Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Структура и главные компоненты выброса парниковых газов в Российской Федерации 14
1.1 Возможные причины глобального потепления 14
1.2 Парниковые газы 16
1.3 Потенциалы глобального потепления парниковых газов 19
1.4 Эмиссия парниковых газов по секторам 20
1.4.1 Энергетика 20
1.4.2 Промышленные процессы 26
1.4.3 Сельское хозяйство 29
1.4.4 Отходы 31
1.5 Структура и главные компоненты эмиссии парниковых газов 32
Глава 2. Глобальные процессы наиболее тесно связанные с общим состоянием экономики страны. Выбор предикторов и оценка взаимосвязей различных экономических показателей 37
2.1 Временные интервалы оценки и прогнозирования эмиссии 37
2.2 Современные методы прогнозирования эмиссии 40
2.3 Влияние географических особенностей 57
2.4 Статистическая связь эмиссии С02 с макроэкономическими и
отраслевыми показателями экономики 60
Глава 3. Методы построения оценки и прогноза эмиссии С02 66
3.1 Экстраполяционное прогнозирование 66
3.2 Метод линейной регрессии 67
3.2.1 Построение прогноза с использованием ВВП в качестве предиктора 70
3.2.2 Построение прогноза с использованием в качестве предикторов отраслевых показателей экономики 73
3.3 Множественная регрессия 75
3.4 Нелинейная регрессия 77
3.5 Оценка значимости параметров линейной регрессии 80
3.6 Оценка значимости отдельных параметров линейной регрессии 82
3.7 Ошибка интервального прогноза на основе линейного уравнения регрессии 85
Глава 4. Оценка и прогноз эмиссии метана от крупнейших источников ... 89
4.1 Добыча и транспортировка природного газа 89
4.2 Оценка н прогноз эмиссии от природного газа 95
4.3 Эмиссия метана от сельскохозяйственных животных и обращения с отходами их жизнедеятельности 99
Выводы 103
Список литературы 104
- Возможные причины глобального потепления
- Временные интервалы оценки и прогнозирования эмиссии
- Построение прогноза с использованием ВВП в качестве предиктора
- Добыча и транспортировка природного газа
Введение к работе
Проблемы изучения современных и предстоящих изменений климата и их последствий представляют весьма значительный научный интерес и привлекают в настоящее время внимание многочисленных отечественных и зарубежных исследователей. Среди естественных причин изменения глобального климата во времени, внешних по отношению к климатической системе Земли — вариации потока солнечной энергии, поступающей в атмосферу Земли, и вариации потока солнечной энергии, отраженной земной поверхностью и ушедшей обратно в космос (связаны с циклическими изменениями наклона эклиптики и различиями в значениях альбедо земной поверхности на разных широтах). С началом индустриальной эры к естественным причинам изменения климата, обусловливающим его естественную изменчивость, прибавились антропогенные факторы — антропогенная эмиссия парниковых газов (ПГ) и аэрозолей в атмосферу, а также изменение альбедо земной поверхности при изменении землепользования [53,57,93]
Парниковый эффект, открытие которого восходит к работам Тиндалла (ТупйаИ, 1861) и Аррениуса (Аггкетш, 1896) [91,116], был впоследствии исследован зарубежными и российскими учеными в связи возможностью его антропогенного усиления [1, 25, 30]. Важнейшими из парниковых газов являются диоксид углерода (С02), метан (СН4) и закись азота (N20). Увеличение их концентрации в атмосфере приводит к изменению способности горизонтальных слоев атмосферы пропускать лучистую энергию на разных частотах. Вследствие этого меняется бюджет энергии, специфический на разных высотах, что вызывает изменение вертикального распределения температуры, в частности, потепление или похолодание в приповерхностном слое атмосферы, а также изменение других его параметров. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению. Это антропогенное усиление парникового эффекта.
Как указывает в своих работах академик Ю.А. Израэль, в последние два десятилетия XX века в мире возникло и широко распространилось некое предощущение опасности, связанной с глобальным потеплением из-за антропогенного усиления парникового эффекта вследствие антропогенных эмиссий парниковых газов в атмосферу. Политическим результатом этой обеспокоенности стала Рамочная конвенция ООН об изменении климата — РКИК (1992 г.) [50]. Ее цель ясно сформулирована в Статье 2: "Конечная цель настоящей Конвенции и всех связанных с ней правовых документов, которые может принять Конференция Сторон, заключается в том, чтобы добиться, во исполнение соответствующих пололсений Конвенции, стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного вмешательства в климатическую систему". И далее: "Такой уровень должен быть достигнут в сроки, достаточные для того, чтобы — позволить экосистемам естественным образом адаптироваться к изменению климата, — убедиться, что производство продовольствия не находится под угрозой, и — дать возможность обеспечить дальнейшее экономическое развитие на устойчивой основе" [50].
