книги / Стратегия устойчивого развития урбанизированных территорий

МОДУЛЬ 2. ИНФРАСТРУКТУРА ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Глава 3. ПРОМЫШЛЕННОЕ РАЗВИТИЕ В ГОРОДАХ

3.1.Энергосбережение и устойчивое развитие

Всовременном мире уровень развития энергетики, экономические затраты на получение энергии и экологичность энергетических производств играют определяющую роль в экономике и экологии государств,

асама энергетика является одним из важнейших факторов, которые определяют экономический потенциал стран и благосостояние населения.

Высокие темпы развития мировой энергетики, необходимые для удовлетворения быстро растущего энергопотребления, на основе экологически несовершенных технологий энергопроизводства оказывают неблагоприятное воздействие на состояние окружающей среды, население и биосферу в целом. Это воздействие заключается в химическом, тепловом, аэрозольном, электромагнитном и радиоактивном загрязнении, использовании больших объемов невозобновляемых ресурсов, задалживании значительных земельных территорий.

Несмотря на относительно высокие темпы прироста использования возобновляемых источников энергии, в настоящее время и на среднесрочную перспективу, до 2020 г., а по мнению ряда экспертов, и до 2050 г. их доля в мировом энергопроизводстве будет постоянно возрастать и достигнет «потолка» в пределах 20 % (в целом по миру), а основными энергоносителями в мировой энергетике остаются невозобновляемые виды топлива – уголь, газ, нефтепродукты и сланцы.

Известно, что использованная энергия не может быть применена повторно и в замкнутых системах типа планеты Земля в результате этого непрерывно возрастает энтропия. Попытки с помощью рыночных механизмов (высокие цены на углеводородные энергоносители, экологические налоги, льготы и стимулы для альтернативной энергетики) преодолеть нехватку конечных невозобновляемых ресурсов и значительно увеличить долю альтернативной энергетики остаются малоэффективными, и мировое сообщество в настоящее время и в перспективе, до 2020– 2050 гг., продолжает находиться в прогрессирующем энергетическом кризисе. Это определяет необходимость более решительного перехода к аль-

101

тернативным нетрадиционным технологиям получения и использования энергии, в первую очередь к использованию экологически более благоприятных возобновляемых энергетических источников.

Необходимость дальнейшего развития энергетики как основы экономического и социального прогресса человеческой цивилизации бесспорна, поэтому нужно выбрать стратегию развития энергетики, которая обеспечила бы допустимые уровни ее неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Большинство исследователей считают, что в основу множества стратегических сценариев развития энергетики в экологически благополучном и экономически приемлемом направлении могут быть положены два принципиально различных методических подхода, позволяющих решить эту задачу. Первый – основывается на традиционных способах энергопроизводства с внедрением технических разработок, позволяющих снизить до допустимых пределов отрицательные экологические воздействия дальнейшего развития энергетики.

При реализации этого подхода потребуются большие затраты на модернизацию существующих энергопроизводительных технологий. При этом сохранится и в перспективе может увеличиться ущерб от отрицательных воздействий энергетических объектов на окружающую среду, который трудно поддается оценке.

Второй подход, основанный на отказе от экологически неблагоприятных технологий энергопроизводства и переходе на безотходные ресурсосберегающие технологии, обеспечивает дальнейшее развитие энергетики в русле соблюдения требований устойчивого развития. Реализация второго подхода, несмотря на его высокозатратность и необходимость коренной перестройки современного энергопроизводства, более прогрессивна и обеспечивает экологические приемлемое развитие энергетики.

Рост численности населения и качества жизни тесно связан с потреблением энергии. Удовлетворение растущих потребностей в энергии должно решаться не только путем увеличения энергопроизводства, но и повышения энергоэффективности экономики.

Энергетика как отрасль народного хозяйства, обеспечивающая развитие экономики и социально-гуманитарной сферы, должна отвечать следующим требованиям: иметь источники, обеспечивающие в долгосрочном плане возрастающее потребление энергии; источники энергии должны быть надежны, безопасны и приемлемы с позиций рациональ-

102

ного использования и охраны природных ресурсов; обеспечивать потребителей энергетическими продуктами и услугами (электроэнергией, теплом, газом, моторным топливом и т.д.) в достаточных количествах и на приемлемых экономических условиях.

Производство энергии базируется на запасенных на Земле в геологическом масштабе времен геопланетарных ресурсах и постоянном притоке солнечной энергии. Энергия биомассы, ветра, гидроэнергия являются вторичными формами солнечной энергии.

