Направления развития возобновляемой энергетики и её роль в социально-экономическом развитии регионов Северо-Западного федерального округа

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МК- 229.2019.6

Введение

Актуальность исследования вызвана рядом факторов. В качестве основных факторов развития возобновляемой энергетики можно выделить следующие: истощение традиционных источников ископаемого топлива, при этом их добыча связана с увеличением затрат на их добычу; существенное негативное воздействие на окружающую среду от ископаемых источников энергии. В результате эти два фактора приводят к росту цен энергоресурсов на основе традиционной энергетике. Для конечного потребителя это выражается в ежегодном увеличении тарифов на энергоресурсы в среднем на 15-25%. При этом, стоимость оборудования по использованию возобновляемой энергии снижаются. В ряде случаев применение той или иной технологии по преобразованию возобновляемой энергии экономически целесообразней по сравнению с традиционной энергетикой, основанной на ископаемых источниках энергии. Так, например, В США по состоянию на 2017 год стоимость солнечной энергии составила 0,056 доллара США за киловатт-час, а ветровая энергия 0,014 доллара США. При этом стоимость киловатт-час энергии из газа и угля обходится 0,061 и 0,066 соответственно ^[12,13].

Таким образом, использование возобновляемой энергетики имеет экономические и социальные предпосылки для применения не только во вновь строящихся системах жизнеобеспечения, но и в уже существующих. Кроме того, преобразование традиционных источников энергии в нужные для человечества формы приводит к отрицательным последствиям для планеты (загрязнение атмосферы, выбросы парниковых газов и др.). Так, по данным Мирового Энергетического Совета о запасах и потреблении первичных энергоносителей, обеспеченность текущего потребления геологическими ресурсами составляет по углю - около 850 лет, по природному газу - 270 лет, по нефти - 180 лет. Доля России в мировых запасах нефти составляет 4,6%, природного газа - 32,9%, угля -15,9% ^[2,3,6,8].

Таблица 1 Мировые показатели развития возобновляемой энергетики ^[2,8,9]

В настоящее время интерес к развитию возобновляемой энергетики существенно возрастает, что подтверждается самым большим уровнем роста использования НВИЭ среди всех источников энергии в мировом балансе. Если потребление первичных энергоресурсов возрастет по прогнозам с 2000 г. по 2020 г. в 1,47 раза, то потребление энергии от возобновляемых источников более чем в 5 раз. Однако это незначительная часть экономически реализуемого потенциала возобновляемой энергетики, который, по минимальным оценкам, составляет 20 млрд. тонн условного топлива в год ^[10,12].

Широкое использование возобновляемых источников энергии сдерживается малыми плотностями их потока и изменчивостью во времени, достаточно высокой стоимостью большинства технологий преобразования, ориентацией промышленности и потребителей на использование органического топлива ^[11,13].

Рисунок 1 Прогноз мирового потребление по видам топлива ^[9,13]

С учетом актуальности рассматриваемых проблем возобновляемой энергетики их решение базируется на широком международном сотрудничестве в рамках Организации Объединенных Наций, Европейского экономического сообщества и других организаций, превратившемся в крупное научно-техническое и практическое направление разработки путей развития энергетики, экологии, социального положения стран и отдельных регионов. Во многих странах мира в основе энергетических стратегий развитие возобновляемой энергетики стало предметом государственной политики ^[11,13]. Разрабатываются финансируемые научно-технические программы. Ежегодные расходы на НИОКР в сфере возобновляемых источников энергии составляет в мире не менее 1 млрд. долларов. Принимаются нормативно-законодательные акты. Экономическое стимулирование осуществляется за счет налоговых и кредитных льгот, благоприятных тарифов, дотаций и т.п. Особенно это законодательство активно развивается в США и ФРГ. Создается организационная основа развития возобновляемой энергетики в виде определения государственного органа, ответственного за данное направление ^[8,9]. Проводятся маркетинговые исследования на внутреннем и внешнем рынке, создаются демонстрационные объекты. Необходимыми условиями обеспечения экономической безопасности являются внедрение перспективных энергосберегающих и энергоэффективных технологий, формирование новых отраслей экономики, активизация фундаментальных и прикладных научных исследований. Энергетическая безопасность с учетом экологических факторов является одним из самых важных приоритетов, способная обеспечить экономическую безопасность страны, не забывая о необходимости развития науки и образования, налаживания взаимодействия промышленных предприятий с научными и образовательными учреждениями.

