Оценка эффективности инновационного развития энергетического комплекса РФ

Согласно прогнозным оценкам Министерства экономического развития (МЭР) повышение энергоэффективности экономики должно стать основным энергетическим ресурсом экономического роста России до 2020 года, важнейшим инновационным процессом. Если бы рост продолжался при сохранении энергоемкости ВВП на уровне 2007 года, то к 2020 году России потребовалось бы на 1018 млн. т у.т. (условного топлива) больше энергии, чем заложено в прогнозе МЭР. Проведенная ЦЭНЭФ оценка технического потенциала повышения энергоэффективности  в России показала, что он составляет 45% уровня потребления энергии в 2005 году, или 403 млн. т. Эти потери производимой энергии сравнимы с объемом всей экспортируемой из России нефти или выработкой 100 крупных ТЭЦ. Треть этих потерь - 110 миллионов т У.Т. - приходится на жилищно-коммунальный сектор. Ни одна отрасль ТЭКа, даже такая мощная, как нефтегазовая промышленность, не может обеспечить масштабного энергетического ресурса для поддержания экономического роста. В 2000–2007 годах даже снижение энергоемкости ВВП России в среднем на 4% в год не позволило существенно сократить дистанцию по уровню энергоемкости с передовыми странами. Энергоемкость ВВП России в 2006 году в три раза превышала энергоемкость ВВП европейских стран, входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), Японии или Индии и более чем в два раза – энергоемкость ВВП мира в целом, США или Китая. Разрыв с Канадой составил 1,7 раза.

Снижать энергоемкость в масштабах страны возможно только при проведении специальной структурной политики, требующей ограничения развития энергоемких отраслей, которые сегодня являются основой экономики России. Частично эту функцию начал выполнять развивающийся в экономике кризис за счет более динамичного падения выпуска в наиболее энергоемких отраслях. Во многих из них – металлургии, химии, цементной, целлюлозно-бумажной промышленности – в 2009 году энергоемкость продукции вырастет. По оценкам экспертов из-за резкого падения производства в этих отраслях энергоемкость ВВП в целом в 2009 году может упасть на 4,8%, а в 2010–2011 годах – на 3,8–3,9% в год. Но по мере выхода из кризиса в 2012–2020 годах и постепенного возвращения выпуска энергоемкой продукции к докризисным уровням снижение энергоемкости ВВП может замедлиться до 1% в год. Чтобы достичь ориентир  в 40% к 2020 году (снижение энергоемкости в среднем на 4% в год) необходимо использовать комбинацию рыночных сил и активную государственную политику повышения эффективности использования энергии, которой сегодня в России нет.

В качестве инновации – технологии в области энергетики можно выделить развитие возобновляемой энергетики. Использование ресурсов возобновляемой энергетики исключительно важно для России, где, благодаря прямому и косвенному лоббированию со стороны традиционной энергетики, распространено неоправданно скептическое отношение к развитию возобновляемых  источников энергии.

В энергетическом комплексе ЕС основным инновационным направлением развития стало использование технологий в области возобновляемой энергетики. В 90-х годах прошлого века во многих развитых странах начали осуществляться крупномасштабные программы финансовой поддержки, цель которых состояла в совершенствовании альтернативных энерготехнологий и доведения их до рыночной зрелости.

Энергоресурсы (источники энергии), которыми располагает человечество, делятся на два основных вида: возобновляемые и невозобновляемые (истощаемые). Невозобновляемые энергоресурсы   - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства электрической, тепловой или механической энергии (уголь, нефть, газ, сланцы, уран, и др.). Энергия в этих источниках находится в связанном виде и высвобождается в результате целенаправленной деятельности человека. Уголь, нефть и газ могут использоваться как составляющие топливно-энергетического баланса (ТЭБ), так и в качестве местных видов топлива, которые в ТЭБ России не учитываются.12

Рис.1.3

Мировой запас энергетических ресурсов

 

Понятие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) определены в федеральном законе «О внесении изменений в отдельные  законодательные акты Российской Федерации в связи с осуществлением мер по реформированию Единой энергетической системы России» от 18 октября 2007 г. «Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества. ВИЭ – это: энергия солнца, энергия ветра, энергия вод, энергия приливов, энергия волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов, геотермальная энергия, низко потенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с использованием специальных теплоносителей, биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, биогаз, газ, выделяемый  отходами производства и потребления на свалках таких отходов, газ, образующийся на угольных разработках».    