Кроме предусматриваемой РКИК стабилизации концентраций парниковых газов (достигаемой путем сокращения выбросов и/или интенсификации поглощения парниковых газов из атмосферы) рассматриваются и другие методы предотвращения опасного воздействия на климатическую систему. В последнее время возрастающее внимание исследователей привлекают к себе геоинженерные методы: увеличение в атмосфере слоя аэрозолей, поглощающего солнечное излучение, улавливание и захоронение углерода из промышленных выбросов, увеличение поглотительной способности океана по отношению к С02 и др. Первый из этих методов, идея которого была высказана в 1972 г. академиком М.И. Будыко, разрабатывается в настоящее время в России в Институте глобального климата и экологии под руководством Ю.А. Израэля и некоторых других научно-исследовательских организациях. Ведутся теоретические исследования, выполняются эксперименты в аэрозольных камерах, начаты натурные эксперименты [9,20,22,26]
Первый правовой документ, направленный на ограничение антропогенных эмиссий парниковых газов, появился в рамках РКИК в 1997 г. Это Киотский протокол [13] который был открыт к подписанию в 1998 г. В преамбуле этого договора сказано, что он заключен в "целях достижения окончательной цели Конвенции, как она изложена в Статье 2". Это соглашение было ратифицировано Россией в 2004 г. Однако никакого определения того, что такое "опасное антропогенное вмешательство в климатическую систему", во времена принятия РКИК не существовало, как его в общепринятом виде не существует и сейчас, хотя этот вопрос интенсивно разрабатывается международным научным сообществом, в том числе Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). Эта проблема не может быть полностью решена в рамках науки, поскольку, в конечном счете, будет необходимо принятие решений на национальном и (или) международном уровнях о том, является ли климат, измененный под воздействием деятельности человека, желательным или же приемлемым в свете целей устойчивого развития общества и благосостояния населения, учитывая, конечно, и различные аспекты нематериальных полезностей (в частности, сохранение уникальных природных и культурных объектов). Однако наука должна предоставить необходимую объективную и качественную информацию, которая позволит в конечном счете принять оптимальные решения в этой области [18,21,36,43,50,54].
На национальном уровне такая информация необходима в отношении следующего:
какие последствия изменения климата уже наблюдаются к настоящему моменту;
какова чувствительность природных и хозяйственных систем, состояния здоровья населения к изменению климата;
имеются ли возможности адаптации к меняющемуся климату, и какова их потенциальная эффективность;
какие ожидаются последствия изменения климата в среднесрочной и долгосрочной перспективе, и какова их опасность.
Помимо перечисленной информации, выполнение Киотского протокола и других, возможных в будущем, международных соглашений в области охраны климата требует проведения на национальном уровне оценок антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу и их абсорбции (поглощения) из атмосферы. Такие оценки необходимы для контроля выполнения международных соглашений, для определения количества квот на выбросы парниковых газов, которые могут быть переданы или получены другим странам в результате применения так называемых механизмов гибкости (рыночных механизмов), для планирования и контроля реализации политики и мер по сокращению выбросов и для решения ряда других задач. Несмотря на экономический спад 90-х годов 20 века, Россия является третьим в мире государством по величине выбросов в атмосферу антропогенных парниковых газов (после США и Китая). В то же время в силу природно-географических условий на ее территории находятся крупные действующие источники, такие как тундры, болота, особенно болота Сибири и потенциальные источники в виде залежей метановых гидратов, почвы зоны вечной мерзлоты [46,77,81].
В Российской Федерации проблему оценки выбросов решает Российская система ог{енки антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой, координируемая Росгидрометом. Детализированные данные по антропогенным выбросам и абсорбции парниковых газов ежегодно представляются органам РКИК и Киотского протокола в составе Национальных кадастров [46].
Другой серьезной научно-прикладной задачей национального уровня является прогнозирование антропогенных выбросов парниковых газов. В настоящее время для Российской Федерации разработан ряд сценариев выбросов с горизонтом прогнозирования 25-30 лет. Некоторые из этих сценариев включены в Национальные сообщения РФ [77, 81].
Решение этих двух задач в совокупности фактически обеспечивает мониторинг антропогенных эмиссий парниковых газов в атмосферу, поскольку отвечает определению мониторинга как системы наблюдений, оценки и прогноза [23,30].
Дальнейшее развитие системы мониторинга на национальном уровне является интересной в научном отношении и важной с прикладной точки зрения задачей, требующей разработки новой методической базы, отличной от использующейся в настоящее время при разработке национального кадастра и прогнозов выбросов парниковых газов. В частности, значительный интерес представляет повышение оперативности оценок антропогенной эмиссии парниковых газов и разработка подходов к прогнозированию эмиссии и ее компонентов на национальном уровне с горизонтом прогнозирования 1-3 года. Разработке этих вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.