Внастоящее время производство энергии для обеспечения потребностей общества основывается на использовании газа, нефти, угля, ядерного топлива, дров, а также гидроэнергии, солнечной и ветровой энергии, биомассы.

Взависимости от степени совершенства применяемых технологий добычи и переработки энергоносителей, оборудования для производства и транспортировки энергии, оборудования конечного использования теряется от 30 до 90 % выработанной энергии.

Развитие энергопроизводства определяется ростом численности населения и улучшением качества его жизни. Индустриализация, урбанизация, изменение структуры мировой промышленности, различия в уровне экономического развития стран привели к крайне неравномерному глобальному распределению потребления первичной энергии на душу населения. Так, в развитых странах потребление электроэнергии в 14 раз выше, чем в развивающихся. Душевое потребление электроэнергии в разных странах также существенно различается в зависимости от цен на энергоносители, уровня ВВП, климатогеографических условий (Норвегия – 25 тыс. кВт·ч., Швеция – 16 тыс., Италия – 3 тыс.) В развивающихся странах душевое потребление исчисляется на уровне десятков кВт·ч. (Бангладеш – 46 кВт·ч.).

По данным Международного энергетического агентства (МЭА),

опубликованным в докладе «World Energy Outlook» (2002), к 2030 г.

использование энергоресурсов возрастет в два раза. При этом рост спроса на электроэнергию составит 2 % в год при росте спроса на энергоресурсы в 1,7 % годовых.

Согласно прогнозам ООН, к 2100 г. численность населения Земли стабилизируется на уровне 10–12 млрд человек, ежегодное потребление энергии на душу населения составит около 216–720 ГДж. В настоящее время ежегодное душевое потребление в развитых странах находится в пределах 360 кДж, в развивающихся – в десять раз меньше.

103

Сопоставительный анализ изменения двух факторов – роста численности населения на планете и производства и потребления энергии позволяет сделать вывод о том, что если удвоение численности населения происходит через 40–50 лет, то производство и потребление энергии удваивается каждые 12–15 лет. При этом энерговооруженность увеличивается не только суммарно, но и на душу населения.

Важно отметить, что достигнутая в последние годы в развитых странах относительная стабилизация энергопотребления не сказалась на общемировых темпах роста энергопроизводства и энергопотребления из-за их роста в развивающихся странах.

Анализ основных тенденций развития мировой энергетики позволяет сделать вывод о том, что среднегодовой прирост энергопотребления в 2025 г. составит около 2,6 %, при этом прирост в развитых странах за период 2013 – 2025 гг. составит 28 %, в странах с переходной экономикой – 13 % и в развивающихся странах – 59 %.

Анализ объемов и темпов роста мирового потребления первичных энергоресурсов (ПЭР) для производства электроэнергии, а также изменение структуры их мирового потребления показал, что энергетика на период до 2100 г. остается основным потребителем ПЭР в мире. Всреднесрочной перспективе (до 2020 г.) произойдут подвижки в росте потребления возобновляемых энергетических ресурсов, но доля их составит около 20 % вобщем потреблении энергетических ресурсов (табл. 3.1, 3.2).

Таблица 3.1

Объемы и темпы роста мирового потребления ПЭР для производства электроэнергии

104

Окончание табл. 3.1

*Гидроэнергия и нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы (энергия ветра и солнца, геотермальная энергия, биомасса и др.).

Таблица 3.2

Изменение структуры мирового потребления ПЭР (млн т у.т.) для производства электроэнергии

105

Окончание табл. 3.2

Мировое использование возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии может возрасти к 2020 г. по сравнению

с2008 г. в 1,5 раза и составит 1630 млн т.у.т.

Вструктуре мирового потребления ПЭР доля природного газа увеличится для производства электроэнергии к 2020 г. с 18,9 до 26,3 % при одновременном уменьшении доли угля с 33,8 до 31,2 % и атомной энер-

гии – с 17 до 12 % [2,3].

Для современного этапа развития энергетики характерным является постепенное увеличение доли альтернативных (возобновляемых) источников энергии. При этом возобновляемые источники энергии рассматриваются не как альтернатива традиционно существующей углеводородной энергетике, а как элементы будущей энергетики, и проблема заключается в том, чтобы в интересах национальной и глобальной энергетической безопасности ускорить темпы и масштабы использования возобновляемых источников энергии.

