CC BY
44
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esj.todav 2020, №2, Том 12 / 2020, No 2, Vol 12 https://esj.today/issue-2-2020.html URL статьи: https://esj.today/PDF/40ECVN220.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Двинин Д.Ю. Оценка эколого-экономической эффективности альтернативной энергетики в регионах Российской Федерации // Вестник Евразийской науки, 2020 №2, https://esj.today/PDF/40ECVN220.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Dvinin D.Yu. (2020). Assessment of the environmental and economic efficiency of alternative energy in the regions of the Russian Federation. The Eurasian Scientific Journal, [online] 2(12). Available at: https://esj.today/PDF/40ECVN220.pdf (in Russian)
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-010-00861
УДК 332.1 ГРНТИ 06.61.33
Двинин Дмитрий Юрьевич
ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет», Челябинск, Россия Доцент кафедры «Геоэкологии и природопользования» Кандидат экономических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http ://e library. ru/author_profile .asp?id=634888
Оценка эколого-экономической эффективности альтернативной энергетики в регионах Российской Федерации
Аннотация. В статье дается оценка эколого-экономических преимуществ развития альтернативной энергетики в регионах Российской Федерации. Оценка осуществлена на основе сравнительного анализа материальной интенсивности (ресурсоемкости) указанной отрасли экономики. Использован критерий суммарных MI (Material Inpu^-чисел позволяющий все природные ресурсы свести к единой величине. Были установлены существенные величины удельной материальной интенсивности (ресурсоемкости) в регионах, где представлены крупные электростанции, работающие на буром угле. Развитие перспективных альтернативных источников энергии в указанных регионах способно дать наибольший эколого-экономический эффект, и привести к существенному снижению негативного влияния на окружающую среду. Существенный эколого-экономический эффект (более чем в 10 раз), при гипотетическом сценарии полного замещения традиционной энергетики альтернативной, проявится в следующих регионах: Рязанская область, Тульская область, Свердловская область, Челябинская область, Алтайский край, Забайкальский край, Кемеровская область, Красноярский край, Омская область, республика Бурятия, Томская область, Сахалинская область, Хабаровский край и Еврейская автономная область, Чукотский автономный округ. Выбросы парниковых газов при указанном сценарии окажутся меньше традиционной энергетики в 13,6 раз. Наиболее перспективны с эколого-экономической точки зрения альтернативные источники энергии, которые способны эффективно снизить уровень интенсивности антропогенного воздействия, имеют незначительные величины удельной материальной интенсивности: ветряная и солнечная энергетики. Установки, работающие на биотопливе, и малые гидроэлектростанции при сравнении с крупными, в горном рельефе, имеют меньшую эффективность. Сравнительная оценка материальной интенсивности российской альтернативной энергетики с иностранными государствами позволила выявить
отсутствие существенных отличий в материальной интенсивности и общем уровне негативного антропогенного воздействия.
Ключевые слова: альтернативная энергетика; эколого-экономическая эффективность; материальная интенсивность; электроэнергетика; природные ресурсы; антропогенное воздействие; регион
При оценке эколого-экономических преимуществ альтернативной энергетики всегда присутствует некоторая неопределенность, вызванная необходимостью использовать особые критерии. Деятельность объектов альтернативной энергетики в большинстве случаев не приводит к формированию выбросов в окружающую среду, так называемых «выходных» потоков, однако при решении природоохранных вопросов именно им уделяется основное внимание. При этом следует четко понимать, они лишь следствие «входных» материальных потоков, потребляемого сырья и энергии. Использование природных ресурсов в производственной деятельности, а также перемещение значительных объемов материальных веществ при этом процессе, более значимый фактор негативного антропогенного воздействия, чем традиционные выбросы и сбросы. В результате подобной деятельности экосистемы оказываются лишены некоторых важных функций, и более не способны обеспечивать требуемые условия для жизнедеятельности. В 90-е годы XX века в России была разработана теория биотической регуляции Горшкова, утверждающая, что выход за пределы устойчивости биосферы, и соответственно возникновение экологических проблем, обусловлено переключением на себя социально-экономической системой материально-энергетических потоков биосферы [1]. Дополнительно следует отметить, адекватная оценка материальных потоков непосредственно позволяет выявить взаимосвязи между природной и социально-экономической системой [2]. Природные ресурсы, как правило, имеют выраженную рыночную цену, и благодаря этому становится возможным более адекватно определять стоимость использования альтернативной энергии. Следует отметить, что в последние годы приобрела популярность концепции «зеленой экономики», и ряд специалистов (Эрнст фон Вайцзеккер) делают прогноз, что в мировой экономике следующий цикл Кондратьева будет связан с ресурсоэффективными технологиями, способствующими решению накопившихся экологических проблем [3]. Поэтому анализ материальной интенсивности экономики имеет не только природоохранный аспект, а и является значимым факторов для определения дальнейшей экономической конкурентоспособности.