Несмотря на продолжающиеся научные дискуссии, относительно сравнительного вклада антропогенных и природных факторов в современные и предстоящие изменения климата, мировое сообщество в 1997 году приняло соглашение, определившее конкретные обязательства промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой по сокращению выбросов парниковых газов - Киотский протокол к Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Как следует из протокола, антропогенная эмиссия парниковых газов в России за период с 2008-2012 гг. не должна превысить пятикратный уровень выбросов базового 1990 г. На первом Совещании Сторон Киотского протокола (Монреаль, 2005 г.) был принят пакет документов, определивших основные принципы, нормы и механизмы исполнения Киотского протокола. Протокол, в дополнение к основным мероприятиям по снижению выбросов парниковых газов, предоставляет возможность задействовать рыночные механизмы, такие как международную торговлю квотами на выбросы парниковых газов и совместное осуществление проектов по снижению выбросов парниковых газов с переуступкой части национальных квот на выбросы другим странам или хозяйствующим субъектам. В связи с этим особую роль приобретает прогнозирование величины выбросов парниковых газов в национальном масштабе, обеспечивающее как возможность рационального планирования и контроля мер по сдерживанию и сокращению выбросов парниковых газов, так и заблаговременное предупреждение о приближении к предельным с точки зрения выполнения международных обязательств величинам выбросов. Особенно актуальными эти вопросы являются для России, как страны, экономический рост которой сопровождался, и, по всей видимости, будет сопровождаться в будущем, ростом выбросов парниковых газов.
Цель работы заключается в создании методов оперативной оценки величины годовой антропогенной эмиссии парниковых газов и методов построения среднесрочных прогнозов выбросов парниковых газов с горизонтом прогнозирования до 3-х лет. Задачи исследования:
1. Анализ структуры антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации, оценка вклада отдельных газов и видов экономической деятельности в общий выброс парниковых газов, выделение главных компонент выброса;
Оценка статистических связей макроэкономических и отраслевых показателей хозяйственной деятельности с эмиссией парниковых газов;
Обоснование и выбор предикторов для оценки и прогноза эмиссии;
Разработка пригодной для практической реализации методики оценки и среднесрочного прогнозирования общей антропогенной эмиссии парниковых газов в РФ;
Анализ погрешности прогностических оценок эмиссии парниковых газов, выполняемых с использованием выбранных предикторов.
Научная новизна. В ходе выполнения работы впервые:
Выделены главные компоненты антропогенного выброса парниковых газов на территории Российской Федерации и показано, что для решения с приемлемой точностью задач оперативной оценки и прогнозирования общего выброса парниковых газов достаточно оценивать выбросы от трех-четырех видов экономической деятельности;
Установлено наличие тесной корреляционной связи между выбросом С02 от сжигания ископаемого топлива и рядом отраслевых показателей экономической деятельности, входящих в систему федеральной статистики;
Построены уравнения регрессии и оценены погрешности прогностических оценок выбросов парниковых газов;
Разработана и исследована методика оперативной оценки и прогноза эмиссии парниковых газов в России на национальном уровне.
Соискатель выносит на защиту:
1. Результаты анализа структуры и динамики антропогенной эмиссии парниковых газов в России, позволившие выделить три компоненты
выброса парниковых газов, вносящих основной вклад в их общую антропогенную эмиссию. В период после 1990 г. эти компоненты, в сумме, обеспечивали 85-88% общего выброса парниковых газов, несмотря на значительные изменения абсолютной величины выброса этих компонент и общего выброса парниковых газов.
Вывод о наличии сильных устойчивых корреляционных связей между эмиссией С02 от сжигания ископаемого топлива и рядом макроэкономических и отраслевых показателей развития экономики, позволяющих использовать данные показатели в качестве предикторов для оценки и среднесрочного прогнозирования выбросов С02.
Методику оперативной оценки и среднесрочного прогнозирования эмиссии С02, связанной со сжиганием ископаемого топлива и общей антропогенной эмиссии парниковых газов.
Прогнозную оценку эмиссии С02 от сжигания ископаемого топлива в РФ и эмиссии СН4, связанной с использованием природного газа и с животноводством, а также общей антропогенной эмиссии парниковых газов на период до 2011 года.
Практическое значение: Результаты диссертационной работы могут быть использованы при формировании прогнозов эмиссии парниковых газов, планировании мер по снижению эмиссии, разработке и реализации международных соглашений в области охраны климата.
Внедрение: Полученные результаты внедрены при выполнении планов НИОКР Росгидромета (тема 1.3.2 плана 2005-2007 гг. и тема 3.5.2 плана 2008-2010 гг.)
Апробация работы: основные материалы диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на: конференции молодых ученых посвященной пятидесятилетию Института прикладной геофизики (Москва, 2006 г.); научных конференциях Института глобального климата и экологии (Москва,
- 122006 и 2007 г.); Третьей Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2006 г.) и опубликованы в 6 печатных работах.