На темпы прироста альтернативных источников энергии влияют многие факторы, в том числе, кроме экологических, и политические – это желание многих правительств избавиться от углеводородной зависимости, а также стремление мирового сообщества к радикальному снижению выбросов парниковых газов.

106

При этом необходимо принятие взвешенных решений, так как необоснованно высокий прирост использования альтернативных источников энергии в современном мире может привести к кризисным ситуациям в смежных областях экономики. Так, большинство экспертов считает, что для стран ЕС потолок по альтернативным источникам составляет примерно 18–22 %, выше которого начинается причинение ущерба другим отраслям экономики, например сельскохозяйственному производству, как это произошло при быстром наращивании объемов производства биотоплив (в частности, этанола).

За последние полтора столетия в энергетике произошли значительные изменения в потреблении ископаемых видов топлива, ядерной энергии и возобновляемых источников. В этом плане интересны данные по динамике этих изменений в США.

В 1850 г. 91 % производства энергии базировался на дровах и только 9 % – на угле. В 1900 г. дрова занимали в общем балансе 18 %, первое место (73 %) – уголь, нефть и природный газ – 7 %, а гидроэнергия – 2 %. Через 50 лет (1950) нефть и природный газ занимали 58 %, уголь – 38 %, гидроэнергия – 4 %. За сто лет (1850–1950) эпоха дров сменилась эпохой угля, а затем – эпохой нефти и газа. В последующие пятьдесят лет (2000) доля газа и нефти выросла до 60 %, уголь занимал второе место (20 %), гидроэнергетика существенно не выросла, зато появились новые источники энергии – ядерная и использование биомассы.

Анализ основных этапов развития энергетики в планетарном масштабе позволяет сделать вывод о том, что для него характерны периоды доминирующего положения определенного вида энергоресурсов. Так, в большинстве европейских стран и США в XVIII в. и первой половине ХIХ в. лидирующее положение занимали дрова. Затем дрова уступили свое лидирующее положение углю, наибольшее использование которого приходится на ХIХ в. и первую половину ХХ в. В конце ХIХ в. на рынке энергоносителей уголь начинает сдавать свои позиции нефти, в середине ХХ в. нефть уверенно занимает лидирующее положение, а начиная с 30–40-х гг. ХХ в. быстро растет потребление для энергетических нужд природного газа.

За последние десятилетия в общем балансе источников получения энергии остается доминирующее использование нефти и газа, растет в абсолютных значениях при относительном снижении потребление угля, выражена положительная тенденция роста ядерной энергетики (в от-

107

дельных развитых странах до десятков процентов от общего объема получения энергии), использование для производства энергии биомассы, солнечных и ветровых энергоустановок.

Начало ХХ в. ознаменовалось резким ростом цен на нефть и газ,

аих разведанные и экономически доступные запасы резко сократились. По мнению ряда экспертов, сокращение этих категорий запасов составило для нефти до 75–85 %, природного газа – до 65–75 %. Для разведки и освоения новых месторождений нефти и газа требуются большие временные затраты, а также, что очень важно, и большие инвестиции, которые только в России составляют порядка 60–100 млрд долл. США.

Это положение определило необходимость для обеспечения энергетической безопасности большинства развитых стран уже в среднесрочной перспективе дополнительно к нефти и газу, которые еще длительное время сохранят свое доминирующее положение на энергетическом рынке, использовать альтернативные энергоносители.

Несмотря на большой прогресс в производстве электроэнергии на ветровых и солнечных установках, а также биогаза в ряде развитых стран, долевой вклад этих альтернативных источников суммарно значительно ниже основных энергетических источников – нефти, природного газа, ядерных и гидроэнергетических.

Анализ основных тенденций в развитии ядерной и гидроэнергетики, а также альтернативной энергетики (солнечной, ветровой, биоэнергетики, термальной и др.) позволяет сделать вывод о том, что они займут лидирующее положение далеко за среднесрочной перспективой, а потребности в новых энергоносителях могут перейти в фазу неудовлетворенного спроса уже в ближайшие десятилетия. Это определяет необходимость возврата к более широкому использованию угля, разведанные запасы которого к настоящему времени использованы только в пределах нескольких процентов, а экономически доступные запасы настолько велики, что их хватит при нынешнем объеме потребления всех энергоресурсов на несколько столетий.

