CC BY
8Статья поступила в редакцию 26.04.11. Ред. рег. № 996
The article has entered in publishing office 26.04.11. Ed. reg. No. 996
УДК 621.311.24
ВОЗМОЖНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КРУПНОМАСШТАБНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ В РОССИИ
В.Г. Николаев
НИЦ «АТМОГРАФ» 117335, Москва, ул. Профсоюзная, д. 42/4, офис 1 Тел./факс: 8-499-744-41-63, E-mail: atmograph@gmail.com
Заключение совета рецензентов: 27.04.11 Заключение совета экспертов: 28.04.11 Принято к публикации: 30.04.11
В статье проведен анализ современного состояния и прогноз энергетических и экологических показателей ТЭК России до 2030 г. Проведены оценки возможного экологического эффекта от широкомасштабного внедрения ветроэлектрических станций в энергетику России с достижимыми показателями их суммарной установленной мощности в 2020 и 2030 гг. в объеме до 7 ГВт и 30 ГВт соответственно. При реализации предлагаемых сценариев развития российской ветроэнергетики прогнозируемое суммарное предотвращение выбросов парниковых газов (СО2) к 2050 г. может составить от 1,0 до 1,4 млрд т, то есть сократить их эмиссию в российской электроэнергетике на 8-10%.
Ключевые слова: топливно-энергетический комплекс, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетика, ветроэлектрические станции.
POSSIBLE ECOLOGICAL EFFECT OF LARGE SCALE USE OF WIND POWER PLANTS IN RUSSIA
V.G. Nikolaev
RIC "ATMOGRAPH" 42/4, office 1, Profsoyuznaya str., Moscow, 117335, Russia Tel./fax: 8-499-744-41-63, E-mail: atmograph@gmail.com
Referred: 27.04.11 Expertise: 28.04.11 Accepted: 30.04.11
The analyses of modern status and forecast of energetic and ecological indexes of Russian fuel-power complex up to 2030 is given. The estimations of possible ecological effect of large scale use of wind power plants in Russian electric power engineering in a volume of 7 GW and 30 GW in 2020 and 2030 yy. respectively were carried out in the paper. Due to realization of the suggested scenario of Russian wind power engineering the forecasted total decreasing of hot-bed gases (СО2) emission till 2050 y. may reach 1,1-1,4 billion tons, or 8-10% to total power plants emission.
Keywords: fuel-power complex, renewable energy sources, wind power engineering, wind electrical plants.
Современное состояние и прогноз энергетических и экологических показателей ТЭК России до 2030 г.
Россия является одной из самых больших по территории (13% территории планеты при численности населения 2,8%) и богатейших по природным ресурсам стран мира. На долю России приходится примерно седьмая часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире, в том числе около 38% природного газа, 13% нефти, 12% угля. В эффективном и рациональном освоении этих природных ресурсов заинтересована не только сама Россия, но все мировое сообщество.
Отраслям ТЭК традиционно отводится ведущее место в совокупном производстве товарной продукции страны, они являются основным источником внешних и внутренних финансовых поступлений.
Доля ТЭК в промышленном производстве РФ составляет около 25%, в производственных фондах -60%, в экспорте - 50%, в налоговых поступлениях в федеральный бюджет - 40%, в капиталовложениях -50%, в численности производственного персонала порядка 13% [1, 2].
В то же время нефтегазовая, угольная и электроэнергетическая отрасли являются крупнейшими загрязнителями природной среды. Деятельность предприятий ТЭК РФ на 2006 г. давала около 56% выбросов загрязняющих атмосферу веществ и до 70% выбросов парниковых газов, 24% сбросов загрязненных сточных вод в гидросферу и более 30% твердых отходов производства [1]. Одной из наиболее экологически значимых отраслей современной России является электроэнергетика, установленная мощность и ежегодная выработка электростанций которой составляет в настоящее время, соответственно, около 216 ГВт и 1000 млрд кВтч (рис.
1, 2). Доля потребляемой электроэнергии предприятиями в ТЭК России составляет 34% от производимой в стране. На долю электроэнергетики приходится до 20% выбросов загрязняющих атмосферу веществ, 12% сбросов загрязненных сточных вод, 7% твердых отходов производства, а также до 60% выбросов парниковых газов [1]. На 2005 г. годовые затраты на охрану окружающей среды в российской электроэнергетике составляли около 270 млн ЕВРО - около 7% от вложенных в нее годовых инвестиций. Ежегодные вложения в электроэнергетику РФ составляли в 2005-2007 гг. около 4 млрд ЕВРО (порядка 1% от суммарных годовых инвестиций в мировую энергетику) [1].
