ИССЛЕДОВАНИЕ МИРОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРЕНДОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАЗВИТИЕ АКТИВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
А.П. Дзюба, А.В. Семиколенов
Аннотация
энергетический мировой топливный энергосбережение
Статья посвящена вопросу исследования современных трендов развития мирового топливно-энергетического комплекса с выявлением особенностей и ключевых направлений, определяющих ближайшую политику в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В материалах проводится анализ динамики изменения спроса на потребление различных видов энергетических ресурсов, изменения структуры мирового энергетического баланса, подчеркивания сохраняющегося низкого уровня энергетической эффективности во многих странах мира. Учитывая значительное количество инвестиционных вложений в технологии развития возобновляемых источников энергии, высокие темпы роста установленной мощности электростанций действующих на возобновляемых источниках энергии в период последнего десятилетия, а также высокие темпы мирового роста спроса на потребление электроэнергии, одним из ключевых направлений в области повышения эффективности мирового топливно-энергетического комплекса будут являться использование распределенной генерации, в том числе действующей на основе возобновляемых источников энергии. Интеграция технологий малой распределенной генерации с современными технологиями управления энергозатратами на уровне конечного потребления, таких как управление, спросом на потребление электроэнергии и природного газа и формирования на базе промышленных предприятий активных энергетических комплексов, будут полноценными участниками обращения энергетических ресурсов в Единых энергетических системах и Единых системах газоснабжения будущего.
Ключевые слова: потребление электроэнергии, мировой энергобаланс, повышение энергетической эффективности, энергобаланс, энергосбережение, энергетическая эффективность, технологии энергосбережения.
Annotation
A.P. Dzyuba, A. V. Semikolenov
RESEARCH OF GLOBAL ENERGY TRENDS AIMED AT THE DEVELOPMENT OF ACTIVE ENERGY COMPLEXES
The article is devoted to the study of modem trends in the development of the global fuel and energy complex with the identification of features and key areas that determine the nearest policy in the field of energy conservation and energy efficiency improvement. The materials analyze the dynamics of changes in demand for consumption of various types of energy resources, changes in the structure of the world energy balance, emphasizing the continuing low level of energy efficiency in many countries of the world. Taking into account the significant amount of investments in renewable energy development technologies, the high growth rates of installed capacity of power plants operating on renewable energy sources over the past decade, as well as the high rates of global growth in demand for electricity consumption, one of the key areas in improving the efficiency of the global fuel and energy complex will be the use of distributed generation, including among those operating on the basis of renewable energy sources. Integration of technologies of small distributed generation with modern technologies of energy consumption management at the level of final consumption, such as management, demand for electricity and natural gas consumption and the formation of active energy complexes on the basis of industrial enterprises, will be full-fledged participants in the circulation of energy resources in Unified energy systems and Unified gas supply systems of the future.
Keywords: electricity consumption, global energy balance, energy efficiency improvement, energy balance, energy saving, energy efficiency, energy saving technologies.
Основная часть
Процесс глобального экономического развития последнего столетия непрерывно сопровождается потреблением топливно-энергетических ресурсов. Развитие мировой индустриализации, начало которой в разных страна мира было положено в конце XIX и начале XX веков, прежде всего, характеризуется началом интенсивного роста потребления энергетических ресурсов, что связано с ростом количества промышленных предприятий, началом применения паровых машин, повсеместным развитием железных дорог, масштабной централизованной электрификацией промышленности и сельского хозяйства, механизацией труда, развитием энергоемких отраслей промышленности [1]. В этих условиях в процессе принятия решений о создании и развитии отдельных территориальных образований, а также строительстве промышленных предприятий, одним из определяющих факторов всегда являлось доступность энергетических ресурсов для возможности достаточного и надежного энергообеспечения новых экономических субъектов. В последствии территории с высоким энергообеспечением, постепенно разрастаясь, становились крупнейшими экономическими и промышленными центрами, и формировали платформу для дальнейшего экономического, технологического, инфраструктурного, административного и научного развития. И наоборот, в процессе индустриализации, территориальные образования, оказавшиеся не обеспеченными топливно-энергетическим потенциалом, получили существенное отставание от темпов экономического развития большинства стран мира, что привело к отставанию уровня развития территориальных образований, промышленности и масштабов роста ВВП [2].
С момента начала индустриализации мировой топливно-энергетический комплекс претерпел значительные преобразования, которые выражаются в формировании ряда отдельных отраслей, таких как электроэнергетика, нефтяная, газовая, угольная промышленности. Энергосистемы большинства стран мира трансформировались в важнейшие инфраструктурные и системообразующие отрасли экономики, от эффективности которых зависит качество и стоимости продукции выпускаемой экономиками стран мира. В современных условиях топливно-энергетические комплексы определяют вектор стратегического отраслевого и территориального развития стран мира [3].