Значимость и научная новизна исследования заключается в том, что результаты могут быть использованы при разработке нормативно-правовых и программно-плановых документов регионального уровня, регулирующих развитие энергетического комплекса, а так же в учебном процессе при подготовке специалистов в сфере государственного и муниципального управления и энергетики. Практическую значимость имеют разработанные в ходе исследования конкретные методические предложения по совершенствованию механизма реализации региональной энергетической политики; рекомендации и выводы могут быть использованы субъектами государственного управления для повышения эффективности региональной энергетической политики (как на территории Республики Карелия, так и в других регионах - субъектах РФ).

Обзор зарубежных исследований

Долгосрочное прогнозирование развития энергетики при существующих экологических ограничениях находится в поле зрения отечественных ученых: И.А. Башмакова, П.П. Безруких, И.В. Иванова, Ю.М. Корякина, В.А. Легасова, Р.Д. Маргулова, Б.Е. Патона, Ю.Н. Руденко, М.А. Стыриковича, а также зарубежных исследователей: Э. Вайцзеккера, П. Путнама, Д. Рейли. Немецкие экономисты Э. Вайцзеккер, Э. Ловинс, Л. Ловинс в своих работах рассматривали эффективность использования ресурсов с точки зрения экологии. Авторы считали, что для дальнейшего развития человечество должно радикально усовершенствовать технологии, уменьшить потребление энергии и повысить эффективность использования природных ресурсов. Э.Вайцзеккер, Э.Ловинс и Л.Ловинс, проанализировав развитие ресурсосберегающих технологий, пришли к выводу, что вместо глобальной катастрофы после 2050 г. можно ожидать одновременной стабилизации численности населения и промышленного производства при снижении уровня загрязнения окружающей среды. Их идеи и подходы легли в основу стратегии Европы по устойчивому развитию.

X. Майкснер и К. Мейер-Абих проводили исследование, по результатам которого были разработаны политико – экономические мероприятия экономии энергии в промышленности, на транспорте, в домашних хозяйствах и мелкими потребителями.

Проблемы возобновляемых источников энергии рассматривались в работах американских ученых, таких как И.Валлерстайн, Р. Гилпин, Р. Кохейн, Дж. Най, Дж. Розенау, С.Стрендж, К.Уолтц. В данном направлении находят отражение тесная взаимосвязь мировой политической системы и экономических отношений, включая энергетику как системообразующую отрасль. Специальные исследования Ю.М. Колосова, А.Д. Урсула, Э.К. Циолковского, A.Чижевского, Ю.А. Школенко посвящены космической перспективе развития энергетики и др.

Основное отличие данного исследования от многочисленных зарубежных исследований в области практического применения технологий биоэнергетики, солнечной энергии, внедрения экологических чистых технологий, «зеленых» технологий состоит также в том, что разработанные за рубежом концепции слабо подходят к российским условиям. Поэтому имеющиеся наработки ведущих зарубежных центров рассматриваются авторами исследования как основа для изучения теоретического и практического опыта, который может быть применен в адаптированном виде для России.

Отличие данного исследования от научной деятельности ведущих отечественных центров состоит в том, что сегодня пока не получили должной теоретической и методологической проработки вопросы построения комплексной национальной модели развития "зеленой" экономики в стране и ее регионах, с учетом региональных особенностей периферийных территорий.

Перспективные направления развития возобновляемой энергетики в регионах Северо-Запада России

В настоящий момент наиболее перспективными источниками возобновляемой энергии для периферийных северных территорий являются энергия биомассы, низкопотенциальная энергия земли, энергия ветра и воды, а также солнца. Северо-Запад России имеет хорошие предпосылки для развития сектора возобновляемой энергетики, и многие регионы внедряют и реализуют пилотные проекты на своих территориях или находятся в поисках экспертизы и инструментов функционирования для их реализации.