Публикации по теме диссертации:
Самойлов И.А. Некоторые возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Конференция молодых ученых «Проблемы гелиогеофизики и экологии»: Сб.тезисов. - Москва, 2006.
Нахутин А.И., Самойлов И.А. О выборе предикторов для прогнозной оценки техногенных выбросов парниковых газов //Труды II всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» - Москва, 2006. - с. 45-49.
Самойлов И.А. Возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Труды ИПГ имени академика Е.К.Федорова. Выпуск 85. - Москва, 2006 г. - с. 165-168.
Самойлов И.А. Выбор предикторов для прогнозной оценки антропогенных выбросов парниковых газов в России // Сибирская конференция молодых ученых по наукам о земле. - Новосибирск, 2006 - с. 202-203.
Самойлов И.А. Предикторы для статистической оценки и прогноза выбросов ССЬ от использования ископаемого топлива // Использование и охрана природных ресурсов в России, информационно-аналитический бюллетень №6 (96), - Москва, 2007 г. - с. 51-54.
Самойлов И.А., Нахутин А.И. Оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии диоксида углерода и метана в России
статистическими методами // Метеорология и гидрология. - Москва, 2009 г. №6. - с. 25-32.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержащего основные выводы работы. Она изложена на 114 страницах, содержит 23 рисунка, 32 таблицы. Список литературы содержит 118 наименований.
В первой главе рассматриваются основные парниковые газы и их источники по секторам экономической деятельности. Приведен список парниковых газов, подлежащих учету и инвентаризации, определенный в Приложении А к Киотскому протоколу. Рассмотрен перечень категорий источников парниковых газов, которые мировое сообщество условилось считать антропогенными. Выделены главные компоненты выброса.
Во второй главе дается описание причин изменения выбросов парниковых газов и определены главные влияющие факторы. Рассмотрен метод выполнения оценки выбросов с использованием статистических связей межды величиной выброса и различными показателями развития экономики. Исследованы корреляции выброса с С02 с показателями принадлежащими к группам макроэкономических и отраслевых показателей.
В третьей главе рассматриваются методы построения прогноза выбросов С02. Построены регрессионные модели и сделан прогноз с использованием различных экономических показателей. Выполнен расчет доверительных интервалов.
В четвертой главе сделан расчет эмиссии метана от двух источников. Наиболее крупным из них является эмиссия, связанная с добычей и транспортировкой природного газа. Другим крупным источником является эмиссия метана от жизнедеятельности сельскохозяйственных животных.
В заключении приводятся основные выводы работы.
Возможные причины глобального потепления
Считается, что наблюдаемое глобальное потепление климата Земли в значительной степени обусловлено выбросами парниковых газов. Так среднемировая приземная температура воздуха самого теплого 1998 года была на 0,66С выше ее среднемноголетнего значения (+13,8С) за период, прошедший с 1861 г., вторым наиболее теплым был 2002 г. Потепление на территории России в целом за столетие (1901-2000 гг.) составило около 1С; максимальная средняя годовая температура была отмечена в 1995 и 2007 гг., когда отклонение от нормы было более 2С. Потепление более заметно зимой; интенсивное потепление происходило к востоку от Урала, тогда как вблизи Черного моря и в отдельных западных и полярных районах произошло даже некоторое похолодание [36, 77, 79, 112].
Судя по дебатам в российских и иностранных научных публикациях и выступлениям на всемирной конференции по изменению климата проходившей с 29 сентября по 3 октября 2003 г. в Москве, однозначного мнения среди ученых в оценке соотношения вкладов естественных и антропогенных факторов в современное изменение климата нет. Факт повышения температуры признан практически всеми, а по поводу первопричин все еще развертываются активные дискуссии [10].
Хотя эффективность Киотского протокола, призванного ограничить выбросы парниковых газов, по расчетам Ю. А. Израэля для будущих изменений климата крайне невелика, реакция на Киотские соглашения неоднозначна. Если ЕС и Япония ратифицировали Киотский протокол, то США заняли крайне неоднозначную позицию и даже увеличили выбросы на 18,6% к 2007 г. по сравнению с 1990 г., а многие развивающиеся страны, в том числе Китай и
Индия, вообще не стали вводить ограничений на выбросы ПГ[5, 20, 77, 79]. Россия, при обязательствах по Киотскому протоколу не превышать 3323 Мт ССЬ-экв. ежегодных выбросов, за последние 10 лет имеет профицит порядка 21000 Мт ПГ в эквиваленте С02, или в среднем 1050 млн. т в год.
Это результат не только падения объемов производства, но и целенаправленной структурной перестройки экономики, сокращения энергоемких производств, конверсии военно-промышленного комплекса и внедрения энергоэффективных и энергосберегающих технологий [81, 97].
Научные исследования проблемы изменения климата бурно развиваются практически во всех странах или самостоятельно, или с помощью более продвинутых в этой области знания стран. К концу века климатологи прогнозируют возможные повышения температуры воздуха на 1,4-5,8С, если выбросы ПГ не будут ограничены, при этом уровень Мирового океана, по разным оценкам, может подняться на 9-88 см [92].
