ЭНЕРГЕТИКА: ПРОГНОЗ С ПОЗИЦИИ
УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Согласно каким законам будет развиваться энергетика мира в
будущем, исходя из ООНовской Концепции устойчивого развития
человечества? Результаты исследований иркутских ученых,
сопоставление их с работами других авторов позволили установить
ряд общих закономерностей и особенностей.
Концепция устойчивого развития человечества, сформулированная на
Конференции ООН 1992 г. в Рио-де-Жанейро, несомненно, затрагивает
и энергетику. (Работа и материалы Конференции в Рио достаточно
хорошо представлены в Информационном обзоре 1992 г. академика
В.Коптюга, который принимал активное участие в ее подготовке и
проведении). На Конференции показано, что человечество не может
продолжать развиваться традиционным путем, который
характеризуется нерациональным использованием природных ресурсов
и прогрессирующим негативным воздействием на окружающую среду.
Если развивающиеся страны пойдут тем же путем, каким развитые
страны достигли своего благополучия, то глобальная экологическая
катастрофа будет неизбежна.
В основе концепции устойчивого развития лежит объективная
необходимость (а также право и неизбежность)
социально-экономического развития стран третьего мира. Развитые
страны могли бы, по-видимому, "смириться" (по крайней мере, на
какое-то время) с достигнутым уровнем благосостояния и
потребления ресурсов планеты. Однако речь идет не просто о
сохранении окружающей среды и условий существования человечества,
но и об одновременном повышении социально-экономического уровня
развивающихся стран ("Юга") и приближении его к уровню развитых
стран ("Севера"). О том, насколько это важно, свидетельствует
проведенный нами анализ отставания развивающихся стран (Индии,
Бразилии, Египта и др.) от США по времени достижения одинаковых
значений удельного (на душу населения) валового внутреннего
продукта (ВВП). Оказалось, что в течение XX века это отставание
для большинства развивающихся стран практически не уменьшилось.
Оно составляло 50--80 лет как в начале, так и в конце XX века.
Требования к энергетике устойчивого развития будут конечно шире,
чем к экологически чистой энергетике. Требования неисчерпаемости
используемых энергетических ресурсов и экологической чистоты,
заложенные в концепции экологически чистой энергетической
системы, удовлетворяют двум важнейшим принципам устойчивого
развития -- соблюдение интересов будущих поколений и сохранение
окружающей среды. Анализируя остальные принципы и особенности
концепции устойчивого развития, можно заключить, что к энергетике
в данном случае следует предъявить, как минимум, два
дополнительных требования:
-- обеспечение энергопотребления (в том числе, энергетических
услуг населению) не ниже определенного социального минимума;
-- развитие национальной энергетики (так же, как и экономики)
должно быть взаимно скоординировано с развитием ее на
региональном и глобальном уровнях.
Первое вытекает из принципов приоритета социальных факторов и
обеспечения социальной справедливости: для реализации права людей
на здоровую и плодотворную жизнь, уменьшения разрыва в уровне
жизни народов мира, искоренения бедности и нищеты, необходимо
обеспечить определенный прожиточный минимум, в том числе,
удовлетворение минимально необходимых потребностей в энергии
населения и экономики.
Второе требование связано с глобальным характером надвигающейся
экологической катастрофы и необходимостью скоординированных
действий всего мирового сообщества по устранению этой угрозы.
Даже страны, имеющие достаточные собственные энергетические
ресурсы, как, например, Россия, не могут изолированно планировать
развитие своей энергетики из-за необходимости учитывать
глобальные и региональные экологические и экономические
ограничения.
В 1998--2000 гг. в ИСЭМ СО РАН проведены исследования перспектив
развития энергетики мира и его регионов в XXI веке, в которых
наряду с обычно ставящимися целями определения долгосрочных
тенденций в развитии энергетики, рациональных направлений НТП и
т.п. сделана попытка проверки получаемых вариантов развития
энергетики "на устойчивость", т.е. на соответствие условиям и
требованиям устойчивого развития. При этом, в отличие от
вариантов развития, разрабатывавшихся ранее по принципу "что
будет, если...", авторы попытались предложить по возможности
правдоподобный прогноз развития энергетики мира и его регионов в
XXI веке. При всей его условности дается более реалистичное
представление о будущем энергетики, ее возможном влиянии на
окружающую среду, необходимых экономических затратах и др.
Общая схема этих исследований в значительной мере традиционна:
использование математических моделей, для которых готовится
информация по энергетическим потребностям, ресурсам, технологиям,
ограничениям. Для учета неопределенности информации, в первую
очередь по потребностям в энергии и ограничениям, формируется
набор сценариев будущих условий развития энергетики. Результаты
расчетов на моделях затем анализируются с соответствующими
выводами и рекомендациями.