Важной областью применения возобновляемых источников энергии является перевод угольных и мазутных районных котельных на биомассу (в частности, на отходы древесины, торфа и др.). Так как с каждым годом цены на мазут в России растут, следовательно, использование древесных отходов для производства тепла могло бы оказаться конкурентоспособным. Таким образом, лесные ресурсы в северных регионах России (особенно это актуально для Республики Карелия и Архангельской области) могут быть использованы для производства возобновляемого топлива, такого, как щепа, пеллеты и гранулы. Во всех районах Карелии постепенно модернизируются котельное оборудование, в ходе которого производится перевод котельной на местные виды топлива. Ряд котельных региона были переведены на местные виды топлива щепу и торф: г. Суоярви, пос. Поросозеро, пос. Эссойла, пос. Харлу, пос. Вешкелица и многие другие.

Производство биогаза оправдывает себя на свалках бытовых отходов. На месте мусорных полигонов можно организовать добычу метана. Это будет выполнять несколько функций: переработка бытовых отходов, генерация новых энергоресурсов, уменьшениевыброса парниковых газов и улучшение экологии. Такие полигоны распространены в большинстве стран, к их числу относится США, Китай, Япония, Нидерланды, Бельгия и многие другие. Так например, в приполярном городе Оулу (Финляндия) полигон бытовых отходов Oiva Roina был реконструирован и теперь представляет собой предприятие не только перерабатывающее отходы, но и добывающее газ и генерирующее электроэнергию. Газ выкачивается по средствам специальных насосов и системе трубопроводов, уложенных в толщу бытовых отходов. На территории полигона есть своя электростанция мощностью 200 кВт/ч. Она представлена четырьмя газовыми электрогенераторами, работающих на метане, установленной мощностью по 50 кВт/ч каждая. Этой мощности достаточно для обеспечения всех энергетических потребностей предприятия. Излишки газа полигон продает близлежащим предприятиям. Такая технология утилизации и преобразования бытовых отходов хорошо себя зарекомендовала, и могла бы стать хорошим примером для Российских полигонов с бытовыми отходами, так как в настоящее время проблема утилизации бытовых отходов очень остро стоит в большинстве крупных населенных пунктов России.

Перспективным направлением является технология использования тепловых насосов, пока не получившая применение в России. Технология применения «теплового насоса», по сравнению с ветровой и солнечной энергией, не подвержена влиянию погодных условий. Она основывается на отборе низкопотенциального тепла из среды (земли, воды или воздуха). Наибольшая эффективность достигается при использовании воды в качестве источника этого тепла. Это связано с тем, что вода обладает одним из наибольших показателей удельной теплоемкости. Размещение испарителя в водоем позволит значительно снизить первоначальные затраты на строительство тепловых насосов, это особо целесообразно на территориях с большими запасами водных ресурсов. Тепловые насосы могут быть малыми, предназначенными для нужд отдельного дома, и крупными, способными удовлетворить потребности в отоплении и горячей воде целых районов. Одним из крупнейших тепловых насосов является проект Katri Vala в Финляндии (город Хельсинки, его общая мощность 90 МВт тепловой энергией и 60 МВт холода). В последнее десятилетие эта технология получила особо широкое распространение. Сегодня в Японии эксплуатируется около 3 млн установок, в Швеции около 500000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов ^[3].

На сегодняшний день наибольшее на территории Северо-Западного федерального округа распространение получили гидросооружения с естественными и искусственными плотинами, но существуют технологии использования энергии воды без применения плотин. Данная технология позволяет использовать любой водный поток от небольшой реки до ручья без строительства дополнительных сооружений.В целом на территории России насчитывается 2,5 млн. малых рек, их сток составляет 50% от общего стока всех российских рек, причем технический потенциал составляет 382 млрд. кВт/ч.Согласно современным исследованиям, российскими потребителями используется только 0,5–0,6% от этого потенциала. Считается, что малые ГЭС – оптимальное решение для автономного энергоснабжения деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств.