В этой связи принципиально важно положение, отмеченное Межправительственной группой экспертов ВМО и ЮНЕП, об отказе от понятия «прогноз климата», формулируемого на основе несовершенных современных моделей климата как источника информации о возможных его изменениях в будущем. Именно поэтому речь идет о вероятных сценариях изменения климата. В качестве основы процесса управления потеплением климата выбран баланс углерода [5, 36, 98].
В 2007 году на Конференции Сторон РКИК ООН по проблеме изменения климата проходившей на Бали было принято юридически оформленное решение всех участвовавших стран за 2 года разработать соглашение о снижении выбросов парниковых газов. В решении имеется цель и двукратного снижения выбросов к середине века и указание на то, что развитые и развивающиеся страны должны сдерживать и снижать выбросы [117].
Соглашение должно охватывать период после 2012 года, когда закончится срок действия первого периода выполнения Киотского протокола [79].
В список парниковых газов, подлежащих учету и инвентаризации выбросов в рамках конвенции по изменению климата определен в Приложении А к Киотскому протоколу включает 6 веществ и групп веществ: двуокись углерода (С02), метан (СНД закись азота (№ 0), перфторуглероды (ПФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и гексафторид серы (8Р6). По мере синтеза и использования новых ГФУ и ПФУ этот список вероятно будет дополняться. Водяной пар, самый распространенный парниковый газ, исключен из данного рассмотрения, так как нет данных о росте его концентрации в атмосфере. Однако по утверждению некоторых ученых кругооборот водяного пара в атмосфере является наиболее значимым и плохо изученным процессом глобального потепления. [12, 101]
Озоноразрушающие вещества (хлорфторуглероды, НСРС22, галогены, метилхлороформ, тетрахлорид углерода), которые также дают небольшой парниковый эффект, к парниковым газам не относят, поскольку они подлежат учету и запрещены к использованию в связи с выполнением странами обязательств по Монреальскому протоколу вступившим в силу 1-го января 1989 года. [44, 69, 87].
Временные интервалы оценки и прогнозирования эмиссии
Согласно условиям РКИК ООН и Киотского протокола, инвентаризация фактической антропогенной эмиссии парниковых газов производится странами, имеющими количественные обязательства (страны Приложения 1 РКИК и страны Приложения В Киотского протокола), ежегодно, на национальном уровне, с большой степенью детализации по газам и источникам выбросов. Результатом инвентаризации является национальный кадастр. Ввиду сложности процесса, включающего сбор большого количества исходных данных, проведение детализированных оценок по категориям источников, обобщение оценок, анализ погрешностей, документацию материалов, проверку и рецензирование и т.д., запаздывание официальных данных о выбросах составляет 15,5 месяцев с момента окончания отчетного года, а в отдельных случаях даже более. Официальным требованием РКИК ООН и КП является представление национальных кадастров промышленно развитых стран к 15 апреля каждого года. Кадастр должен включать данные за все годы, начиная с базового и кончая годом, предшествующим предыдущему. Для Российской Федерации базовым является 1990 год для эмиссий С02, СН4, 1Ч20 и 1995 год для эмиссий ГФУ, ПФУ и 8Р6. Задержка представления кадастров на срок более 6 недель считается невыполнением обязательств и может привести к санкциям в рамках процедур Киотского протокола в виде отстранения от участия в механизмах гибкости Киотского протокола [13,67,118].
Таким образом, данные о величине общей годовой антропогенной эмиссии парниковых газов в промышленно развитых странах, в том числе и в Российской Федерации, оказываются доступными через значительный временной промежуток (лаг) после окончания отчетного года.
Очевидно, что решение таких задач, как контроль выполнения количественных обязательств по ограничению и снижению эмиссии, планирование и контроль мероприятий по сокращению и ограничению выбросов, оценка допустимого количества квот на выбросы, которые могут быть переданы в другие страны в ходе реализации механизмов гибкости Киотского протокола и, наконец, планирование величины резерва квот и их остатка, переходящего на следующий период выполнения Киотского протокола, могло бы существенно облегчиться, если бы существовали методики оценки эмиссии, имеющие меньший временной лаг, чем используемые в настоящее время. Разработка такой методики составляет одну из задач данной работы.
В дальнейшем оперативной оценкой эмиссии ПГ будем называть оценку годовой эмиссии, выполненную с временным лагом до 1 года, т.е. до 31 декабря года, следующего за отчетным. Поскольку предварительные данные экономической статистики за истекший год публикуются Росстатом в январе - феврале (до 2008 г. в январе - марте) каждого года, то, в принципе, представляется возможной разработка расчетной методики оперативной оценки годовой антропогенной эмиссии парниковых газов с временным лагом порядка месяцев. Результаты разработки такой методики изложены в следующих главах работы.