Рис. 1. Суммарная выработка электроэнергии в России согласно Энергетической стратегии РФ [3] Fig. 1. Total electricity production in Russia according to Energetic strategy of Russian Federation [3]
Рис. 2. Выработка электроэнергии электростанциями
России различных типов Fig. 2. Electricity production from Russian power plants of different types
Наибольшее влияние электроэнергетики на климат планеты оказывают выбросы в атмосферу парниковых газов, основным из которых является двуокись углерода СО2. В начале 1990-х годов выбросы СО2 в мире оценивались в 22 млрд т/год, при этом лидерами по
загрязнению атмосферного воздуха являлись США (1,35 млрд т), страны Западной Европы (1,00 млрд т), СССР (0,70 млрд т), Китай (0,60 млрд т). С 1990-х годов и, по оценкам Международного Энергетического Агентства, до 2020 г. ожидается рост электропотребления в мире порядка 2% в год, при этом уже в 2011 г. годовая мировая эмиссия СО2 может составить 29-30 млрд т. В то же время согласно Киотскому соглашению объем выбросов к 2020 г. должен быть сокращен на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 г., то есть не превышать 21 млрд т/год.
Количественная оценка эмиссии в атмосферу СО2, выделяемого объектами энергетики России, проведена с учетом целевых показателей объемов и структуры производства энергии, запланированных в принятой Энергетической стратегии [2], а также действующих в России нормативов на выбросы основных видов загрязнителей при сжигании ископаемого органического топлива: природного газа, угля, мазута [1].
В соответствии с Энергетической стратегией планировалось снижение энергоемкости совокупного производства страны на 26-28% к 2010 г. и на 49% в общем к 2020 г. в зависимости от сценариев развития страны: умеренного и оптимистического (с темпами роста ВВП - 4,2 и 6% при снижении его энергоемкости на 3 и 4% в год соответственно) [3].
Динамика выбросов парниковых газов в значительной степени определяется структурой внутреннего потребления энергоресурсов. Доли потребления основных видов ископаемого топлива при указанных сценариях составят: по газу - 50 и 45-46%, по жидкому топливу - 20 и 21-22%, по углю - 19 и 20-21%. Рост выбросов СО2 в России соответствует темпам роста внутреннего энергопотребления и составит для умеренного и оптимистического сценария - 1,2% и 2% в год соответственно.
Существующие и прогнозируемые объемы
выбросов СО2 в атмосферу ТЭК РФ, млн т Present and forecasting volumes of СО2 emission into atmosphere by fuel-power complex of Russia, million tons
Сценарий Объемы выбросов СО2 в атмосферу ТЭК РФ, млн т по годам
1990 2000 2005 2010 2015 2020
Умеренный 2450 1460 1673 1885 2084 2304
Оптимистический 2450 1460 1673 1798 1909 2028
Выбросы СО2 при намеченном внутреннем энергопотреблении составят к 2020 г. по умеренному сценарию около 2 млрд т, или 82% к уровню 1990 г., и по оптимистическому сценарию - 2,3 млрд т, или 94% к базовому году (таблица). Расчетные оценки выбросов СО2 в 2020 г. в электроэнергетике, определенные Энергетической стратегией 2020, составляют
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
по умеренному и оптимистическому сценариям развития российской экономики около 740 и 800 млн т в год соответственно [2].
Перспективы использования ВИЭ в России
Важнейшим стратегическим направлением развития ТЭК РФ и снижения его отрицательного воздействия на окружающую среду является совершенствование существующих и внедрение новых экологически безопасных и сберегающих топливные ресурсы технологий. Как показывает мировой опыт, значительный прогресс в этом может обеспечить крупномасштабное использование ВИЭ, и в большой степени ВЭС [4].
В настоящее время в России получил масштабное развитие только один вид ВИЭ - большая гидроэнергетика, вырабатывающая около 16% электроэнергии страны. Доля остальных видов ВИЭ в энергетическом балансе страны не превышает 1%. При этом Россия обладает огромными запасами других возобновляемых энергоресурсов (солнечных, геотермальных, ветровых, биомассы). Суммарный экономический потенциал ВИЭ оценивается в 270 млн т условного топлива, что составляет около 25% годового потребления всех энергоресурсов России [5]. Технический и экономический потенциал ВИЭ постоянно увеличивается в связи с непрерывным совершенствованием технологий и удорожанием традиционного органического топлива.
