пример Соединенных  Штатов Америки. В «Стратегии устойчивой энергетики США», опубликованной в  июле 1995 г., подчеркивается, что одно из приоритетных направлений федеральной  энергетической политики предусматривает  оказание правительством содействия развитию и освоению возобновляемых источников энергии, созданию и распространению  в США и за их пределами технологий, базирующихся на этих источниках энергии. По мнению разработчиков Стратегии, решение этой задачи в рамках государственной  энергетической политики расширит рынок  сбыта для американских технологий и, следовательно, будет содействовать  расширению масштабов использования  ВИЭ как внутри страны, так и  во всем мире. Это, в свою очередь, обеспечит  снижение негативного воздействия  энергетики на окружающую среду за счет уменьшения объемов сжигания органического  топлива, получение экономической  выгоды (что является немаловажным) и в конечном счете будет способствовать повышению уровня глобальной энергетической безопасности.               Авторы Стратегии отмечают, что благодаря активным действиям национальных исследовательских лабораторий Министерства энергетики США за последние 15 лет удалось добиться существенного повышения надежности и эффективности установок, работающих на ВИЭ, а также значительно снизить затраты на их создание. В настоящее время, по утверждению авторов Стратегии, электроэнергия, вырабатываемая в ряде регионов США на ветроэнергетических установках, близка к достижению экономической конкурентоспособности по сравнению с электроэнергией, производимой на традиционных видах топлива. Высокая активность федеральных научных организаций, выделение значительных госбюджетных ассигнований позволили США выйти в мировые лидеры в области фотоэлектрических установок. Предпринимаются также усилия по превращению биомассы в новый источник для производства электроэнергии и моторных топлив. В долгосрочной перспективе усилия направляются на создание технологий и технических средств, способных превратить водород в один из основных энергоносителей будущего.

1. Ресурсная и технологическая базы ВИЭ

Суммарный теоретический  потенциал ВИЭ на несколько порядков превышает современный уровень  мирового потребления первичных  топливно-энергетических ресурсов. Только годовой энергетический потенциал  солнечной радиации на поверхности  Земли в 3000 раз выше общего количества потребляемой в мире первичной энергии. Значительными теоретическими потенциалами обладают и другие возобновляемые источники  энергии, например, биомасса, ветер, геотермальиая и приливная энергия. Однако при существующем уровне технологического развития и сложившейся в настоящий момент на мировых энергетических рынках конъюнктуре лишь весьма незначительная их часть может быть эффективно использована. Так, если суммарный теоретический потенциал приливной энергии составляет примерно 22000 ТВт ч в год, то лишь 200 ТВт^.ч в год могут в настоящее время рассматриваться как пригодные к освоению с технологической и экономической точек зрения. Тем не менее и эта величина представляется весьма значительной: она превышает суммарное годовое производство электроэнергии в Бельгии, Дании, Финляндии и Португалии вместе взятых.

Природные условия во многих странах мира позволяют им использовать ВИЭ для энергоснабжения в  несоизмеримо больших масштабах  по сравнению с сегодняшними. Например, в Греции территория страны со средней скоростью ветровых потоков не менее 5 м/с составляет 16,4 %, а технический и экономический потенциал ветровой энергии там оценен (доклад Европейской комиссии DG XVII) в 6,5 ТВт^.ч в год, или в 20 % от суммарного потребления электроэнергии. В ряде развивающихся стран отношение получаемой поверхностью Земли солнечной энергии к объему потребляемых топливно-энергетических, ресурсов доходит до 10000.

В одном из прогнозных сценариев  развития мировой энергетики, разработанном  американской компанией «Shell international Petroleum», утверждается, что уже к 2020 г. за счет ВИЭ может быть удовлетворено до 20 % всех мировых потребностей в коммерческой энергии. В последующий период этот показатель может достичь 50 %, тогда как в настоящее время за счет ВИЭ покрывается примерно 2 % мировых потребностей в первичных энергоресурсах. Вполне естественно, что эти оценки должны рассматриваться лишь с точки зрения возможностей ВИЭ, а не как прогноз развития. Тем не менее они свидетельствуют об огромном потенциале ВИЭ.

Таблица 1 

2. Сценарии роста использования ВИЭ

На наш взгляд, более  реальной и обоснованной является оценка, сделанная Мировым энергетическим советом (см. табл. 1). 

3. Что мешает внедрению ВИЭ

Широкомасштабное использование  ВИЭ сдерживается в первую очередь  соображениями технико-экономического характера.

К числу серьезных факторов, препятствующих развитию ВИЭ, с полным основанием можно отнести низкий уровень существующих цен на мировых  рынках органического топлива и  высокие удельные капитальные затраты. Сказанное имеет прямое отношение  и к нашей стране, где низкая стоимость разработки богатых ресурсов нефти и газа и искусственно заниженные цены на энергоносители в условиях хронических неплатежей за них, безусловно не способствуют использованию ВИЭ. Кроме больших удельных затрат,? экономическая эффективность использования ВИЭ снижается длительностью сроков строительства, высокой степенью риска по причине зависимости от природного фактора и отсутствием уверенности как в надежности и зрелости имеющихся технологий, так и в месте ВИЭ в будущем балансе потребления энергетических ресурсов. Поэтому проекты по ВИЭ для оправдания больших рисков требуют, как правило, инвестиций, выдаваемых под более высокие проценты, что в свою очередь приводит к удорожанию генерируемой тепловой или электрической энергии.

