Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности сокращения выбросов парниковых газов в энергетике
1.1. Роль ТЭК и электроэнергетики в выбросах парниковых газов в России 14
1.2. Основные принципы и механизмы сокращения выбросов парниковых газов в энергетике 23
Глава 2. Методы и модели для прогнозирования и сокращения выбросов парниковых газов в энергетике
2.1. Методические основы прогнозирования эмиссии парниковых газов в энергетике 30
2.2. Отечественный и зарубежный опыт развития моделей для прогнозирования выбросов парниковых газов в энергетике 35
2.3. Динамическая территориально-производственная модель ТЭК России 44
2.4. Сценарии развития электроэнергетики России на перспективу до 2050 г 59
2.5. Прогноз выбросов С02 от сжигания топлива на электростанциях России 68
2.6. Оценка мероприятий по сокращению выбросов СО2 в электроэнергетике России 73
Глава 3. Эколого-экономическая оценка проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике
3.1. Методический подход для оценки эколого-экономической эффективности новых проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике 77
3.2. Оценка эколого-экономической эффективности проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике Восточной Сибири 84
Заключение 92
Литература 95
- Основные принципы и механизмы сокращения выбросов парниковых газов в энергетике
- Отечественный и зарубежный опыт развития моделей для прогнозирования выбросов парниковых газов в энергетике
- Прогноз выбросов С02 от сжигания топлива на электростанциях России
- Оценка эколого-экономической эффективности проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике Восточной Сибири
Введение к работе
Актуальность. Угроза глобального потепления климата в настоящее время признается мировым сообществом едва ли не самой опасной из экологических угроз на Земле. Потепление климата неизбежно вызовет негативные последствия - повышение уровня мирового океана и затопление низменных территорий, таяние вечной мерзлоты и разрушение возведенных на ней сооружений, увеличение частоты и силы всевозможных аномальных и экстремальных погодно-климатических явлений (засух, наводнений, ураганов, смерчей, резких выбросов температуры и т.д.) [18, 25, 63, 120].
Еще в начале XIX века французский математик и физик Ж. Фурье высказал предположение, что атмосфера земли подогревает ее поверхность, пропуская к ней солнечное излучение с высокой энергией и не давая выйти длинноволновой тепловой радиации, отражающейся от земной поверхности [2].
Этот эффект создается так называемыми парниковыми (тепличными) газами (углекислый газ (ССЬ), метан (СИ»), закись азота (N20) и др.), а сам процесс потепления климата назвали «парниковым эффектом». Более поздние исследования показали высокую корреляцию между ростом концентрации тепличных газов в атмосфере и глобальным потеплением климата на земле [63].
Начиная с середины XIX столетия (с началом промышленной революции) значительный вклад в рост концентрации парниковых газов в атмосфере вносит антропогенный фактор. При этом примерно 80% парниковых газов, образующихся в результате человеческой деятельности, приходится на СОг- По данным Международного энергетического агентства три четверти антропогенных выбросов углекислого газа в мире выбрасывается при производстве и использовании ископаемых видов топлива. В настоящее время Россия занимает третье место в мире по выбросам СОг от сжигания топлива (7% от мировых выбросов) [87, 88].
Среди основных работ, посвященных исследованию влияния энергетики на выбросы парниковых газов в России, можно назвать работы Мастепанова A.M. [32], Плужникова О.Б. [43], Попова А. А. [43], Кононова Ю.Д. [22], Клименко В.В [21] и др.
Наиболее глубокие и обстоятельные исследования энергетических проблем и их влияния на выбросы парниковых газов в различных регионах мира были проведены в международном институте прикладного и системного анализа (IIASA) такими учеными как David G. Victor [77], Nebojsa Nakicenovic [77], Nadejda Victor [77], Ger Klaassen [78], и др.
Несмотря на продолжающиеся научные дискуссии относительно состава факторов (в том числе антропогенных) и механизмов их влияния на климатическую систему Земли мировое сообщество приняло решение о необходимости проведения национальных и международных мер по сокращению парникового эффекта. В этой связи в 1997 г. был принят Киотский протокол, определивший конкретные обязательства промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой по выбросам парниковых газов. Как следует из Киотского протокола, ежегодная антропогенная эмиссия парниковых газов в России до 2012 г. не должна превысить уровень 1990 года. Состоявшаяся в Марракеше (Марокко, октябрь - ноябрь 2001 г.) Седьмая сессия Конференции сторон рамочной Конвенции ООН об изменении климата завершилась принятием пакета документов, определивших основные принципы, нормы и правила исполнения Киотского протокола [25].