Все высказанные выше соображения, вообще говоря, приложимы не только к общей антропогенной эмиссии парниковых газов, но и к ее компонентам (см. главу 1).
Другой важной задачей является прогнозирование эмиссии. Прогнозирование различных природных и антропогенных процессов и явлений очень широко распространено в научной и практической деятельности человечества. Достаточно в этой связи упомянуть прогнозирование метеорологических и климатических процессов. Прогнозирование рассматривается как один из элементов мониторинга [23,30].
В метеорологии принято разделять прогнозы на краткосрочные, долгосрочные малой заблаговременности и долгосрочные большой заблаговременности. К краткосрочным относят прогнозы погоды на срок от 1 до 3 суток и гидрологические прогнозы на срок до 15 суток. Долгосрочными называют прогнозы погоды на срок порядка пятидневки, недели, естественного синоптического периода, декады, месяца, сезона [62].
Горизонты прогнозирования эмиссии парниковых газов, вообще говоря, могут быть самыми разнообразными. Общепринятая их классификация по заблаговременности пока еще не разработана. Так, например, в четвертом оценочном докладе МГЭИК приводится набор сценариев эмиссии на период от 2000 г. до 2100 г., т.е. на 100 лет. [92]. Естественно считать такие прогнозы (сценарии) долгосрочными. К долгосрочным прогнозам можно также отнести прогнозы с горизонтом 15-20 лет, например, прогнозы, включаемые в национальные сообщения, представляемые странами - участниками РКИК ООН и Киотского протокола [77, 81]. В других ситуациях возможно построение краткосрочных прогнозов - для отдельных предприятий такие прогнозы могут быть увязаны с конкретными планами их производственной деятельности и иметь заблаговременность начиная от суток, а в некоторых случаях даже меньше. Сезонную заблаговременность могут иметь прогнозы, связанные, например, с повышенной эмиссией объектов теплоэнергетики во время отопительного сезона или с эмиссией водного транспорта в периоды сезонной навигации. В настоящее время прогнозы с заблаговременностью (горизонтом прогнозирования) менее одного года остаются невостребованными для практических целей, по крайней мере, на национальном уровне.
Оставляя в стороне вопрос разработки полной классификации прогнозов антропогенной эмиссии парниковых газов по признаку заблаговременности, будем, для целей данной работы, называть среднесрочным прогноз эмиссии парниковых газов, выполненный с заблаговременностью (горизонтом прогнозирования) от одного до трех лет. Как будет показано в данной и последующих главах работы, среднесрочный прогноз может быть выполнен методом регрессионного прогнозирования на основе известных прогнозных значений величин, называемых предикторами эмиссии. В качестве предикторов могут быть использованы некоторые показатели экономического развития РФ.
Наиболее авторитетным источником информации о долгосрочных сценариях будущих выбросов парниковых газов в глобальном масштабе являются доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в частности, Специальный доклад о сценариях выбросов МГЭИК (СДСВ) [111] . Последнее по времени обсуждение сценариев содержится в Четвертом докладе об оценках МГЭИК [96]. В этом докладе отмечается, что «имеется высокая степень согласия и много доказательств в отношении того, что при нынешней политике смягчения воздействий на изменение климата и соответствующей практике устойчивого развития в последующие несколько десятилетий глобальные выбросы ПГ будут по-прежнему увеличиваться.
Базовые сценарии выбросов, опубликованные после Специального доклада о сценариях выбросов МГЭИК (СДСВ, 2000) сопоставимы по своему диапазону со сценариями, представленными в СДСВ». Прогнозы МГЭИК являются долгосрочными (рис.7).
Построение прогноза с использованием ВВП в качестве предиктора
Несмотря на прогрессивность таких прогнозов, это все же не то, как считает "весь мир", в частности, Международное энергетическое агентство (МЭА) и ведущие страны. Международно-признанным стандартом расчетов являются модели «семейства» MARKAL, в частности, ее последняя версия модель TIMES. Преимущества TIMES - высококлассный алгоритм расчетов, возможность введения в модель детальных характеристик энергообъектов и предприятий, моделирование поведения предприятий с учетом будущих изменений в регулировании их деятельности, учет технологических факторов развития и многое другое.
Исследования по применению данной модели к российским условиям ведутся специалистами Высшей школы экономики и Института экономики переходного периода в сотрудничестве с представителями программы ETSAP МЭА и WWF России. Фактически они взялись за работу по калибровке модели для России и внесению в нее огромного массива реальной информации. Пока модель работает только для "большой энергетики". В нее включены все электростанции и производители тепловой энергии. Их доля в суммарных выбросах С02 от сжигания топлива в России составляет 75%, в российских выбросах парниковых газов в целом около 50 процентов. Отдельно рассматриваются (но пока не моделируются) выбросы от промышленных предприятий, транспорта и прочих источников.
