Modern approaches to the renewable energy

Введение

Интерес к возобновляемой энергетике вызван рядом факторов. В качестве основных можно выделить: истощение традиционных источников ископаемого топлива, при этом их добыча связана с увеличением затрат; существенное негативное воздействие на окружающую среду от ископаемых источников энергии и, соответственно, необходимость очистных сооружений и мероприятий. В совокупности два данных фактора приводят к росту цен традиционных энергоресурсов. Для конечного потребителя это выражается в ежегодном увеличении тарифа в среднем на 15–25 %. При этом стоимость оборудования для получения и использования возобновляемой энергии снижается. В ряде случаев применение той или иной технологии по преобразованию возобновляемой энергии становится экономически целесообразней по сравнению с традиционной энергетикой, основанной на ископаемых источниках энергии [1] (Shcherbak, 2012). Так, например, в США по состоянию на 2013 год стоимость солнечной энергии составила 0,056 доллара США за киловатт-час, ветровой энергии – 0,014 доллара США. При этом стоимость киловатт-час энергии из газа и угля обходится в 0,061 и 0,066 доллара США соответственно.

Возобновляемые источники энергии позволяют обеспечить потребности в энергетике территориям, ранее не имевшим развитой энергосистемы. В настоящее время в ряде регионов полностью или частично отсутствует постоянное электроснабжение. Возобновляемая энергетика позволит уменьшить затраты на обеспечение энергией данные территории.

С учетом широких перспектив возобновляемой энергетики, решения в данной области базируются на международном сотрудничестве в рамках Организации Объединенных Наций, Европейского экономического сообщества и других организаций. В основе данного сотрудничества – научно-технические и практические направления разработки путей развития энергетики, экологии, социального положения стран и отдельных регионов.

Во многих странах мира развитие возобновляемой энергетики стало предметом государственной политики, разрабатываются и финансируются научно-технические программы и государственные стратегии. Ежегодные расходы на НИОКР в сфере возобновляемых источников энергии в мире составляют не менее 1 млрд долларов. Принимаются нормативно-законодательные акты. Создается организационная основа развития возобновляемой энергетики в виде определения государственного органа, ответственного за данное направление. Экономическое стимулирование осуществляется за счет налоговых и кредитных льгот, благоприятной тарифной политики, дотаций и т.п. Проводятся маркетинговые исследования на внутреннем и внешнем рынках, создаются демонстрационные объекты [2, 3, 4, 6] (Bobylev, Zubarevich, Soloveva, Vlasov, 2011; Ryden, 2012; Mardanov, 2013; Ursul, 1967).

Необходимыми условиями обеспечения экономической безопасности являются внедрение перспективных энергосберегающих и энергоэффективных технологий, формирование новых отраслей экономики, активизация фундаментальных и прикладных научных исследований. Энергетическая безопасность с учетом экологических факторов является одним из важных приоритетов, способна обеспечить экономическую безопасность страны, сохраняя возможности развития науки и образования, налаживая взаимодействие промышленных предприятий с научными и образовательными учреждениями.

Современное состояние исследований

Исследования в области развития возобновляемых источников энергии осуществляются большим числом ученых-теоретиков и практиков как за рубежом, так и в России.

Рассчитывая потенциал возобновляемой энергетики, исследователи отмечают, что в среднем требуемая энергетическая мощность составляет два кВт на одного человека в день. С каждого квадратного метра поверхности земли можно получить около 500 Вт. При эффективности преобразования в 4 % на одного человека требуется десять квадратных метров. С учетом средней плотности населения, это вполне достижимый показатель [4] (Mardanov, 2013).

Ранее проведенные исследования подтвердили, что возобновляемые источники энергии играют важную роль в борьбе с изменением климата и в частности в осуществлении Киотского протокола и внедрении «зеленых сертификатов». Возобновляемые источники энергии могут использоваться как в секторе электроэнергетики, так и в качестве экологически чистого биотоплива для транспортных средств [5] (Jäger-Waldau, 2007), а также для освоения космоса [6] (Ursul, 1967).