В соответствии с Киотским протоколом для России открывается широкая возможность привлечения в российскую экономику дополнительных инвестиций и современных энерго- и ресурсосберегающих технологий. Киотский протокол предоставляет такую возможность, если задействовать предусмотренные в нем рыночные механизмы с переуступкой части сокращенных выбросов, полученных в результате реализации совместных проектов, и международной торговли квотами на выбросы парниковых газов. Для принятия обоснованных решений в этих направлениях необходимо
проведение детального и всестороннего анализа и исследования возможных последствий таких шагов. Должна быть дана комплексная оценка всего спектра социально-экономических и экологических факторов, стоимости ожидаемых затрат на реализацию новых проектов, возможностей и условий привлечения финансовых ресурсов для сокращения выбросов парниковых газов в России. Вступление в силу механизмов Киотского протокола и создание в России эффективной системы мониторинга и управления выбросами парниковых газов, наряду с прямыми эффектами, такими, как экономия топлива, за счет внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, привлечение в российскую экономику дополнительных финансовых ресурсов может принести значительные социальные и экологические результаты. Снижение выбросов парниковых газов сопровождается, как правило, сокращением выбросов таких загрязнителей, как SO2, NOx, твердых частиц, тяжелых металлов и т. д.
В связи со значительной ролью эмиссии СОг от энергетического использования ископаемого топлива в общих выбросах парниковых газов, основные мероприятия по сокращению парниковых газов в России будут связаны в первую очередь с проектами снижения выбросов СОг в энергетическом секторе страны.
В ближайшей перспективе основные направления развития энергетики России будут определяться "Энергетической стратегией России на период до 2020 г.", утвержденной распоряжением Правительства РФ от 28 августа 2003 г. [70].
Реализация Энергетической стратегии потребует решения ряда взаимоувязанных задач, среди которых особое значение для выполнения Россией обязательств Киотского протокола имеет задача повышения эффективности использования энергии на основе новых энергосберегающих технологий и оптимизации структуры генерирующих мощностей при одновременном росте энерговооруженности экономики, труда и быта населения, уменьшении экологической нагрузки на окружающую среду.
В зависимости от темпов развития экономики в период 2001-2020 гг. Энергетическая стратегия предусматривает увеличение внутреннего потребления первичных энергоресурсов в 1,1-1,3 раза (соответственно для пониженного и благоприятного сценариев развития экономики) при условии снижения энергоемкости валового внутреннего продукта (ВВП) соответственно в 1,7-2,0 раза. Полученные при этом оценки выбросов СОг показывают, что даже при благоприятно складывающихся экономических условиях и повышенных инвестициях в энергосбережение, уровень выбросов в 2020 г. (по сравнению с 2000 г.) в топливно-энергетическом комплексе страны может увеличиться в 1,1-1,4 раза и составить около 95% от уровня 1990 г. [69].
Значительный вклад в выбросы парниковых газов вносит сжигание топлива на электростанциях (в настоящее время они дают 35-36% общих выбросов СС>2 в стране). В перспективе эта доля будет постепенно увеличиваться. При этом основным источником роста выбросов парниковых газов на электростанциях будет уголь.
Приведенные в диссертационной работе результаты исследований содержат прогноз развития экономики и электроэнергетики России на период до 2020 г. и на перспективу до 2050 г., возможные структурные изменения в электроэнергетическом секторе страны в рассматриваемой перспективе и обусловленную ими динамику изменения выбросов СОг от сжигания топлива на электростанциях по регионам России.
Оценка выбросов СОг в электроэнергетическом секторе в долгосрочной перспективе позволяет более обоснованно судить о потенциальных возможностях выполнения Россией принимаемых обязательств. В свою очередь анализ выбросов парниковых газов в территориальном разрезе позволяет выявить наиболее неблагополучные регионы, наметить мероприятия по их сокращению, разработать методы и критерии их отбора и тем самым определить возможный потенциал снижения суммарных выбросов парниковых газов, как по отдельным территориям, так и по России в целом.
Среди факторов, влияющих на объемы выбросов С02 и требующих учета при исследовании, являются: динамика изменения внутреннего спроса на электроэнергию в зависимости от сценариев развития экономики и проводимой энергосберегающей политики, масштабы развития АЭС и использования возобновляемых источников энергии, масштабы и темпы внедрения научно-технического прогресса в энергетике, структура и объемы потребляемого топлива (газ, уголь, мазут) и др.
Одновременно оценить влияние изменения этих факторов на объем выбросов СОг без применения модельного инструментария — задача практически невыполнимая. Поэтому для этих целей использовалась разработанная в ИСЭМ с участием автора оптимизационная динамическая модель топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России [36, 55].
Модель позволяет учитывать территориально-технологическую структуру производства топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), а также включает следующие блоки: потребления топлива и энергии, экологический, финансово-экономический и внешней торговли. Территориальный срез модели описывает энергетику России в разрезе четырех регионов: европейская часть, Западная Сибирь, Восточная Сибирь и Дальний Восток. При этом энергетика каждого региона представлена 6 секторами, из которых 5 (нефтяной, газовый, угольный, электроэнергетика и теплоэнергетика) относятся к производственным и 1 - к потребительскому сектору. Временной срез модели рассматривается в двух аспектах: период до 2020 г. моделируется с выделением пятилетних этапов, перспектива до 2050 г. - с выделением десятилетних этапов. Технологический срез каждого сектора моделируется группами существующих и перспективных энергетических объектов и технологий. Для представления в модели каждого из рассматриваемых первичных энергоресурсов (нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия, гидроэнергия) и конечных энергоносителей используется принцип последовательного описания четырех основных стадий преобразования энергоресурсов: добыча, переработка (преобразование), распределение и потребление конечных энергоносителей.