Основным инструментом исследований являлась Глобальная
энергетическая модель GEM-10R. Эта модель -- оптимизационная,
линейная, статическая, многорегиональная. Как правило, мир
делился на 10 регионов: Северная Америка, Европа, страны бывшего
СССР, Латинская Америка, Китай и др. Модель оптимизирует
структуру энергетики одновременно всех регионов с учетом
экспорта-импорта топлива и энергии по 25-летним интервалам --
2025, 2050, 2075 и 2100 гг. Оптимизируется вся технологическая
цепочка, начиная с добычи (или производства) первичных
энергоресурсов, кончая технологиями производства четырех видов
конечной энергии (электрической, тепловой, механической и
химической). В модели представлено несколько сот технологий
производства, переработки, транспорта и потребления первичных
энергоресурсов и вторичных энергоносителей. Предусмотрены
экологические региональные и глобальные ограничения (на выбросы
СО2, SO2 и твердых частиц), ограничения на развитие
технологий, расчет затрат на развитие и функционирование
энергетики регионов, определение двойственных оценок и др.
Первичные энергетические ресурсы (в том числе, возобновляемые) в
регионах задаются с разделением на 4--9 стоимостных категорий.
Анализ результатов показал, что полученные варианты развития
энергетики мира и регионов по-прежнему трудно реализуемы и не
вполне отвечают требованиям и условиям устойчивого развития мира
в социально-экономических аспектах. В частности,
рассматривавшийся уровень энергопотребления представился, с одной
стороны, трудно достижимым, а с другой стороны -- не
обеспечивающим желаемого приближения развивающихся стран к
развитым по уровню душевого энергопотребления и экономического
развития (удельному ВВП). В связи с этим был выполнен новый
прогноз энергопотребления (пониженного) в предположении более
высоких темпов снижения энергоемкости ВВП и оказания
экономической помощи развитых стран развивающимся.
Высокий уровень энергопотребления определен исходя из удельных
ВВП, в основном соответствующих прогнозам Мирового банка. При
этом в конце XXI века развивающиеся страны достигнут лишь
современного уровня ВВП развитых стран, т.е. отставание составит
около 100 лет. В варианте низкого энергопотребления размер помощи
развитых стран развивающимся принят исходя из обсуждавшихся в
Рио-де-Жанейро показателей: около 0,7 % ВВП развитых стран, или
100--125 млрд дол. в год. Рост ВВП развитых стран при этом
несколько уменьшается, а развивающихся -- увеличивается. В
среднем же по миру душевой ВВП в этом варианте увеличивается, что
свидетельствует о целесообразности оказания такой помощи с точки
зрения всего человечества.
Душевое потребление энергии в низком варианте в промышленно
развитых странах стабилизируется, в развивающихся -- возрастет к
концу века примерно в 2,5 раза, а в среднем по миру -- в 1,5 раза
по сравнению с 1990 г. Абсолютное мировое потребление конечной
энергии (с учетом роста населения) увеличится к концу начавшегося
столетия по высокому прогнозу примерно в 3,5 раза, по низкому --
в 2,5 раза.
Использование отдельных видов первичных энергоресурсов
характеризуется следующими особенностями. Нефть во всех сценариях
расходуется примерно одинаково -- в 2050 г. достигается пик ее
добычи, а к 2100 г. дешевые ресурсы (первых пяти стоимостных
категорий) исчерпываются полностью или почти полностью. Такая
устойчивая тенденция объясняется большой эффективностью нефти для
производства механической и химической энергии, а также тепла и
пиковой электроэнергии. В конце века нефть замещается
синтетическим топливом (в первую очередь, из угля).
Добыча природного газа непрерывно увеличивается в течение всего
века, достигая максимума в его конце. Две наиболее дорогие
категории (нетрадиционный метан и метаногидраты) оказались
неконкурентоспособными. Газ используется для производства всех
видов конечной энергии, но в наибольшей степени -- для
производства тепла.
Уголь и ядерная энергия подвержены наибольшим изменениям в
зависимости от вводимых ограничений. Будучи примерно
равноэкономичными, они замещают друг друга, особенно в "крайних"
сценариях. В наибольшей мере они используются на электростанциях.
Значительная часть угля во второй половине века перерабатывается
в синтетическое моторное топливо, а ядерная энергия в сценариях с
жесткими ограничениями на выбросы СО2 в больших масштабах
используется для получения водорода.
Использование возобновляемых источников энергии существенно
различается в разных сценариях. Устойчиво используются лишь
традиционные гидроэнергия и биомасса, а также дешевые ресурсы
ветра. Остальные виды ВИЭ являются наиболее дорогими ресурсами,
замыкают энергетический баланс и развиваются по мере
необходимости.
Интересно проанализировать затраты на мировую энергетику в разных
сценариях. Меньше всего они, естественно, в двух последних
сценариях с пониженным энергопотреблением и умеренными
ограничениями. К концу века они возрастают примерно в 4 раза по
сравнению с 1990 г. (энергопотребление, как уже отмечалось,
увеличивается при этом в 2,5 раза). Наибольшие затраты получились
в сценарии с повышенным энергопотреблением и жесткими
ограничениями. В конце века они в 10 раз превышают затраты 1990
г. и в 2,5 раза -- затраты в последних сценариях.