В модель сейчас заложены детальные характеристики более 1200 источников генерации тепла и электроэнергии, включая производственные, технологические, экономические, экологические показатели. Объем ресурсов ископаемого топлива и прогнозный объем добьгчи и экспорта нефти и газа, прогнозы по АЭС и ГЭС задавались по «Концепции долгосрочного социально- экономического развития Российской Федерации» (КДР-2020).
Учитывались средние затраты на строительство, эксплуатацию, вывод из эксплуатации энергообъектов, производственные и технические характеристики новых технологий и оборудования, данные энергобалансов по видам топлива. Задавались темпы выбытия «старого» оборудования, равные до 2015 г. 2%, а в 2015-2030 гг. - 4 процентам в год. Это очень консервативная оценка. По данным МЭА, полное замещение существующего оборудования в мире происходит за 20 лет (у нас 80% - за 25 лет). Новым считали оборудование современного уровня (по данным, указанным в «Генеральной схеме развития электроэнергетики», что во многом соответствует данным МЭА). Это также консервативное предположение, так как оно не учитывает возможности технологического прогресса в ближайшие 20 лет. В свете кризиса было сделано предположение о спаде промышленного производства в России в ближайшие 3 года с последующим восстановительным ростом.
Теми же авторами был проведен модельный эксперимент: что может дать создание российской системы торговли квотами на выбросы и что может дать введение «простого» налога на выбросы С02 (рис. 12). Цена и налог на С02 задавались как 15 долл./т С02 в 2015 г. с ростом до 25 долл./т С02 в 2025 году. Расчеты велись от «инновационного» сценария. Оказалось, что предприятия не только не увеличивают эмиссию ПГ (как при инновационном сценарии), но им становится выгодно сокращать выбросы при растущих ценах на углеродном рынке. Фактически участие России в международной торговле квотами останавливает рост выбросов. Введение налога такого же эффекта не дает, в этом случае выбросы начинают снижаться только после 2020 г., когда налог становится достаточно большим.
Авторы работы делают вывод о том, что введение рыночной системы регулирования выбросов фактически становится эффективным средством модернизации и технологического перевооружения энергетики. Однако, чтобы система заработала при достаточно низких ценах на выбросы (порядка 15 долл./т С02), нужна ее «подпитка» через связь с международной системой торговли. Это может быть как участие России в международной торговле квотами через новое соглашение по климату, которое должно начать действовать с 2013 г. (оно сейчас разрабатывается и носит название «Копенгаген-2009»), так и двусторонние соглашения с ЕС или США о связи российской торговой системы с европейской или американской.
Авторы работы [6] сделали попытку анализа влияния географических и климатических характеристик России и некоторых структурных особенностей ее экономики на антропогенную эмиссию парниковых газов. В качестве характеристики суровости климата ими был использован распространенный в зарубежных исследованиях параметр HDD (Population Weighted Heating Degree Days), вычисляемый для отдельной страны как сумма по регионам положительных отклонений среднесуточной температуры от выбранного уровня комфортности, умножаемая на отношение численности населения региона к численности населения страны. Выбрав пороговую температуру равной 18С (аналогично многим исследованиям для развитых стран), авторы работы получили для России значение HDD, равное 5272С, с диапазоном колебания по федеральным округам от 3364С (Южный) до 6971С (Дальневосточный). Параметр HDD для России более чем в 2 раза превышает средний HDD для остальных стран «большой восьмерки». Например, для Канады его значение составляет 4200С. Авторы работы делают вывод о том, что из-за суровости климата России требуется значительно больше ТЭР для обогрева помещений, осуществления хозяйственной деятельности и проживания населения, чем в странах с более благоприятным климатом.
Добыча и транспортировка природного газа
Парниковый газ (СН4), связанный с животноводством, образуется главным образом в результате переработки растительной пищи в кишечнике животных (внутренней ферментации), откуда СН4 и попадает в атмосферу. Количество выделяемого метана в первую очередь зависит от вида сельскохозяйственных животных. На долю крупного рогатого скота (КРС) в 2007 г. приходилось 87,3% общего выброса метана от внутренней ферментации сельскохозяйственных животных в России [46].
Второй источник метана в животноводстве это анаэробное (происходящее без доступа воздуха) разложение навоза и птичьего помета. Он играет гораздо менее существенную роль. В 2007 г. выброс этого источника составлял 3,2 млн.т. С02 - эквивалента, в то время как общий выброс от внутренней ферментации животных — 37,9 млн.т. С02 — эквивалента.
Следует отметить, что в сельскохозяйственном секторе имеется еще один источник эмиссии СН4 - рисоводство, однако роль его незначительна - 3,2 млн.т. С02 - экв. в 2007 г.