Экологический блок в модели представлен, во-первых, показателями, характеризующими удельные выбросы вредных веществ и парниковых газов в атмосферу всеми рассмотренными энергетическими объектами, видами транспорта и конечными потребителями; во-вторых, технико-экономическими показателями технологий, за счет которых можно снизить выбросы рассмотренных вредных примесей в атмосферу региона и, в-третьих, показателями (усредненными по территории региона), задающими предельно допустимые выбросы вредных веществ и парниковых газов в атмосферу.
В качестве основного критерия оптимизации в модели рассматривается минимум суммарных дисконтированных затрат (на добычу, переработку, транспорт, снижение вредных выбросов) за весь расчетный период.
В общем случае разработанная модель ТЭК России позволяет определить в динамике:
энергетические балансы по стране и выделенным регионам;
технологическую структуру отраслей ТЭК в зависимости от сценариев демонтажа оборудования, масштабов и темпов внедрения новых технологий;
межрегиональные потоки топлива и электроэнергии;
масштабы выбросов вредных веществ и парниковых газов по стране и регионам;
- замыкающие затраты на топливо и электроэнергию по регионам.
Основой развития электроэнергетики России на обозримую перспективу
останутся тепловые электростанции, удельный вес которых в структуре
установленной мощности отрасли составит к 2010 г. 68%, а к 2020 г. - 67-70%
(против - 69% в 2000 г.). Ожидаемый высокий прирост выработки
электроэнергии (почти на 40-80% к 2020 г.) при неизбежном росте цен на
топливо (в первую очередь на природный газ), сложная экологическая
обстановка во многих регионах страны и ужесточение экологических
ограничений, потребуют оснащения электростанций новым
высокоэффективным экологичным оборудованием и активного вовлечения возобновляемых и нетрадиционных источников электроэнергии. Это дает
основание рассматривать электроэнергетику как отрасль наиболее привлекательную для технических инноваций и внедрения новых высокоэффективных проектов. Применение в этом случае механизмов Киотского протокола позволит реально создавать и реализовывать высоко ликвидный продукт - квоты на выбросы парниковых газов - и за счет этого повысить экономическую эффективность реализуемых проектов.
В диссертационной работе автором предлагается методический подход для оценки эколого-экономической эффективности "новых"1 проектов в электроэнергетике с применением экономико-математической модели ТЭК России. Он позволяет для каждого рассматриваемого региона определить: 1) замыкающие затраты и удельные выбросы СОг на производство единицы электроэнергии; 2) объем сокращенных выбросов СОг от реализации "нового" проекта и связанные с этим затраты на производство электроэнергии; 3) показатель эколого-экономической эффективности проекта - минимальная стоимость сокращенных выбросов СОг, при продаже которых реализация проекта становится эффективной.
Предложенный методический подход использовался для оценки эколого-экономической эффективности внедрения новых проектов (нетрадиционных источников энергии - ветровых и солнечных электростанций, малых ГЭС) в электроэнергетику Восточной Сибири.
Целью диссертационной работы является: 1) усовершенствование методики прогнозирования выбросов парниковых газов в энергетике страны; 2) разработка методического подхода для оценки эколого-экономической эффективности новых проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике; 3) оценка влияния различных сценариев развития электроэнергетики на выбросы парниковых газов в России в долгосрочной перспективе; 4) апробация предлагаемого методического подхода для оценки
1 Под "новыми" понимаются проекты, не вошедшие в основной (базовый) сценарий развития электроэнергетики в регионе, но внедрение которых возможно в рамках реализации киотских механизмов.
эколого-экономической эффективности новых проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.
Разработаны различные сценарии развития электроэнергетики России (по стране и крупным регионам) на перспективу до 2050 г. и показано их влияние на выбросы парниковых газов;
Рассмотрены различные мероприятия по сокращению выбросов парниковых газов при производстве электроэнергии в России и дана их экономическая оценка;
Дана экономическая оценка внедрения различных нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в электроэнергетику Восточной Сибири, полученная с помощью разработанного автором подхода.
Практическая значимость
Проведенные исследования различных сценариев развития энергетики до 2050 г. позволили определить динамику изменения показателей удельных выбросов СС>2 при производстве единицы электроэнергии для различных регионов страны (базовые линии), выявить наиболее экологически неблагополучные регионы по этому показателю; наметить мероприятия по сокращению выбросов СОг при производстве электроэнергии и дать им экономическую оценку.