 В технической литературе для ВИЭ используют термины "ресурсы", "потенциал", а для органического топлива и геотермальной энергии – "запасы". Различают:

· валовый (теоретический) потенциал ВИЭ – годовой объём энергии, содержащийся в данном виде ВИЭ при полном её превращении в полезно используемую энергию;

· технический потенциал – часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию возможно при существующем уровне развития технических средств, при соблюдении требований по охране природной среды;

· экономический потенциал ВИЭ – часть технического потенциала, преобразование которого в полезно используемую энергию экономически целесообразно при данном уровне цен на ископаемое топливо, тепловую и электрическую энергию, оборудование, материалы, транспортные услуги, оплату труда и др.                

Согласно классическим представлениям о возобновляемой энергетике первичных возобновляемых источников (ВИ) энергии всего три: энергия Солнца, энергия Земли и энергия орбитального движения нашей планеты в солнечной системе (энергия гравитации, вызывающая приливы). 

Всего Земля располагает 1,2 х1017 Вт энергии ВИ. 13

Соотношение характеристик различных видов возобновляемой энергии представлено на рис. 1.2                

 

Рис.1.4                

 

Характеристики ВИЭ14

 

Рассмотрим качественную оценку возобновляемых ресурсов.

Таблица 1.1

Качественная оценка возобновляемых топливных ресурсов (солнце, ветер, биомасса, гидроэнергетика большая и малая, низкопотенциальное тепло)15

Преимущества

Недостатки

·     Неистощимость ·     Отсутствие дополнительной эмиссии углекислого газа ·     Отсутствие вредных выбросов ·     Сохранение топливного баланса планеты ·     Доступность использования (солнце, ветер) ·     Возможность одновременного использования земли для хозяйственных и энергетических целей (ветростанции, тепловые насосы, бесплотинныеГЭС) ·     Возможность использования земель, не приспособленных для хозяйственных целей (солнечные, ветровые установки и станции) ·     Отсутствие потребности в воде (солнечные, ветровые электростанции)

·  Низкая плотность энергии ·  Необходимость использования концентраторов ·  Непостоянный, вероятностный характер поступления энергии (солнце, ветер, в меньшей степени ГЭС) ·  Необходимость аккумулирования ·  Необходимость резервирования (солнечная, ветровая) ·  Неразвитость промышленности и отсутствие инфраструктуры (для России) ·  Затопление плодородных земель и локальное изменение климата (большие ГЭС)

 

Глобальное преимущество возобновляемой энергетики можно отразить коэффициентом энергетической эффективности. Для любой энергетической станции (установки) следует сравнивать выработанную за весь срок службы энергию с энергией, затраченной на производство оборудования и материалов для неё, на сооружение и транспортировку, на топливо, потреблённое электростанцией. Коэффициент энергетической эффективности, в отличие от экономической эффективности (срок окупаемости, стоимость и проч.), не подвержен конъюнктуре:

где Эг – годовое производство электроэнергии установкой (электростанцией);

Эсн – расход энергии на собственные нужды; Тсл – срок службы установки; 

Эсв – энергия, затраченная на производство оборудования и материалы; 

Этэк – энергия, затраченная на транспортировку, монтаж и утилизацию установки; 

Этоп – энергия, заключённая в топливе; 

Кээ – коэффициент энергетической эффективности

При таком подходе обнаруживается глобальное преимущество возобновляемой энергетики перед топливной: поскольку в формуле Этоп=0, существует принципиальная возможность (проверенная неоднократно расчётами) иметь Кээ>1. Для тепловых электростанций принципиально невозможно иметь Кээ  больше, чем КПД или КПИ (коэффициент полезного использования топлива) этой станции, т. е. он заведомо меньше единицы. Это позволяет утверждать: во-первых, если энергетическая установка за свой срок службы "съедает" больше энергии, чем производит, то неизбежный конец этого положения – энергетический кризис при любом количестве запасов; во-вторых, превышение энергетических затрат над выходной энергией неизбежно приводит к увеличению экономических, материальных затрат и человеческого труда. Соответственно возрастает и отрицательное воздействие на среду обитания человека.