Цели, определяющие вклад ВИЭ в производство электроэнергии в России, поставлены Распоряжением Правительства 1-р от 08.01.2009 г. В соответствии с принятым Распоряжением планируется увеличение совокупной доли ВИЭ в выработке электроэнергии страны в 2015 и 2020 г. до 2,5 и 4,5% соответственно (без больших ГЭС). С учетом больших ГЭС доля выработки электроэнергии всеми видами ВИЭ в 2020 году должна составить около 20%.
госберегающих, природоохранных и экологических нормативов РФ;
- высокой технической и экономической конкурентоспособностью современных ВЭС с традиционными технологиями электрогенерации в России на базе ТЭС, АЭС и ГЭС;
- высоким уровнем технологий ВЭС в мире и возможностями быстрого их трансферта и эффективного использования в России;
- разработкой и принятием в последнее время ряда законодательных поправок к правовой базе энергетики России и нескольких постановлений Правительства РФ в области ВИЭ, в том числе Распоряжения Правительства РФ 1-р. В соответствии с этими постановлениями подразумевается, что суммарная установленная мощность ВЭС в России в 2015 и 2020 г. должна составлять 1500 и 7000 МВт соответственно [6];
- наличием богатейшего ветроэнергетического потенциала (ВЭП) во многих регионах России, а также высоким уровнем его изученности и наличием эффективных, в том числе отечественных, методик быстрого и экономичного проведения технико-экономического обоснования ветроэнергетических проектов [3].
Большие запасы ветроэнергетических ресурсов и территориальные возможности России для оптимального размещения ВЭС позволяют использовать их для выработки электроэнергии в большинстве регионов России практически в любых масштабах [3, 4]. Потребность масштабного внедрения ВЭС обусловлена также существующим и ожидаемым дефицитом энергии, связанным с необходимостью обновления устаревших и выработавших ресурс энергетических мощностей страны и наращивания существующих электрогенерирующих мощностей России до 2,0% в год в свете принятой руководством страны стратегии ускоренного развития отечественной экономики [4, 6].
Перспективы и возможные масштабы использования ВЭС в России
Технический потенциал одних только ВЭС оценивается в 11,5 млрд т условного топлива в год, что более чем в 10 раз превышает объем современного потребления электроэнергии страны. При этом в настоящее время суммарная установленная мощность ВЭС в России не превышает 15 МВт. В современной России отсутствует производство ВЭУ средней и большой мощности, составляющих основу современной мировой ветроэнергетики. Тем не менее, в России имеются все предпосылки ускоренного развития и широкомасштабного внедрения ВЭС в единую энергетическую систему страны, обусловленные следующими факторами:
- необходимостью выполнения обязательств России по Киотскому протоколу и Конвенции ООН по охране окружающей среды и климата, а также энер-
/
Т
—скроет суммарной номинальной мощности ВЭС до 30 ГВт -х— Выработка эл.энергии при росте мощности ВЭС до 30 - - ■=1 GL - Ц -
/ / (В о ю то О- . _о СО О а. -<л X <п —
ш - л Ü 0 1 - 3" о 5 Х.Х + fj
■4
X«* нч 41 т 71 У Pi4cr
Рис. 3. Предлагаемый автором сценарий роста установленных мощностей ВЭС в России до 2030 г. Fig. 3. Author's scenario of wind power plant installed capacity growth in Russia up to 2030
На рис. 3 приведены графики темпов роста в России ВЭС с КШМ = 30% до 2020 г. в объемах, подразу-
меваемых Распоряжением Правительства от 8.01.2009 г. (суммарной мощностью 7000 МВт с ежегодной выработкой электроэнергии около 17,5 млрд кВтч). После 2020 г., в соответствии с предлагаемым автором сценарием, суммарная мощность ВЭС доводится до 28-30 ГВт к 2030 г. с ежегодной выработкой электроэнергии до 70-75 млрд кВт ч с последующим прекращением наращивания их суммарной мощности, но с заменой на новые выработавших 20-летний ресурс.
Рубеж 30 ГВт к 2030 г. определен в соответствии с технологическими ограничениями использования ВЭС в России, основной из которых связан с ограниченными возможностями электрических сетей по приему мощностей в нестабильном режиме. Общепринятым в мировой практике считается допустимый 20%-й вклад ВЭС в суммарные мощности энергосистем. Темпы наращивания суммарных мощностей ВЭС выбраны в соответствии с производственно-технологическими возможностями ввода ВЭС, основанными на опыте развития ветроэнергетики в ведущих странах (рис. 4).