Разработанная (при активном участии автора) экономико-математическая модель топливно-энергетического комплекса страны и предложенный автором методический подход позволили сделать оценку эколого-экономической эффективности внедрения различных НВИЭ в электроэнергетику Восточной Сибири.
Результаты исследований использованы 1) при подготовке научного доклада "Перспективы развития электроэнергетики России в XXI веке и выбросы парниковых газов" на международную конференцию" Энергетическая
\\
кооперация в Северо-Восточной Азии", - Иркутск. - 2002; 2) при формировании основных направлений развития ТЭК Восточной Сибири и Дальнего Востока на период до 2020 г. ("Развитие топливно-энергетического комплекса Восточной Сибири и Дальнего Востока"), - Иркутск. — 2000; 3) в научном отчете "Условия, проблемы и направления развития ТЭК и ядерной энергетики России в первой половине XXI века во взаимосвязи с мировой энергетикой" 2002.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 11 печатных работах. Они обсуждались на конференции научной молодежи ИСЭМ СО РАН (Иркутск, 2000 г., 2001 г., 2002 г.); на республиканской школе-конференции «Молодежь и пути России к устойчивому развитию» (Красноярск, 2001 г.), на футурологической конференции "Энергетика XXI века: Глобальные тенденции и проблемы, их проявления в энергетике России" (Иркутск, 2002 г., в соавторстве), на международной конференции: "Энергетическая кооперация в Северо-восточной Азии" (Иркутск, 2002 г., в соавторстве), на всероссийской научно-технической конференции. "Перспективы участия атомной энергетики в решении энергетических проблем российских регионов". (Санкт-Петербург, 2003 г., в соавторстве), и на всемирной конференции по изменению климата (Москва, 2003 г., в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,
выводов, заключения, списка использованной литературы (125 наименований). Объем диссертационной работы 105 стр., включая список литературы — 11 стр., 21 рис. и 23 таблицы.
В первой главе диссертации показана роль ТЭК и электроэнергетики России в выбросах парниковых газов (от сжигания топлива) в стране и мире. Показаны возможность и требуемые условия использования Киотских механизмов для привлечения в российскую энергетику дополнительных инвестиций и современных энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Во второй главе дается описание предлагаемой автором методики прогнозирования выбросов парниковых газов в энергетике страны. Дается обзор зарубежных и отечественных методов и моделей, используемых для
»J
анализа и прогнозов выбросов парниковых газов, показаны их достоинства и недостатки. Приводится содержательное описание и математическая формулировка используемой автором динамической модели для оптимизации территориально-производственной структуры топливно-энергетического комплекса России. Дается прогноз развития электроэнергетики страны до 2050 г. и выбросов парниковых газов по стране и регионам. Рассматриваются различные мероприятия по сокращению выбросов СОг при производстве электроэнергии и дается их экономическая оценка.
В третьей главе дается описание методического подхода для эколого-экономической оценки проектов по сокращению выбросов парниковых газов.
В соответствии с предложенным методическим подходом дается оценка эколого-экономической эффективности внедрения "новых" проектов (нетрадиционных источников энергии) в электроэнергетику Восточной Сибири.
Основные принципы и механизмы сокращения выбросов парниковых газов в энергетике
Несмотря на продолжающиеся научные дискуссии, относительно состава факторов и механизмов их влияния на климатическую систему Земли, мировое сообщество в 1997 г. приняло решение (Киотский протокол), определивший конкретные обязательства промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой по выбросам парниковых газов. Как следует из Киотского протокола, ежегодная антропогенная эмиссия парниковых газов в России до 2012 г. не должна превысить уровень 1990 года. Состоявшаяся в 2001 г. сессия Конференции сторон рамочной Конвенции ООН об изменении климата приняла пакет документов, определивших основные принципы, нормы и механизмы исполнения Киотского протокола [63].
Для России в Киотском протоколе ключевой момент - это возможность привлечения дополнительных инвестиций и современных энерго- и ресурсосберегающих технологий в российскую экономику. Киотский протокол предоставляет такую возможность, если задействовать предусмотренные в нем рыночные механизмы (международную торговлю квотами на выбросы парниковых газов, совместное осуществление проектов по снижению выбросов парниковых газов) с переуступкой части сокращенных выбросов другим странам и хозяйствующим субъектам.
В настоящее время страна располагает значительным потенциалом для применения Киотских механизмов. Однако ожидаемый рост экономики России заставляет очень тщательно прогнозировать и реально оценивать масштабы выбросов парниковых газов в стране.
В связи с первостепенной ролью эмиссии парниковых газов от энергетического использования ископаемого топлива, основные направления снижения выбросов парниковых газов в перспективе будут связаны в первую очередь с проблемами ограничения эмиссии в энергетическом комплексе страны. Проведение мероприятий по ограничению и снижению эмиссии парниковых газов от энергетики должно основываться на общих положениях национальной политики по выполнению обязательств, предусматриваемых в рамочной Конвенции ООН об изменении климата и Киотском протоколе.