Для осуществления подобного анализа материальной интенсивности экономики, требуется применение единого критерия позволяющего проводить оценку потребления различных природных ресурсов, перемещения элементов экосистем, в некоторых случаях не имеющих рыночной цены. Для использования в государственной статистике стран Европейского Союза, Евростатом, предложены следующие критерии: DMI (Direct Input Materials) «Прямой материальный вход» и TMR (Total Material Requirement) «Общее материальное потребление». Указанные критерии позволяют отображать материальное потребление на уровне национальной экономики. Различия между ними не существенны, и определяются учетом (либо игнорированием) скрытых материальных потоков из-за импорта или экспорта продукции. Они дают общую информацию относительно ВВП (валового внутреннего продукта), однако с их помощью затруднительно провести эколого-экономическую оценку отдельных отраслей экономики.
Для отдельных промышленных предприятий может использоваться показатель удельной материалоемкости (ресурсоемкости) продукта или услуги получаемый из методики
Введение
MIPS [4]. Material Input Per Service unit (MIPS) - методика для анализа «входных» материальных потоков в результате производственной деятельности, ее основой является критерий MI (Material Inpu^-чисел. Указанный критерий позволяет оценить совокупный материальный вход продукции на единицу получаемого продукта или услуги [5]. Чаще всего они выражают общее количество используемых природных ресурсов (в килограммах, либо тоннах), необходимых для производства одного килограмма основного продукта. Данные индикаторы постепенно входит в практику проектирования промышленной продукции в ряде стран мира. Расчет MI-чисел осуществляется по следующему алгоритму: изначальный «материальный вход» природных ресурсов, которые необходимы для производства оцениваемой продукта или услуги (включая использование, ремонт, размещение на полигоне отходов), выражается в выбранных единицах массы (в килограммах, либо тоннах) условных природных ресурсов и суммируется. MI-числа вычисленные для всех основных сырьевых материалов и полуфабрикатов размещены на сайте «Вуппертальского института климата и окружающей среды» (Германия) www.wupperinst.org. Используя полученные институтом данные, можно рассчитать MI-числа любых иных сложных по составу продуктов и услуг. В этом случае предварительно требуется получить информацию о составе сложного продукта, о затрачиваемой на его производство энергоресурсах, и собрать сведения о величине формирующихся в процессе производства отходах. Если это необходимо для проектного анализа, используют подразделение поступающих природных ресурсов по пяти категориям «материального входа»: абиотические ресурсы, биотические ресурсы, перемещение почвы, атмосферные и водные ресурсы. Допускается и частичное использование указанных категорий материального входа. Применение различных категорий «материального входа» имеет основание при проектировании продуктов и услуг, однако при оценке и анализе отдельных отраслей экономики подобное подразделение существенно усложняет процесс принятия управленческих решений, в указанном случае необходимо свести данные показатели к единой величине [6].