Исследования возобновляемой энергетики представлены работами А.Б. Алхасова [21] (Alkhasov, 2010), П.П. Безруких, Д.С. Стребкова [22] (Bezrukikh, 2005), С.О. Денка [23] (Denk, 2008), Ю.Д. Сибикина, М.Ю. Сибикина [24] (Sibikin, 2010) и др. Авторы рассматривают вопросы солнечной энергетики [25] (Vissarionov, 2011), гидро- [26] (Kovalev, 2013) и ветроэнергетики [27] (Kharitonov, 2010), биотоплива [28] (Dubrovin, Dubrovin, 2013), геотермальной энергетики [29] (Miloshenko, 2013).

Было показано, что более активное использование возобновляемой энергетики поможет снизить стоимость невозобновляемых источников, в частности природного газа. Например, каждый мегаватт-час возобновляемой энергии может привести к экономии конечных потребителей не менее 7,5-20 долларов [7] (Wiser, 2007). В то же время расчет кривой предельных издержек подтвердил, что в ряде стран, в частности в Испании, производство возобновляемой энергии происходит неэффективно, что не позволит достичь конкурентоспособной цены на электрическом рынке [8] (Hernández, 2011). Об общей необходимости повышения эффективности использования ресурсов говорили немецкие экономисты Э. Вайцзеккер, Э. Ловинс и Л. Ловинс. Их идеи и подходы стали основой европейской стратегии устойчивого развития [9] (Weizsäcker, 1997).

В ряде стран внедрение возобновляемых источников энергии тормозится со стороны влиятельных бизнес-структур. Так, в Японии, несмотря на энергодефицитность, внедрение возобновляемой энергетики встречает определенное сопротивление со стороны имущественных кругов. При этом, так как размещение фотоэлектрических установок, по сравнению с ветроустановками, в большей степени соответствует их интересам, внедрение фотоэлектрических установок происходит легче. Несмотря на это, государственная политика страны старается не отходить от принципа энергоэффективности [10] (Moe, 2012).

Однако переход на возобновляемые источники энергии сопряжен и с рядом экономических проблем. Так, на основе анализа данных с 1990 г. по 2007 г. в разрезе 24 европейских стран было показано, что если уголь ограничивает возможности экономического роста, природный газ не влияет на него, то использование нефти стимулирует рост. Соответственно, отказ от ряда природных ресурсов может привести к замедлению экономического роста [11] (Marques, 2012).

Есть и трудности в сфере экологии. Производство установок для генерации возобновляемой энергии сопряжено с высоким загрязнением окружающей среды, при этом в производственном процессе самыми неэкологичными являются солнечные установки [12] (Sosnina, 2014). В качестве сырья для производства биотоплива, а именно биоэтанола, в Европе рассматриваются такие быстрорастущие деревья, как ива, тополь, эвкалипт. Но данные деревья в больших количествах выделяют изопрен, который при взаимодействии с другими загрязнителями в воздухе приводит к появлению токсичного озона. По расчетам ученых, к 2020 году повышение уровня озона будет ежегодно приводить к смерти 1400 европейцев, а также снизит урожайность пшеницы и кукурузы [13].

Заключение

Основой исследований развития возобновляемых источников энергии в России стали системные исследования в энергетике [14] (Melentev, 1983) как на уровне стран, так и их отдельных регионов [15] (Belyaev, 2000). Были выявлены проблемы обеспечения энергетической безопасности [16] (Bushuev, 1998) и влияние энергетики на окружающую среду [17] (Venikov, 1975).

На базе выявленной роли дана оценка перспектив использования возобновляемой энергетики [18] (Sidorovich, 2015) и рекомендации по ее внедрению, которые касаются как стратегического планирования, так и гарантий инвесторам получения определенной нормы прибыли: совершенствование нормативно-правовой базы, введение компенсаций затрат по технологическому присоединению и фиксированных льготных тарифов [19] (Ivanov, 2013). Особо перспективен переход на возобновляемые источники энергии в децентрализованных системах электроснабжения, где сегодня основная генерация осуществляется за счет дорогих в эксплуатации дизельных электростанций [20] (Velkin, 2015).