Главными требованиями такой политики являются [14, 45, 59]: 1) Национальные мероприятия по сокращению выбросов парниковых газов должны быть скоординированы с общим комплексом мер по социально-экономическому развитию страны с тем, чтобы не допустить неблагоприятного воздействия этих мероприятий на условия жизни общества. 2) Приоритетные мероприятия в рассматриваемой области должны обеспечить выполнение обязательств Киотского протокола при минимальных затратах. 3) Национальная деятельность по ограничению и снижению эмиссии парниковых газов должна работать таким образом, чтобы исключить возможность формального (не влекущего их реального сокращения) исполнения обязательств по сокращению выбросов парниковых газов в стране. С учетом изложенных требований могут быть сформулированы основные принципы разработки и осуществления мероприятий по ограничению и снижению эмиссии парниковых газов в энергетике: политика выполнения Киотских обязательств должна совпадать с политикой и стратегией развития и совершенствования энергетики страны; сдерживание роста эмиссии парниковых газов должно осуществляться путем разработки взаимоувязанных между собой технологических, структурных и организационных мероприятий в топливно-энергетическом комплексе страны; снижение эмиссии должно осуществляться путем проведения комплекса многоцелевых технически и экономически выгодных мероприятий с целью увеличения эффективности развития и функционирования всего энергетического комплекса и существенного сокращения выбросов парниковых газов. К числу таких мероприятий можно отнести: а) широкую программу энергосбережения на основе использования современных достижений научно-технического прогресса в производстве и потреблении энергоресурсов; б) оптимизацию территориально-производственной структуры ТЭК страны и регионов за счет расширения использования традиционных (гидроэнергия) и нетрадиционных (солнечная, ветровая, геотермальная энергии, биомасса) возобновляемых источников энергии, увеличения доли ядерной энергии в общем потреблении первичных энергоресурсов в стране и т.д.
Хотя в условиях переходной экономики и снижения экономической активности в России уровень выбросов парниковых газов значительно уменьшился, в ближайшие годы ожидается рост экономики и увеличение потребления энергоресурсов и, как следствие, возрастание эмиссии парниковых газов. Поэтому уже в этот период должна быть подготовлена и тщательно технически и экономически обоснована система мероприятий (программ, проектов) по ограничению и снижению эмиссии парниковых газов. В настоящее время разработка такой системы мероприятий может опираться на основные положения, содержащиеся в Энергетической стратегии России на период до 2020 г.1, доработка которой сейчас завершается2.
Отечественный и зарубежный опыт развития моделей для прогнозирования выбросов парниковых газов в энергетике
В настоящее время можно выделить два основных направления развития и использования моделей для прогнозирования выбросов парниковых газов на уровне страны. 1. Макроэкономические (имитационные) модели, как правило, имеют модульную структуру с выделением макроэкономического, энергетического и экологического модулей. 2. Модели энергетических систем и их комплексов. Отличительной особенностью этих моделей является детальное описание технологической структуры энергетических объектов, их производственных и территориальных связей от добычи (производства) до конечного потребления энергоносителей. Такие модели могут быть как оптимизационными, так и имитационными. Ниже рассматриваются наиболее известные модели, относящиеся к этим направлениям. 1. Макроэкономические модели. Для долгосрочных прогнозов выбросов парниковых газов во многих странах используются макроэкономические модели, описывающие взаимовлияние энергетики и экономики и их влияние на окружающую среду. Это, как правило, имитационные модели, имеющие модульную структуру построения, с более детальным представлением энергетического сектора экономики. Такой подход используется, в частности, в зарубежных моделях MIDAS [96], ESG [80], GEM-E3 [117], MELODIE [98], Poles [101] модельных комплексах ENPEP [120], IKARUS [121], LEAP [111], MESAP [98], NEMS [118] в отечественных модельных комплексах МАКРО-ЭН [55], ЭКЭН [53]. Принципиальная структура макроэкономических моделей и модельных комплексов показана на рис.2.2.1. Одним из основных компонентов таких моделей является модуль развития экономики, который выполняет две важные функции: во-первых, дает основу для оценки потребностей страны в топливе и энергии, во-вторых, определяет народнохозяйственные последствия (на темпы и пропорции экономического роста) разных стратегий развития энергетики.
Способы повышения эффективности использования топлива и энергии, основные направления и масштабы развития производственной базы энергетики определяются в энергетическом модуле моделей. Экологический модуль моделей позволяет в общем случае получить прогноз выбросов парниковых газов и наметить в первом приближении набор крупномасштабных мероприятий по их снижению. Основной недостаток таких моделей - агрегированное представление прогнозируемых энергетических мероприятий и не учет территориального фактора.
Первые отечественные модели в этом направлении начали разрабатываться еще в конце 50-тых годов прошлого столетия. Спустя 10 лет основные принципы и опыт построения таких моделей нашли отражение в "Методических положениях оптимизации развития топливно-энергетического комплекса " [35]. В последующие годы модели постоянно развивались и совершенствовались [29, 38, 55].