При оценке эмиссии метана от ферментации крупного рогатого скота, выполняемой в ИГКЭ для национального кадастра парниковых газов, используется специально разработанная («национальная» в терминологии МГЭИК) методика. Для оценки валовой энергии (МДж), потребляемой в расчете на одну голову скота в год, используются ежегодные статистические данные по количеству расхода кормовых единиц разных видов кормов (концентраты, комбикорма, грубые и сочные корма) на коров и крупный рогатый скот. Расход других видов кормов (пастбищных и кормов животного происхождения) оценивается как разница между общим количеством потребляемых кормовых единиц в год и суммой потребления известных видов кормов. На основе соотношения видов кормов в годовом рационе скота и статистических данных по суммарному расходу кормов на 1 голову коров и другого поголовья крупного рогатого скота рассчитывается потребление кормов по их видам в расчете на 1 голову. Эмиссия от других видов животных рассчитывается по методике МГЭИК.
Основными причинами наблюдавшегося в 1990-2007 гг. падения уровня выбросов метана в животноводстве являлось продолжающееся снижение поголовья скота (в первую очередь - КРС) (рис.21) и численности птицы [46, 81].
На данный момент в агропромышленном комплексе Российской Федерации осуществляются меры по стабилизации и увеличения поголовья, оказанию государственной поддержки сельскому хозяйству страны и укреплению финансового положения сельскохозяйственных товаропроизводителей. Также, продолжающийся рост спроса населения на отечественное продовольствие и улучшение производственных и экономических результатов деятельности отдельных сельскохозяйственных товаропроизводителей способствуют улучшению ряда экономических показателей деятельности в этом секторе экономики [78].
Эмиссия метана (а также и закиси азота) от животноводства имеют прямую связь с поголовьем. На данный момент существует устойчивая тенденция к снижению поголовья КРС, однако вступивший в действие национальный проект в секторе сельского хозяйства предусматривает увеличение численности крупного рогатого скота. Существует несколько сценариев этого процесса. Рассмотрим один из них, предусматривающий, в соответствии с национальным проектом, увеличение поголовья к 2010 году на 500 тыс. голов относительно базового 2005 года, а также выполним расчет исходя из сложившийся тенденции падения поголовья, определив прогнозные значения численности животных методом линейной интерполяции Наибольший коэффициент линейной корреляции между общей эмиссией СН4 в секторе сельского хозяйства без учета рисоводства и поголовьем КРС получен для временного ряда с 2000 по 2007 год и составил Р=0,94.
Таккая высокая степень корреляции позволяет осуществлять оперативную оценку и расчетное прогнозирование эмиссии метана на основе регрессионного анализа, аналогично тому, как это делалось для эмиссии С02 от сжигания ископаемого топлива (см. главу 3). Основными исходными данными для расчета являются фактические и прогнозные данные по поголовью КРС.
Приведенный ниже график (рис.23) показывает связь между эмиссией метана, связанной с животноводством, и численностью поголовья КРС. Ромбами показаны истинные значения за период с 1990 по 2007 годы, остальные значки определяют прогнозные значения на период до 2011 года для двух сценариев изменения поголовья - сценария национального проекта и «инерционного» сценария, отражающего сложившуюся тенденцию.
Данная методика оценки эмиссии является альтернативной по отношению к методике МГЭИК и методике, используемой в национальном кадастре РФ. Не претендуя на более высокую точность, она позволяет оперативно, в том числе и по предварительным годовым данным Росстата о поголовье КРС, оценивать фактические годовые выбросы метана в животноводстве. Поскольку изменения в структуре питания и породном составе крупного рогатого скота, а также и в технологиях обращения с отходами животноводства происходят достаточно медленно, то наличие тесной корреляционной связи между эмиссией и поголовьем КРС дает возможность предположить, что горизонт прогнозирования эмиссии в данном случае ограничивается только наличием достаточно надежных прогнозных данных по поголовью КРС. 1) Несмотря на значительные изменения абсолютной величины эмиссии парниковых газов в России в 1990-2007 гг. ее распределение по газам и источникам изменилось не существенно. Для оценки и прогноза 8588% антропогенной эмиссии парниковых газов в России достаточно рассмотреть всего 3 главных источника эмиссии двуокиси углерода и метана. 2) Данные по объему ВВП коррелированны с выбросом С02 существенно меньше, чем некоторые отраслевые показатели экономической деятельности. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции были получены для таких отраслевых показателей, как объем железнодорожных грузоперевозок и производство электроэнергии. Данные показатели могут быть использованы в качестве предикторов для оценки и прогнозирования выбросов С02. 3) Обладая заранее известными значениями предикторов с помощью регрессионных методов можно производить оперативную оценку и строить среднесрочные прогнозы эмиссии С02 на территории Российской Федерации. 4) Наименьшая погрешность прогнозных оценок эмиссии С02 обеспечивается при использовании отраслевых показателей. 5) Для оценки и прогноза выбросов СНЦ основными его источниками целесообразно применять простые регрессионные методы, используя в качестве предикторов прогнозы объемов добычи природного газа и численности сельскохозяйственных животных.