В исследовании эколого-экономической эффективности альтернативной энергетики предложено использовать авторский критерий суммарных MI-чисел, без необходимости выделения отдельных категорий «материального входа». Все потребляемые природные ресурсы сводятся к единой величине, что и позволяет в дальнейшем эффективно осуществлять эколого-экономическую оценку. Так как суммарные MI-числа выражают общий «материальный вход», они могут использоваться и при анализе материальной интенсивности (ресурсосбережения) региональной социо-эколого-экономической системы. В процессе анализа суммарных MI-чисел объектов электроэнергетики можно выявить зависимость, существующую между уровнем потреблением природных ресурсов и эмиссией парниковых газов, что в дальнейшем дает возможность планировать снижение их эмиссии через осуществление механизмов ресурсосбережения.
Материальная интенсивность (ресурсоемкость) энергетических установок определялась на основе материалов «Вуппертальского института климата и окружающей среды», где указаны удельные показатели для различных источников энергии, с учётом затрат на их производство и функционирование. Осуществлялся инвентаризационный анализ «входных» и «выходных» потоков, далее они переводились в категорию суммарных MI-чисел.
Оценка эколого-экономического эффекта при развитии альтернативной энергетики в регионах Российской Федерации
В результате проведенного ранее исследования было выявлено, существенные величины удельной материальной интенсивности (ресурсоемкости) присутствуют в регионах с крупными электростанциями, работающими на буром угле: Приморский край, Забайкальский край,
Красноярский край, республика Бурятия, Омская область, Челябинская область, Рязанская область, и ряд других. Их деятельность оказывает и значительное негативное воздействие на окружающую среду, что подтверждается высоким уровнем эмиссии парниковых газов в данных регионах, везде удельные величины выше 0,8 кг/кВт-ч СО2-экв [7; 8]. Исключение Красноярский край, обладающий мощными объектами гидроэнергетики. Широкое использование бурых углей ведет к воздействию на атмосферные, почвенные, абиотические и биотические ресурсы, традиционная электроэнергетика данных регионов оказывает очень существенное негативное антропогенное воздействие.
В таблице 1 представлены регионы с традиционной электроэнергетикой обладающей наибольшей материальной интенсивностью (более 1 кг/кВт-ч) и где развитие перспективных альтернативных источников энергии способно дать наибольший эколого-экономический эффект, и привести к существенному снижению негативного влияния на окружающую среду.
Таблица 1
Регионы Российской Федерации, где развитие альтернативной энергетики способно дать наибольший эколого-экономический эффект
Регионы Суммарные MI-числа традиционной электроэнергетики, кг/кВт-ч Во сколько раз снизится удельная материальная интенсивность при условии полного замещения альтернативной энергетикой Удельная эмиссия парниковых газов, кг/кВт-ч (трад. энерг./альт. энерг.)
Центральный федеральный округ
Брянская область 1,35 9 0,72/0
Ивановская область 1,01 6,73 0,54/0
Калужская область 1,03 6,87 0,55/0
Московская область 1,2 8 0,55/0
Рязанская область 2,73 18,2 1,29/0
Тамбовская область 1,05 7 0,56/0
Тульская область 1,9 12,67 0,99/0
Северо-Западный федеральный округ
Архангельская область 1,23 8,2 0,66/0
Вологодская область 1,49 9,93 0,74/0
Республика Коми 1,29 8,6 0,67/0
Ненецкий АО 1,36 9,07 0,93/0
Новгородская область 1,29 8,6 0,63/0
Псковская область 1,02 6,8 0,54/0
Южный федеральный округ
Астраханская область 1,13 7,53 0,61/0
г. Севастополь 1,18 7,87 0,63/0
Северо-Кавказский федеральный округ
Ставропольский край 1,01 6,73 0,54/0
Приволжский федеральный округ
Оренбургская область 1,0 6,67 0,53/0
Республика Башкортостан 1,05 7 0,52/0
Республика Мордовия 1,01 6,73 0,54/0
Суммарные Во сколько раз снизится удельная Удельная эмиссия
Регионы MI-числа традиционной электроэнергетики, материальная интенсивность при условии полного замещения парниковых газов, кг/кВт-ч (трад.
кг/кВт-ч альтернативной энергетикой энерг./альт. энерг.)