Разрабатываемые модели различались степенью агрегирования в технологическом, территориальном и временном аспектах, но в основном они формировались как статические или в лучшем случае как условно динамические. Такие модели позволяют: ? рассматривать энергетику страны как единое целое от производства энергетических ресурсов до потребления конечных энергоносителей в основных отраслях экономики, включая все стадии переработки и преобразования энергоресурсов; ? исследовать процесс развития технологической и территориальной структуры энергетики; ? выявлять основные направления, рациональные масштабы внедрения и народнохозяйственную эффективность использования научно-технического прогресса в производстве, преобразовании, распределении и потреблении энергоресурсов; ? учитывать экологические ограничения; ? предусматривать оптимизацию развития энергетики, то есть поиск лучших по тому или иному критерию вариантов ее развития в рассматриваемой перспективе.
По принципам построения и приемам описания связей и свойств энергетических систем отечественные модели ничуть не уступают соответствующим зарубежным, а в некоторых случаях даже превосходят (например, при учете территориального фактора). Вместе с тем из-за слабых вычислительных возможностей и недостаточной оснащенности персональными компьютерами (в предыдущие годы), Россия отстает в практической реализации этих моделей и особенно в создании программно-вычислительных средств, обеспечивающих унифицированное взаимодействие пользователей с разрабатываемыми моделями.
Наиболее известными зарубежными моделями энергетических систем являются MARKAL [81, 97, 98], MESSAGE [83, 106], EFOM-ENV [75, 97, 116]. Перечисленные модели по своему назначению и принципам формирования достаточно близки. Они предназначены для решения трех основных задач долгосрочного прогнозирования: 1) выявить основные тенденции и пропорции развития энергетического баланса страны; 2) оценить эффективность и масштабы внедрения новых направлений научно-технического прогресса в производстве и потреблении энергоресурсов; 3) исследовать воздействие энергетики на окружающую среду.
Прогноз выбросов С02 от сжигания топлива на электростанциях России
Проведенные исследования позволили определить величину выбросов С02 от сжигания топлива в стране в рассматриваемой перспективе до 2050 г.
В период 2008-2012 гг. Россия согласно Киотскому протоколу к рамочной Конвенции ООН об изменении климата не должна превысить уровень выбросов парниковых газов в 1990 г. В период с 1990 по 2000 г. в России за счет спада промышленного производства произошло снижение выбросов парниковых газов на 38%. На рис.2.5.1 приведена динамика изменения выбросов С02 от сжигании топлива для рассмотренных сценариев развития энергетики России до 2050 г. Из нее следует, что объем выбросов С02 возрастет по сравнению с 2000 г. на 22-38% к 2030 г. и на 57-41% к 2050 г.
Анализ показал, что распространение ограничений по выбросам парниковых газов, предусмотренных Киотским протоколом, на весь рассматриваемый период не будет нести угрозы невыполнения международных, обязательств Россией по выбросам С02 по оптимистическому сценарию до 2020 г., по умеренному до 2030 г.
При этом следует отметить, что такая ситуация по выбросам парниковых газов может иметь место, только в случае выполнения тех условий развития энергетики и той политики энергосбережения, которая была заложена в рассмотренных сценариях развития экономики России.
Полученные количественные оценки долгосрочного развития электроэнергетики России позволили определить величину эмиссии парниковых газов от сжигания топлива на ТЭС (табл.2.5.1). Расчеты показывают, что объем выбросов С02 на электростанциях может увеличиться по сравнению с 2000 г. в 1,7-1,8 раза к 2030 г. и в 2,6-2,7 раза к 2050 г.
В настоящее время на азиатскую часть России приходится 38% выбросов СС 2 от сжигания топлива на электростанциях страны. В перспективе эта доля будет постепенно увеличиваться и к концу периода может достигнуть 41-42%.
На рис.2.5.2 видно, что если в европейской части России выбросы от сжигания топлива на ТЭС превысят уровень 1990 г. только после 2030 г., то в азиатской части это может произойти уже в 2010 г., а к концу рассматриваемого периода это превышение увеличиться в 1,8 раза (против 1,35 по европейской части).
Таким образом, расчеты показывают, что среди регионов России наиболее неблагоприятными с точки зрения динамики роста выбросов парниковых газов от электростанций являются регионы азиатской части России.
Проведенные расчеты позволили также определить динамику изменения показателей удельных выбросов СО? (г ССЬ/кВгч) для различных регионов страны (так называемые "базовые линии"). Представляется, что эти показатели могут быть использованы в первом приближении при оценке экологической предпочтительности внедрения новых проектов на различных территориях России. При этом снижение выбросов достигается за счет привлечения в регион конкретных проектов с показателями удельных выбросов ниже базовой линии.