«Угольный ренессанс» особенно актуален для России, которая занимает второе место в мире по запасам угля (около 180–190 млрд т),

аего доля в энергобалансе страны занимает всего около 16–17 %. Намеченные в стране планы по увеличению доли угля в энергобалансе предполагают постепенное ее увеличение к 2015 г. до 32,5 %, а к 2020 г. – до 35,9 %. Увеличение цен на нефть и газ на мировом рынке и вырав-

108

нивание цен внутри России на эти энергоносители в соответствии с мировыми приведет к тому, что использование угля в энергетике нашей страны станет экономически привлекательным.

По мнению ряда экспертов, в частности В.М. Строяковского (ЗАО «Карбоника Ф»), ведущего специалиста в области энергетического использования угля, мировое сообщество и, в частности, Россию ожидает возврат к приоритетному использованию угля для энергетических целей – новое наступление «эпохи угля», которое будет проходить на основе использования экологически благоприятных современных технологий и явится промежуточным этапом для перехода от углеводородного сырья к новым энергетическим источникам будущего.

В среднесрочной перспективе (2030) ожидается дальнейший рост ядерной энергетики (в том числе и в России), прирост объемов производства биогаза и моторных масел из биомассы, развития ветровой и солнечной энергетики, использования термальной энергии и Мирового океана, более полного использования гидроэнергетического ресурса развивающихся стран и России. Вместе с тем опережающие темпы разведки запасов ископаемых топлив, особенно нефти и газа, позволяют сделать вывод о том, что запасов нефти и газа хватит, во всяком случае, до конца 2100 г. и их роль как основных источников для производства энергии останется ведущей до конца этого периода.

К сожалению, среди широких слоев населения, а также среди представителей общественных экологических движений сложилась завышенная оценка возобновляемых источников энергии по сравнению с невозобновляемыми. Это связано с малой информированностью об экологических недостатках возобновляемых источников энергии. Нужно учитывать, что все возобновляемые источники обладают низкой плотностью энергии по сравнению с концентрированными ископаемыми видами топлива и ураном.

При использовании источников с низкой плотностью энергии на единицу произведенной энергии тратится больше материалов, технических устройств, сооружений, которые сами нуждаются в энергии для их строительства и эксплуатации, отчуждения земельных участков под их размещение. Так, крупные гидроэлектростанции на равнинных реках занимают большие территории под зоны затопления и подтопления, размещение мощных гидротехнических объектов (плотин, дамб, резервуаров, водохранилищ, сбросных каналов и т.д.). Это приводит к поте-

109

рям земель, ранее использовавшихся или могущих быть использованными для других нужд, потерям мест обитания фауны, изменения режима поверхностного стока и подземных вод и т.д.

Геотермальные источники могут давать сбросы высокоминерализованной отработанной воды, содержащей многие загрязняющие вещества, в том числе соли тяжелых металлов, сероводород, радиоактивные продукты.

Ветроэнергетические установки создают шумовое загрязнение, помехи в работе радио- и телекоммуникационных систем.

Фотоэлектрические установки используют в батареях и аккумуляторах токсичные вещества.

Биоэнергетика связана с выбросами в составе полученных продуктов (биогаз, спирт, масло) токсичных, а также генетически опасных загрязняющих веществ.

Это определяет необходимость взвешенного анализа и оценки возможности использования невозобновляемых и возобновляемых источников энергии на основе комплексных критериев, учитывающих их безопасность, экономичность, анализ их полного жизненного цикла с учетом отдельных показателей.

Рост производства и потребления энергии, особенно в развивающихся странах, определяет необходимость прогнозирования негативных последствий развития энергетики, учета возможных экологических рисков и неопределенность последствий их реализации, могущих оказать существенное влияние на состояние окружающей среды, здоровье и санитарные условия жизни населения планеты.

Среди негативных последствий развития производства энергии на невозобновляемых источниках (ископаемые виды топлива, ядерная и термоядерная энергия) одним из основных является дополнительный нагрев среды обитания. Использование возобновляемых источников энергии не приводит к дополнительному нагреванию планеты.

Расчетами установлено, что максимальный рост энергопотребления при сложившейся структуре используемых энергоносителей к 2100 г. приведет к повышению среднегодовой приземной температуры на 0,2 °С при среднегодовых отклонениях в природе от средних значений до 0,5 °С. Это позволяет сделать вывод о том, что такое повышение температуры находится ниже обычных колебаний и не накладывает ограничений по этому критерию на развитие энергетики в прогнозируемых масштабах.

110