Уральский федеральный округ
Курганская область 1,32 8,8 0,58/0
Свердловская область 1,64 10,93 0,76/0
Тюменская область 1,22 8,13 0,49/0
Ханты-Мансийский автономный округ 1,18 7,87 0,49/0
Челябинская 1,81 12,07 0,87/0
область
Сибирский федеральный округ
Алтайский край 3,14 20,93 1,26/0
Забайкальский край 4,90 32,67 1,08/0
Кемеровская область 2,05 13,67 1,05/0
Красноярский край 1,99 13,27 0,47/0
Новосибирская область 1,38 9,2 0,71/0
Омская область 2,24 14,93 0,89/0
Республика Бурятия 4,49 29,93 1,09/0
Республика Тыва 1,29 8,6 0,5/0
Томская область 1,71 11,4 0,77/0
Дальневосточный федеральный округ
Приморский край 4,02 26,8 1,10/0
Сахалинская область 1,54 10,27 0,75/0
Хабаровский край с ЕАО 1,98 13,2 0,79/0
Чукотский автономный округ 2,28 15,2 0,82/0
Якутия (Саха) республика 1,03 6,87 0,55/0
Российская 1,04 6,93 0,41/0,03
Федерация
Составлено автором по данным из литературных источников [7; 8] и информационного портала energybase.ru1
Значительные удельные объемы природных ресурсов, потребляемых традиционной электроэнергетикой, установлены в трех федеральных округах: Центральном, Сибирском и Уральском. В основном из-за наличия крупных угольных ГРЭС, именно они формируют такие экологические проблемы как выбросы и сбросы в атмосферу, гидросферу, создают шлакоотвалы, опосредованно преобразуют удаленные экосистемы при добыче и обогащении ископаемого топлива. Наибольший эколого-экономический эффект (более чем в 10 раз), при гипотетическом сценарии полного замещения традиционной энергетики альтернативной, проявится в следующих регионах: Рязанская область (18,2 раза), Тульская область (12,67 раз), Свердловская область (10,93 раз), Челябинская область (12,07 раз), Алтайский край (20,93 раз), Забайкальский край (32,67 раз), Кемеровская область (13,67 раз), Красноярский край (13,27 раз), Омская область (14,93 раз), республика Бурятия (29,93 раз), Томская область (11,4 раза), Сахалинская область (10,27 раз), Хабаровский край и Еврейская автономная область (13,2 раза),
1 Информационный портал energybase.ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://energybase.ru. Страница 5 из 9
Чукотский автономный округ (15,2 раза). Выбросы парниковых газов при функционировании объектов альтернативной электроэнергетики в Российской Федерации - минимальны. Их удельная величина составляет 0,03 кг/кВт-ч, что меньше традиционной энергетики в 13,6 раза и обусловлена исключительно деятельностью установок на биотопливе.
Наиболее перспективные с эколого-экономической точки зрения альтернативные источники энергии и способные эффективно снизить уровень интенсивности антропогенного воздействия, имеют незначительные величины удельной материальной интенсивности (ресурсоемкости) [9; 10]. Наименьшие величины удельной материальной интенсивности в суммарных М1-числах установлены у ветряной электроэнергетики - 0,1 кг/кВт-ч и 0,83 кг/кВт-ч водных ресурсов, а также у солнечной энергетики - 0,12 кг/кВт-ч и 4,93 кг/кВт-ч водных ресурсов. Объекты альтернативной энергетики, работающие на биотопливе, имеют значительно меньшую эколого-экономическую эффективность - 3,24 кг/кВт-ч и 1,75 кг/кВт-ч водных ресурсов. Малые гидроэлектростанции (ГЭС) имеют высокие удельные величины использования водных ресурсов, в особенности небольшие равнинные станции, при сравнении с крупными ГЭС на реках со значительным перепадом высот, поэтому в большинстве случаев их эколого-экономическая эффективность относительно невысокая. Установлено, что в процессе деятельности объектов альтернативной энергетики в Российской Федерации значительному негативному воздействию подвергаются следующие элементы экосистем: абиотические и биотические, почвенные ресурсы, влияние на атмосферный воздух присутствует в значительно меньшей степени.