Следует отметить, что введение моратория на ядерную энергетику
при отсутствии ограничений на выбросы СО2 увеличивает затраты
всего на 2 %, что объясняется примерной равноэкономичностью АЭС и
электростанций на угле. Однако, если при моратории на ядерную
энергетику ввести жесткие ограничения на выбросы СО2, то затраты
на энергетику возрастают почти в 2 раза.
Следовательно, "цены" ядерного моратория и ограничений на выбросы
СО2 очень велики. Анализ показал, что затраты на снижение
выбросов СО2 могут составить 1--2 % от мирового ВВП, т.е. они
оказываются сопоставимыми с ожидаемым ущербом от изменения
климата планеты (при потеплении на несколько градусов). Это дает
основания говорить о допустимости (или даже необходимости)
смягчения ограничений на выбросы СО2. Фактически требуется
минимизировать сумму затрат на снижение выбросов СО2 и ущербов от
изменения климата (что, конечно, представляет исключительно
сложную задачу).
Очень важно, что дополнительные затраты на уменьшение выбросов
СО2 должны нести, главным образом, развивающиеся страны. Между
тем, эти страны, с одной стороны, не виновны в создавшемся с
тепличным эффектом положении, а с другой -- просто не имеют таких
средств. Получение же этих средств от развитых стран, несомненно,
вызовет большие трудности и это -- одна из серьезнейших проблем
достижения устойчивого развития.
Результаты описанных исследований, а также сопоставление их с
работами других авторов позволили установить ряд общих тенденций
и особенностей в развитии энергетики мира в начавшемся столетии.
1. В XXI в. неизбежен значительный рост мирового потребления
энергии, в первую очередь, в развиваюшихся странах. В промышленно
развитых странах энергопотребление может стабилизироваться
примерно на современном уровне или даже снизиться к концу века.
По низкому прогнозу, сделанному авторами, мировое потребление
конечной энергии может составить в 2050 г. 350 млн Тдж/год, в
2100 г. -- 450 млн Тдж/год (при современном потреблении около 200
млн Тдж/год).
2. Человечество в достаточной мере обеспечено энергетическими
ресурсами на XXI век, но удорожание энергии неизбежно. Ежегодные
затраты на мировую энергетику возрастут в 2,5--3 раза к середине
века и в 4--6 раз к концу его по сравнению с 1990 г. Средняя
стоимость единицы конечной энергии увеличится в эти сроки,
соответственно, на 20--30 и 40--80 % (увеличение цен на топливо и
энергию может быть еще значительнее).
3. Введение глобальных ограничений на выбросы СО2 (наиболее
важного тепличного газа) очень сильно повлияет на структуру
энергетики регионов и мира в целом. Попытки сохранения глобальных
выбросов на современном уровне следует признать нереальными из-за
трудно разрешимого противоречия: дополнительные затраты на
ограничение выбросов СО2 (около 2 трлн долл./год в середине века
и более 5 трлн долл./год в конце века) должны будут нести
преимущественно развивающиеся страны, которые, между тем, "не
виновны" в создавшейся проблеме и не имеют необходимых средств;
развитые же страны вряд ли захотят и смогут оплатить такие
затраты. Реалистичным с точки зрения обеспечения
удовлетворительных структур энергетики регионов мира (и затрат на
ее развитие) можно считать ограничение во второй половине века
глобальных выбросов СО2 до 12--14 Гт С/год, т.е. до уровня
примерно в два раза выше, чем было в 1990 г. При этом сохраняется
проблема распределения квот и дополнительных затрат на
ограничение выбросов между странами и регионами.
4. Развитие ядерной энергетики представляет наиболее эффективное
средство снижения выбросов СО2. В сценариях, где вводились
жесткие или умеренные ограничения на выбросы СО2 и отсутствовали
ограничения на ядерную энергетику, оптимальные масштабы ее
развития получились чрезвычайно большими. Другим показателем ее
эффективности явилась "цена" ядерного моратория, которая при
жестких ограничениях на выбросы СО2 выливается в 80-процентное
увеличение затрат на мировую энергетику (более 8 трлн долл./год в
конце XXI в.). В связи с этим были рассмотрены сценарии с
"умеренными" ограничениями на развитие ядерной энергетики для
поиска реально возможных альтернатив.
5. Непременное условие перехода к устойчивому развитию -- помощь
(финансовая, техническая) наиболее отсталым странам со стороны
развитых стран. Для получения реальных результатов такая помощь
должна быть оказана в самые ближайшие десятилетия, с одной
стороны, для ускорения процесса приближения уровня жизни
развивающихся стран к уровню развитых, а с другой -- чтобы такая
помощь еще могла составить заметную долю в быстро увеличивающемся
суммарном ВВП развивающихся стран.
Более подробно описанные исследования изложены в монографии
"Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию", изданной в
2000 г. Сибирской издательской фирмой РАН ("Наука").
Л.Беляев, д.т.н.,
О.Марченко, к.т.н.,
С.Филиппов, д.т.н.,
Институт систем энергетики СО РАН.
|