Ярким примером является Республика Карелия, которая активно осваивает гидроэнерегический потенциал на своей территории. Порядка 70% генерации электроэнергии на территории Карелии вырабатывается за счет собственных ГЭС. Власти региона уже запланировали строительство ряда новых ГЭС в Карелии: каскад на реке Чика-Кемь, Водлинский каскад, малая ГЭС на реке Сегежа и Нижний Выг. Реализация этих проектов позволит повысит энергообеспеченность Карелии и снизит зависимость региона от поставок электроэнергии из соседних регионов, даст развитие территории региона и дополнительные рабочие места.

Одним из перспективных направлений по использованию солнечной энергии, остающихся в настоящее время недооцененным, является сельское хозяйство. За счет строительства солнечных вегетариев можно получать урожай различных сельскохозяйственных культур на 1,5-2 месяца раньше, чем это происходит в не отапливаемых теплицах. При этом стоимость вегетария соизмерима со стоимостью стандартной теплицы. Применение этой технологии может способствовать развитию сельскохозяйственного производства не только крупными производителями, но фермерскими хозяйствами и личными подсобными хозяйствами. За счет этого можно добиться большей продовольственной безопасности по некоторым товарным группам в ряде регионов России, это особенно актуально для северных периферийных регионов, которые находятся в удалении от крупных логистических центров ^[20].

Становится очевидным, что солнечную энергию необходимо активно вовлекать в общий энергетический баланс России. Задача состоит в правильном энергетическом расчете и подборе соответствующего оборудования. В отдельных случаях требуется разработка нового или частичная модернизация уже существующего оборудования.

Выводы и перспективы исследования

Использование возобновляемых источнико энергии может стать хорошим импульсом развития территорий, не имеющих сформировавшуюся энергетическую сеть. При этом возобновляемая энергетика способна обеспечить функционирование систем жизнеобеспечения не только на территориях, где отсутствует централизованная энергосистема, но и существенно снизить затраты в системах с централизованным энергоснабжением это особенно актуально для периферийных северных территорий. Возобновляемые источники энергии обладают значительным эколого-экономическим потенциалом, пример Финляндии показывает, что даже на Севере могут функционировать станции, использующие солнечную энергию. Применение возобновляемых источнико энергии также будет способствовать инновационному развитию страны. Необходимо использовать системный подход при реализации концепции энергосбережения и адаптировать зарубежный опыт применения различных инструментов повышения энергоэффективности для внедрения инновационных технологий энергосбережения и активизации использования возобновляемых источнико энергиии.

Большинство регионов характеризуются низкой обеспеченностью энергосистемы за счет собственных источников и высокой зависимостью от поставок первичных энергетических ресурсов из-за пределов своих регионов, высокой изношенностью энергосетей, все это негативно сказывается на развитии территории и ставит под угрозу энергетическую и экономическую безопасность отдельных регионов и государства в целом. В этом связи сложно переоценить значение возобновляемых источнико энергии для энергетической безопасности. Энергетика на основе возобновляемых источников, во-первых, способны снизить зависимость региональных энергосистем от внешних поставок энергоносителя и, во-вторых, обеспечат диверсификацию энергосистемы. Определение приоритетных направлений и мероприятий по освоению потенциала использования местных видов возобновляемой энергии, разработка и реализация целевых программ будет способствовать развитию территории. Полученные результаты могут быть использованы для развития и совершенствования отрасли возобновляемой энергетики, в частности при решении задач обеспечения национальной экономической безопасности за счет диверсификации энергетических источников на внутреннем рынке, а также при формировании подходов к развитию экспорта энергоносителей. Результаты работы могут быть применены министерствами и ведомствами, участвующими в формировании политики в сфере энергетики. В качестве одного из направлений применения результатов проекта могут быть разработаны предложения для Стратегии социально-экономического развития Республики Карелия на период до 2030 года. Рекомендации и результаты могут быть использованы для подготовки и обоснования развития ветровой энергетики в Кемском муниципальном районе и при создании и строительстве малых ГЭС (каскад Белопорожских ГЭС в Беломорском муниципальном районе), а также строительстве дизель-солнечных электростанций в автономных энергетических системах.