Сравнительная оценка материальной интенсивности российской альтернативной энергетики с иностранными государствами
При осуществлении сравнительной оценки материальной интенсивности российской альтернативной энергетики с иностранными государствами, в первую очередь следует обратить внимание на опыт Европейского Союза. Именно в странах являющегося его членами, альтернативная энергетика развивается достаточно быстро, и в некоторых странах, таких как Германия, достигла доли в энергетическом балансе в 47 %, в Финляндии около 30 %. Для солнечной энергетики сравнительный анализ лучше осуществлять с регионами, где географические условия наиболее благоприятны для ее развития - Ближний Восток и страны Северной Африки. Из литературных источников [11; 12] и собственных исследований автора были получены следующие данные, представленные в таблице 2.
Таблица 2
Сравнительная оценка материальной интенсивности российской альтернативной энергетики с другими государствами
Источник альтернативной энергии Суммарное MI-число, кг/кВт-ч Потребление воды, кг/кВт-ч Страна или регион
ВЭС (ветряные электростанции) мощностью 5 МВт 0,11 0,84 Германия
ВЭС 0,07 0,17 Финляндия
ВЭС 0,1 0,84 Российская Федерация
БиоЭС (электростанции работающие на биотопливе) мощностью 400 кВт 4,87 1,75 Германия
БиоЭС 3,24 1,75 Российская Федерация
СЭС (солнечные электростанции) 0,12 4,93 Российская Федерация
СЭС работающие на основе параболлического желоба 0,21 6,46 Ближний Восток и Северная Африка
Источник альтернативной энергии Суммарное MI-число, кг/кВт-ч Потребление воды, кг/кВт-ч Страна или регион
СЭС работающие на основе отражателей Френеля 0,21 9,18 Ближний Восток и Северная Африка
СЭС работающие на основе центрального приемника 0,13 4,93 Ближний Восток и Северная Африка
Составлено автором по данным из литературных источников [11; 12] и Вуппертальского института климата и окружающей среды (Германия)2
В результате, можно выявить следующую закономерность, в большинстве случаев удельная материальная интенсивность, а соответственно и общее антропогенное воздействие, не имеет существенных отличий у российской альтернативной энергетики при сравнении с другими странами. Объясняется данная ситуация использованием в отечественной практике, в большинстве случаев, иностранных технологий и установок получения альтернативных источников энергии, поэтому закономерно, удельные величины с другими странами отличаться сильно не могут. Соответственно, аналогичные элементы экосистем будут подвергаться и антропогенному воздействию при их деятельности, это прежде всего абиотические, биотические, почвенные ресурсы, небольшое влияние оказываться на атмосферный воздух. Единственное некоторое отличие связано с удельной материальной интенсивностью установок, работающих на биотопливе, что объясняется большой зависимостью, в данном случае, особенностью местного биотоплива и разнообразием конкретных технических решений по получению энергии.
Заключение
Таким образом, в результате проведенного исследования можно установить, что широкое развитие альтернативной энергетики способно принести значимый эколого-экономический эффект. В 15 регионах Российской Федерации гипотетический сценарий замещения традиционной энергетики альтернативной способен снизить материальную интенсивность отрасли, а значит обеспечить и снижение негативного антропогенного воздействия, более чем в 10 раз. Ветряная и солнечная энергетика наиболее перспективны с эколого-экономической точки для развития в Российской Федерации, поскольку имеют незначительные величины удельной материальной интенсивности и способны существенно снизить негативное антропогенное воздействие. Установки, работающие на биотопливе, обладают значительно меньшей эффективностью, а малые гидроэлектростанции не всегда показывают высокую эффективность при сравнении с крупными гидроэлектростанциями, расположенными в горном рельефе. Сравнение материальной интенсивности российской альтернативной энергетики с иностранными государствами позволяет установить незначительное отличие российской энергетики от иностранной, что объясняется широким применением иностранных технологий и установок в указанной отрасли экономики.
2 Wuppertal Institut. MIPS Online. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mips-online.info. Страница 7 из 9
ЛИТЕРАТУРА
1. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.: ВИНИТИ, 1995. 470 с.