Базовые линии показателей удельных выбросов С02 при производстве электроэнергии для европейской и азиатской части и для России в целом приведены на рис.2.5.3. Из них следует, что азиатская часть России по величине этих показателей значительно превосходит европейскую. Поэтому именно в этой части России имеется существенный потенциал снижения выбросов парниковых газов как за счет структурных преобразований в электроэнергетике (например, более широкомасштабного вовлечения возобновляемых и нетрадиционных источников энергии и природного газа), так и за счет активного внедрения новых технологий сжигания топлива.
Вступление в силу механизмов Киотского протокола и создание в России эффективной системы мониторинга и управления выбросами парниковых газов, наряду с прямыми эффектами, такими, как экономия топлива, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий, привлечение в российскую экономику дополнительных финансовых ресурсов, может принести значительные социальные и экологические результаты. Снижение выбросов парниковых газов сопровождается, как правило, сокращением выбросов таких загрязнителей, как S02, NOx, твердых частиц, тяжелых металлов, что приводит к снижению риска здоровью населения. 2.6. Оценка мероприятий по сокращению выбросов СОг от сжигания топлива на ТЭС в электроэнергетике России
Для оценки мероприятий по сокращению этих выбросов рассматривались четыре сценария развития электроэнергетики страны: атомный, газовый, угольный (с отбором и утилизацией СО2) и угольный в сочетании с использованием нетрадиционных возобновляемых источников электроэнергии (табл.2.6.1). 1) Атомный сценарий - для сокращения выбросов СОг за счет развития атомной энергетики установленная мощность АЭС должна будет возрасти 1 При условии, что обязательство России в Киотском протоколе не превышать уровень выбросов парниковых газов 1990 г. будет распространяться на весь рассматриваемый 50- летний период, до 158 ГВт в 2050 г. против 100 ГВт в базовом сценарии (прирост предполагается за счет строительства реакторов III поколения на быстрых реакторах с капиталовложениями 2300-2500 долл./кВт), а доля АЭС в общем производстве электроэнергии в стране к концу рассматриваемого периода увеличится до 47% по сравнению с 15% в настоящее время. Это позволит сократить потребление угля на электростанциях (в основном в европейской части России) на 95-100 млн.т у.т. или на 37% по сравнению с базовым сценарием. Суммарные дисконтированные затраты на развитие ТЭК по этому сценарию (по сравнению с базовым сценарием) увеличатся на 0,8%. 2) В газовом сценарии (при тех же масштабах развития АЭС, что и в базовом сценарии) для снижения выбросов СО2 потребуется увеличить потребление природного газа на электростанциях России должно увеличится на 135 млн. т у.т. (на 61% по сравнению с базовым сценарием). Необходимые объемы газа предполагается обеспечивать за счет вовлечения месторождений шельфов арктических морей с капиталовложениями 400-500 долл./ЮОО м . Это позволит вытеснить уголь из топливного баланса электростанций в объеме 160-170 млн. т у.т. и его доля в потреблении топлива на электростанциях не превысит 38% от базового сценария. Суммарные дисконтированные затраты на развитие ТЭК по газовому сценарию увеличатся на 1,9%. 3) Угольный сценарий — для сокращения выбросов СОг в этом сценарии предполагается крупномасштабное внедрение на угольных станциях технологий по отделению СОг из отходящих газов с последующей его утилизацией. Оснащение электростанций такими технологиями позволит на 85-90% снизить выбросы СОг в отходящих газах, однако при этом на 30% повысятся удельные капиталовложения в сооружение электростанций и на 8-10% снизится их КПД (увеличивается расход электроэнергии на собственные нужды), что приведет к дополнительному расходу угля на электростанциях. Суммарные дисконтированные затраты на развитие ТЭК по угольному сценарию увеличатся на 2,8%.
Оценка эколого-экономической эффективности проектов по сокращению выбросов парниковых газов в электроэнергетике Восточной Сибири
Ниже приводятся результаты исследований автора по оценке эколого-экономической эффективности новых проектов (внедрение нетрадиционных возобновляемых источников энергии - НВИЭ) для сокращения выбросов парниковых газов в электроэнергетике Восточной Сибири.
Хотя традиционно считается, что приоритетными для использования НВИЭ являются районы, не охваченные централизованным энергоснабжением, тем не менее, это не исключает возможности и целесообразности их внедрения в системы централизованного энергоснабжения, например, в качестве дополнительных источников энергоснабжения для удаленных потребителей.
В перспективе актуальность практического использования в нашей стране НВИЭ будет возрастать в связи с - сокращением централизованного финансирования, необходимого для сооружения крупных капиталоемких энергетических объектов с длительным сроком строительства; - повышением хозяйственной самостоятельности потребителей энергии, их стремлением к самообеспечению и энергетической независимости; - снижением добычи и удорожанием органического топлива, в первую очередь, природного газа; - отработкой новых технологических и конструктивных решений по использованию различных НВЭИ, появлением новых материалов и развитием международного сотрудничества в этой области; - предстоящим ужесточением экологических ограничений (в том числе по выбросам парниковых газов) при строительстве новых и эксплуатации действующих энергетических объектов - ТЭС, котельных, крупных ГЭС, магистральных ЛЭП и трубопроводов. В ближайшей перспективе основные направления развития НВИЭ будут определяться принятой правительством РФ Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 года [68].