По мнению Комитета ООН  по нетрадиционной энергетике, изложенному  в докладе за 1995 г., основными барьерами  на пути рыночного проникновения  ВИЭ (в первую очередь в сельских местностях) являются также недостаточная  покупательная способность местного населения и нехватка финансовых ресурсов местных властей или  правительств стран для инвестирования объектов инфраструктуры. Сказывается также отсутствие программ социального, экономического и энергетического развития сельских районов в среднесрочной и долгосрочной перспективе, в рамках которых могли бы решаться проблемы освоения ВИЭ.

В целом следует признать, что очевидные преимущества установок, работающих на ВИЭ, такие как их неисчерпаемость, отсутствие затрат на топливо и экологическая  безопасность, пока не могут склонить в свою сторону чашу весов под  грузом технически проработанных и  более дешевых методов получения  энергии на базе органического топлива, несмотря на практически не оцениваемый  пока ущерб, наносимый ими окружающей среде. Вот несколько примеров.

Электроэнергия, вырабатываемая на одной из крупнейших в Европе демонстрационной солнечной электростанции установленной мощностью 3,3 МВт, пущенной в 1994 г. в эксплуатацию компанией ENEL в г. Сьерре (Италия), почти в 10 раз  дороже электроэнергии, производимой на ТЭС на органическом топливе. Аналогично, стоимость производства электроэнергии, производимой на ветроустановках в Финляндии, в 1,5—2 раза выше, чем на электростанциях, использующих импортируемое органическое топливо. По данным израильских специалистов, являющихся пионерами в использовании солнечных прудов для производства электроэнергии, при среднегодовом коэффициенте использования установленной мощности 73—90 %, удельные капитальные затраты на создание электрогенерирующей установки составляют 4500 долл./кВт, что в среднем в два раза выше, чем соответствующие показатели по ТЭС на органическом топливе.

Вместе с тем за последние 10—15 лет в мире был достигнут значительный прогресс в повышении экономичности использования ВИЭ. Так, с 1980 по 1990 гг. средние удельные капитальные затраты на строительство солнечных электростанций, создаваемых по технологии компании LUZ, разработанной в Израиле, снизились примерно в 10 раз и продолжают снижаться, а издержки производства электроэнергии на этих станциях сократились за тот же период в 7,5 раз. При сохранении существующих тенденций они уже к концу 90-х гг. могут стать более дешевым по сравнению с электростанциями на органическом топливе даже без учета различных льгот, предоставляемых государством. Примерно вдвое по сравнению с 1980 г. сократилась в 1990 г. удельная стоимость строительства ветроагрегатов, а издержки производства электроэнергии — в 3,5 раза.

В Бразилии около 5 млн. автомобилей  полностью перешли на использование  этилового спирта в качестве моторного  топлива и еще 9 млн. автомобилей  используют от 20 до 22 % его в бензиново-этаноловой смеси.

За период с 1976 по 1987 г. общие  инвестиции в программу развития этого альтернативного моторного  топлива составили примерно 7 млрд. долл., а достигнутый в результате снижения импорта бензина экономический  эффект составил 12,5 млрд. долл. Кроме  прямого экономического эффекта  масштабное использование этилового  спирта в качестве автомобильного топлива  позволило предохранить атмосферу  от десятков и сотен тысяч тонн загрязняющих веществ, а также создать около 700 тысяч дополнительных рабочих мест. Следует, однако, отметить, что широкому внедрению этилового спирта в качестве моторного топлива в Бразилии предшествовала большая подготовительная работа, которая включала такие государственные мероприятия, как изменения в системе ценообразования; предоставление гарантий правительства в том, что национальная нефтяная компания «Петробраз» будет закупать определенное количество этилового спирта; предоставление льготных займов производителям этилового спирта; снижение налогов на продажу автомобилей, рассчитанных на использование этилового спирта.

Этот пример показывает, что успехи в освоении технологий и практическом внедрении ВИЭ  были достигнуты главным образом  благодаря осуществлению комплекса  государственных мероприятий, направленных на преодоление существующих барьеров институционального, финансово-экономического, законодательно-правового и информационно-просветительского характера.

4. Способы преодоления барьеров

В любой отрасли экономики, а тем более такой стратегически  важной, как энергетика, государство  должно осуществлять свою политическую линию через специализированные организации. В сфере ВИЭ такими организациями в странах-членах Международной энергетической ассоциации (МЭА) являются: в США — Министерство Энергетики, в Японии — Министерство Внешней Торговли и Промышленности, в Греции — Общественная Энергетическая Корпорация. В этих ведомствах создаются  и функционируют группы экспертов, занимающиеся узкоспециализированными  направлениями развития ВИЭ. Например, исследовательской деятельностью, поддержкой демонстрационных проектов, организацией научных семинаров  и образовательных программ. В  Италии воплощением в жизнь Национального  плана развития энергетики, значительная часть которого посвящена расширению использования ВИЭ, занимаются Национальный совет по ядерным и альтернативным технологиям (ENEA), ответственный за НИОКР, и электроснабжающая компания ENEL, находящаяся в государственной собственности. Во Франции ответственность за формирование, координирование и реализацию государственной энергетической политики возложена на Генеральный директорат по энергетике и сырьевым материалам Министерства промышленности. Практически весь цикл проблем, связанных с развитием и продвижением ВИЭ в стране, находится в ведении государственного Агентства по энергоменеджменту и охране окружающей среды (ADEME). ADEME имеет хорошо развитую региональную структуру с 22 офисами в различных частях страны. В число основных направлений деятельности Агентства входят: отбор совместно с Министерством промышленности наиболее перспективных проектов с целью предоставления им государственной финансовой поддержки; аккумулирование и распределение средств, предназначенных для финансовой поддержки НИОКР; организация информационных кампаний и образовательных программ для различных слоев населения, а также решение проблем, связанных со стандартизацией оборудования и установок, использующих ВИЭ (например фотоэлементы).