2. Бобылев С.Н., Кудрявцева О.В., Соловьева С.В., Ситкина К.С. Индикаторы экологически устойчивого развития: региональное измерение // Вестник Московского университета. Серия 6: Экономика. 2018. № 2. С. 21-33.
3. Вайцзеккер Э., Харгроуз К. Фактор пять. Формула устойчивого роста: Доклад Римскому клубу. М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2013. 368 с.
4. Schmidt-Bleek F. The Earth: Natural Resources and Human Intervention (Sustainability Project). London: Haus publishing, 2009. 270 p.
5. Сергиенко О.И., Рон Х. Основы теории эко-эффективности. СПб: СПбГУНиПТ, 2004. 223 с.
6. Двинин Д.Ю. Оценка эколого-экономических преимуществ альтернативной электроэнергетики в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах России // Вестник Евразийской науки. 2018. № 4. Том 10. https://esj .today/PDF/14ECVN418.pdf.
7. Двинин Д.Ю. Оценка существенности материальной интенсивности электроэнергетики регионов России // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 8 (62). С. 11-13.
8. Двинин, Д.Ю. Эколого-экономическая оценка материальной интенсивности электроэнергетики Сибирского федерального округа / Д.Ю. Двинин // Фундаментальные исследования. 2016. № 4 (2). С. 387-391.
9. Порфирьев Б.Н. Альтернативная энергетика как фактор эколого-энергетической безопасности: особенности России // Экономика региона. 2011. №2. С. 137-143.
10. Белик И.С., Стародубец Н.В., Майорова Т.В., Ячменева А.И. Механизмы реализации концепции низкоуглеродного развития экономики. Уфа: 2016. 119 с.
11. Wiesen K., Teubler J., Rohn H. Resource Use of Wind Farms in the German North Sea - The Example of Alpha Ventus and Bard Offshore I // Resources. 2013. № 2. Pp. 504516.
12. Kotakorpi E., Lahteenoja S., Lettenmeier M. Household MIPS: natural resource consumption of Finnish households and its reduction. - Helsinki: Ministry of the Environment - The Finnish Environment, 2008. 157 p.
Dvinin Dmitry Yurievich
Chelyabinsk state university, Chelyabinsk, Russia E-mail: [email protected]
Assessment of the environmental and economic efficiency of alternative energy in the regions of the Russian Federation
Abstract. The article assesses the environmental and economic benefits of the development of alternative energy in the regions of the Russian Federation. The assessment was carried out on the basis of a comparative analysis of the material intensity (resource intensity) of the indicated branch of the economy. The criterion of total MI (Material Input)-number is used, which allows reducing all natural resources to a single value. Significant values of specific material intensity (resource intensity) were established in regions where large brown coal-fired power plants are represented. The development of promising alternative energy sources in these regions can give the greatest environmental and economic effect, and lead to a significant reduction in negative environmental impact. A significant environmental and economic effect (more than 10 times), under the hypothetical scenario of the complete replacement of traditional alternative energy, will manifest itself in the following regions: Ryazan region, Tula region, Sverdlovsk region, Chelyabinsk region, Altai territory, Trans-Baikal region, Kemerovo region, Krasnoyarsk region , Omsk Region, Republic of Buryatia, Tomsk Region, Sakhalin Region, Khabarovsk Territory and Jewish Autonomous Region, Chukotka Autonomous Region. Greenhouse gas emissions under this scenario will be 13.6 times less than traditional energy. The most promising from an environmental and economic point of view, alternative energy sources that can effectively reduce the level of intensity of anthropogenic impact have insignificant specific material intensities: wind and solar energy. Biofuel plants and small hydropower plants, when compared with large ones, in mountainous terrain, have less efficiency. A comparative assessment of the material intensity of Russian alternative energy with foreign countries revealed the absence of significant differences in material intensity and the overall level of negative anthropogenic impact.
Keywords: alternative energy; environmental and economic efficiency; material intensity; electric power; natural resources; human impact; region
40ECVN220