Рис. 4. Темпы нарастания суммарных установленных мощностей ВЭС по странам и прогнозный сценарий для России Fig. 4. Speed of wind power plant installed capacity growth for countries and forecasted scenario for Russia
Опыт ведущих в мировой ветроэнергетике стран наглядно доказывает, что использование ВЭС для выработки электроэнергии на уровне 7-10% от суммарной является технологически допустимым и экономически эффективным (Германия, Дания, Испания, Португалия).
Уровень современных технологий и возможности мирового производства и рынка позволяют при эффективной поддержке государства достигать доли ВЭС в суммарной выработке электроэнергии на уровне 5-10% за время порядка 7-12 лет.
Как показывает анализ, ряд активно развивающих ветроэнергетику стран в значительной степени обеспечены собственным углеводородным сырьем: нефтью (Великобритания, Германия, Дания, Канада, США, Китай, Египет), газом (Нидерланды, Канада, США, Австралия), углем (Германия, Польша, Кана-
да, США, Индия, Китай, Турция, Австралия), а также ураном (Франция, США, Индия) и обладают при этом весьма совершенными технологиями и опытом выработки энергии на их основе.
Этот факт существенно ослабляет расхожий аргумент оппонентов масштабного развития ВЭС в России, уповающий на большие, в отличие от других стран, запасы и традиционно развитые технологии добычи углеводородов и ядерного топлива и выработку на их основе дешевой электроэнергии и оправдывающий отставание в области ВИЭ от таких стран, как Италия, Франции, США, Япония и др.
Предлагаемые автором сценарии развития отечественной ветроэнергетики соответствуют средним темпам развития ветроэнергетики в таких странах, как Испания, Индия, Турция, которые согласно проведенному анализу вполне достижимы с учетом кадрового, технологического и производственного уровня современной России. Данный сценарий подразумевает доведение к 2030 г. суммарной установленной мощности ВЭС в России до 28-30 ГВт. Достижение этих рубежей позволит довести долю ВЭС до 5-7% от суммарного производства электроэнергии страны.
Возможный экологический эффект использования ВЭС в России
Экологический эффект от реализации национального ветроэнергетического проекта с определенными выше параметрами (30 ГВт в 2030 г.) приведен на рис. 5 и 6.
В результате реализации предлагаемых сценариев развития российской ветроэнергетики прогнозируемое суммарное предотвращение выбросов парниковых газов (СО2) к 2050 г. может составить, согласно рис. 6, от 1,0 до 1,4 млрд т, то есть сократить их эмиссию в российской электроэнергетике на 8-10%. Как видно из рис. 6, без широкомасштабного использования ВЭС выполнение Россией принятых обязательств по Киотскому протоколу представляется затруднительным.
Рис. 5. Эмиссия СО2 в электроэнергетике РФ при разных сценариях использования ВЭС Fig. 5. Со2 emission from electrical power engineering for different scenarios of wind power plants use
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Рис. 6. Предотвращение выбросов СО2 при разных сценариях использования ВЭС в электроэнергетике России Fig. 6. СО2 emission preventing for different scenarios of wind power plants use in Russian electrical power engineering
Наибольший экологический эффект применения ВЭС в России может быть достигнут при их использовании в курортных районах (Калининградская область, Краснодарский и Ставропольский края) и заповедных зонах страны, а также неблагоприятных по экологической обстановке районах с развитой индустрией в Центральном, Приволжском, Уральском, Южном федеральных округах.
Список литературы
1. ТЭК и экология. М.: Министерство промышленности и энергетики РФ, Институт энергетической стратегии, Институт Глобальных проблем энергоэффективности и экологии, Издательский дом «Энергия», 2007.
2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. Минэнерго РФ. М.: ГУ ИЭС, 2009.
3. Николаев В.Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов России и методические основы их определения. М.: «Атмограф», 2007.
4. Концепция использования ветровой энергии в России. Под ред. д.т.н. Безруких П.П., Комитет Российского Союза научных и инженерных общественных организаций по проблемам использования ВИЭ. М., 2005.
5. Безруких П.П., Дегтярев В.В., Елистратов В.В., Панцхава У.С. и др. Справочник по ресурсам ВИЭ РФ и местным видам топлива. М.: «ИАЦ Энергия»,
2007.
6. Николаев В.Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И., Вальтер Р., Виллемс П., Санковский А.Г. Под. Ред. Николаева В.Г. Перспективы развития возобновляемых источников энергии в России. Результаты проекта ТАСИС. М.: «Атмограф», 2010.
7. Renewables in Russia: from Opportunity to Reality. International Energy Agency. OECD / IEA,
2008.
ГхГ*
- TATA —
LXJ