Для расширения сферы использования НВИЭ программой предусматривается создание оборудования для микрогидроэлектростанций и ГЭС малой мощности, геотермальных теплоэлектроцентралей, ветровых энергетических установок преобразования солнечного излучения в электроэнергию и тепло, эффективного использования в энергетических целях отходов производства и т. д.
Для сокращения выбросов парниковых газов в электроэнергетике Восточной Сибири были рассмотрены три проекта: 1) ветроэнергетическая электростанция (ВЭС), электрической мощностью 1 МВт, имеющая горизонтальную ось вращения ветроколеса с тремя лопастями. Анализ технико-экономических показателей ветроэнергетических электростанций для этой мощностной группы (преимущественно зарубежных [42, 119, 122]) показал: удельная стоимость перспективных и разрабатываемых ВЭС находится в интервале 1300-1700 долл./кВт, ежегодные эксплуатационные издержки составляют 1,0-2,0% от капиталовложений. 2) солнечная электростанция (СЭС) уставленной мощностью 1 МВт с фотоэлектрическими преобразователями. Анализ удельной стоимости таких СЭС показывает, что для зарубежных разработок она колеблется в диапазоне 5000-6000 долл./кВт, для отечественных - 4000-5000 долл./кВт. 3) малая гидроэлектростанция (МГЭС). К категории МГЭС относятся электростанции с единичной мощностью до 10 МВт. По имеющимся оценкам на малые ГЭС Восточной Сибири приходится 20% (или 70 млрд. кВт. ч) экономического потенциала гидроэнергетических ресурсов в регионе [4, 5, 31]. Удельные капвложения в сооружение МГЭС оцениваются в 2300-2700 долл./кВт. Основные технико-экономические показатели рассмотренных проектов приведены в табл.3.2.1.
Целесообразность практического применения нетрадиционных возобновляемых источников электроэнергии (НВИЭ) в Восточной Сибири1 в значительной степени будет определяться их экономической эффективностью и конкурентоспособностью по сравнению с замыкающими источниками электроэнергии, в первую очередь, на органическом топливе.
Конкурентоспособность возобновляемых источников электроэнергии определяется как полученными от их внедрения эффектами, так и дополнительными затратами на их сооружение. Эффекты заключаются в экономии топлива энергоисточников на органическом топливе и сокращении выбросов парниковых газов и других загрязнителей, затраты — в дополнительных капиталовложениях и издержках, связанных с созданием и эксплуатацией возобновляемых источников энергии.
Строительство НВИЭ может быть оправдано лишь в том случае, если суммарный эффект (доход), полученный от экономии топлива и продажи (переуступки) сокращенных выбросов парниковых газов, будет выше этих дополнительных затрат, а следовательно стоимость производимой электроэнергии, тепла при реализации проекта не превысит прогнозируемых в регионе тарифов на энергоносители.
Полученные в результате расчетов динамика изменения удельных выбросов СОг (базовая линия) от сжигания топлива на электростанциях региона приведена на рис. 3.2.1, значения замыкающих затрат на производство электроэнергии по азиатской части России - в табл.3.2.2.
В табл.3.2.3 для базового сценария приведен прогноз развития электроэнергетики Восточной Сибири до 2020 г. За рассматриваемый период производство электроэнергии должно увеличиться в 1,4 раза (по стране в целом в 1,5 раза). При этом основной прирост производства электроэнергии предполагается за счет ТЭС на органическом топливе, их доля в структуре производства электроэнергии в регионе возрастет с 30% в настоящее время до 42% к 2020 г. В результате расход топлива на электростанциях должен увеличиться в 1,6 раза. Ожидаемый высокий прирост потребления котельно-печного топлива на электростанциях при неизбежном росте цен на топливо, сложная экологическая обстановка в регионе и ужесточение экологических ограничений (в том числе по выбросам парниковых газов), располагают к активному вовлечению возобновляемых и нетрадиционных источников электроэнергии.
На втором этапе для каждого из рассмотренных проектов НВИЭ определялся объем сокращенных выбросов СОг в случае его реализации и рассчитывались связанные с эти проектом суммарные и удельные затраты на производство электроэнергии. Базовым линиям проектов НВЭИ соответствуют нулевые удельные выбросы СОг (рис.3.2.1).
Результаты расчетов объемов сокращенных выбросов показаны на рис.3.2.2, суммарные (за срок службы объекта) и удельные затраты на производство электроэнергии - в табл.3.2.4.
На третьем этапе для каждого проекта НВИЭ рассчитывался показатель эколого-экономической эффективности - минимальная стоимость сокращенных выбросов С( 2, при продаже которых, по этой стоимости реализация проекта становится эффективной.