В производстве электроэнергии в мире за последний 30-летний период произошло следующее изменение доли энергоресурсов.

Рис.1.5

Изменения доли энергоресурсов в производстве электроэнергии в мире

Как  видно из данных диаграммы  рис.1.5  в мире за последний 30-летний период произошло следующее изменение доли энергоресурсов:

• доля угля практически не изменилась – около 40%,
• нефти- с 21% снизилась до 6,7%,
• природного газа – 12,2% увеличилась до 19,2%,
• ГЭС с  23% уменьшилась до 16,1%,
• атомной энергии с 2,1% увеличилась до 15,7%,
• возобновляемой энергетики увеличилась с 0,68% до 2,2%. 

Причем, темпы увеличения ВИЭ в производстве первичной и электрической энергии существенно выросли за последние 5 лет.

В планах Евросоюза  - достичь доли ВИЭ в 20% в производстве первичной энергии к 2020 г. Европейский совет по возобновляемой энергетике разработал прогноз развития ВИЭ (с учетом крупных ГЭС) -  довести ее долю до 47,7% в 2040 году.

Оценим качественные оценки возобновляемых энергетических ресурсов (солнце, ветер, биомасса, бесплотинные ГЭС, низкопотенциальное тепло):

Преимущества:

- неистощаемость;

- отсутствие дополнительной эмиссии  углекислого газа и вредных  выбросов;

- сохранение теплового баланса планеты;

- доступность использования (солнце, ветер);

- возможность использования территорий  для хозяйственных и энергетических целей (ветростанции, тепловые насосы, бесплотинные ГЭС);

- возможность использования территорий, не пригодных для хозяйственных целей (солнечные, ветровые установки и станции);

- незначительная потребность в  воде (солнечные, ветровые электростанции).

Недостатки:

-  низкая плотность энергии;

- необходимость использования  концентраторов для увеличения  плотности  солнечной энергии;

- непостоянный, вероятностный характер  поступления энергии (солнце, ветер, в меньшей степени ГЭС);

- необходимость аккумулирования  и резервирования (солнечная, ветровая).

-  неразвитость промышленности  и отсутствие инфраструктуры (для  России);

-   затопление плодородных земель (большие ГЭС);

-  локальное изменение климата (большие ГЭС);

-  сложность  работы и подключения  к большим сетям из-за нестабильной  мощности.

За два последних десятилетия ученые и инженеры в разных странах решили  многие технические задачи из этого перечня. Особенно крупные достижения в практическом использовании ВЭ произошли в солнечной (фотоэлектрической), ветровой, геотермальной энергетике, биотопливе, использовании биогаза. 16 Экономический  потенциал ВИЭ в мире равен в объёме 19,5 млрд. тонн условного топлива (т у.т.) в год.

Сегодня главный альтернативный источник энергии - солнечные батареи, точнее, фотоэлектрические установки (ФЭУ). У немецкого «солнечного плана» к 2020 г. удвоить сегодняшние показатели и довести мощность ФЭУ до 30 ГВт. Сейчас себестоимость фотокиловатта в 2-3 раза выше стоимости традиционной энергетики, но еще совсем недавно это соотношение было в 10 раз больше. Солнечная энергетика (СЭ) была долгое время совершенно нерентабельна и развивалась только в зонах большой солнечной инсталляции. В настоящее время  быстрое развитие СЭ происходит не только в Израиле, Испании, Мексике и т.д., но и в Центральной и Северной Европе.  И даже славящаяся поисками своего особого пути Калифорния выделила в итоге огромные средства на программу «миллион солнечных крыш», в соответствии с которой развитие СЭ становится одним из основных приоритетов модернизации энергетики этого штата,  совсем недавно бывшей в кризисе. В большинстве стран Европейского союза приняты законы о ВИЭ. Благодаря этим законам определены льготы и дотации тем, кто производит и применяет ВИЭ.