За период последних 50 лет прирост мирового потребления первичной энергии за последние 56 лет составил более 260 %. Динамика роста мирового ВВП также совпадает с динамикой роста мирового энергопотребления. Таким образом, показатели ВВП по ППС и потребления энергетических ресурсов являются взаимосвязанными и взаимозависимыми, что проявляется как в глобальном масштабе, так и на уровне отдельных стран мира [4; 5]. Экономическое развитие любого территориального образования всегда непрерывно связано с ростом потребления энергоресурсов, что связано с необходимостью энергообеспечения оборудования растущих производств, обеспечением энергоресурсами растущих агломераций, обеспечением теплом и светом растущее население. Однако, как было сказано выше, возможности энергообеспечения могут выступать не только катализатором, но и ограничителем процесса экономического развития территорий [6].
Рис. 1 Динамика мирового потребления топливно-энергетических ресурсов за период 1965-2020 годов [8]
Основными топливно-энергетическими ресурсами, потребляемыми в мире, являются нефть, природный газ, уголь, атомная энергия, использование которых в свою очередь преобразуется в электрическую энергию и тепловую энергию. Также электрическая энергия добывается на основе гидроэлектростанций и электростанций, работающих на основе возобновляемых источников энергии, которые прежде всего основываются на преобразовании энергии из ветра и солнца [7]. На рис. 1 приставлены диаграммы динамики мирового потребления различных топливно-энергетических ресурсов за период 1965-2020 гг. Как следует из диаграммы, динамика роста потребления исследуемых топливно-энергетических ресурсов во всех случаях является растущей, при этом структура роста для различных вариантов также характеризуется различиями. Для примера, если рост потребления природного газа характеризуется одинаковыми темпами за все 56 лет, то динамика потребления нефти, угля, атомной энергии не является одинаковой.
Неравномерность характеристик роста потребления разных топливно-энергетических ресурсов прежде всего связана с экономическими, технологическими и экологическими особенностями. Сокращение темпов потребления нефти с начала 1970-х гг. связано с ростом цен на мировых нефтяных рынках [9]. Снижение динамики роста потребления атомной энергии связано с экологическими ограничениями и приостановкой строительства многих АЭС после аварии на АЭС Фукусима-1 в Японии в 2011 г. Рост потребления угля после 2007 г. связано с ростом экономик азиатско-тихоокеанского региона, которые имели доступ к запасам угля. Рост выработки электроэнергии на основе технологий возобновляемых источников энергии (далее - ВИЭ) связан с развитием технологий ВИЭ после начала 2000-х гг.
Учитывая постоянный рост стоимости первичных энергетических ресурсов на мировых рынках, исчерпание запасов первичных топливно-энергетических ресурсах в большинстве стран, высокая интенсивность роста спроса на энергопотребление, высокая нагрузка со стороны топливно-энергетического комплекса на экологию, в современных условиях в большинстве стран мира начала приниматься концепция «энергетического перехода» или «энергетического поворота» (нем. Energiewende), которая получила начало в Германии. Суть концепции энергетического перехода заключается в постепенном переходе от использования ископаемого углеводородного топлива на потребление возобновляемых источников энергии. К 2050 г. Германия планирует обеспечивать более 80 % собственного спроса на энергопотребление на основе ВИЭ, этот опыт также начали перенимать и другие страны мира [10].
Рис. 2 Структура мирового энергетического баланса в период 1900 - 2020 годов [11]
На рис. 2 представлена диаграмма структуры мирового энергетического баланса в период 19002020 гг. Как следует из диаграммы, за период исследуемых 120 лет структура мирового энергобаланса претерпевала постоянные изменения, что также связано с влиянием технологических и экономических факторов. Технологический фактор оказывает влияние в части развития технологий добычи и переработки тех или иных энергетических ресурсов. Примером таких переходов может служить развитие технологий добычи угля, его транспортировки на большие расстояния железнодорожным транспортом, что позволило расширить его использование. В качестве влияния экономических факторов можно привести примеры роста цен на нефть, либо снижение цен на ВИЭ, что позволяет заместить использование одного энергоносителя другим. Как следует из диаграммы рис. 2, в 2020 г. более 3,8 % потребленной энергии были произведены на основе ВИЭ, а еще в 2006 г. этот показатель составлял менее 0,5 %. Действие политики энергетического перехода в ближайшем будущем также окажет влияние на структуру мирового энергетического баланса и изменит концепцию энергопотребления в большинстве стран мира.
Рис. 3 Структура потребления топливно-энергетических на выработку электроэнергии в странах мира в 2020 году (1 - природный газ, 2 - нефть, 3 - уголь, 4 - атомная энергия, 5 - гидроэнергия, 6 - ВИЭ) [12, 13]
Различие структуры потребления топливно-энергетических ресурсов наблюдается не только в масштабах развития мирового топливно-энергетического комплекса. Структура энергетического баланса характеризуется различиями на различных уровнях управления: от уровня отдельных мировых континентов до уровня отдельных стран мира. На рис. 3 представлены диаграммы структур потребления топливно-энергетических на выработку электроэнергии в странах мира в 2020 г. Как следует из диаграмм, если в Северной Америки на долю природного газа приходится 38 % выработки электроэнергии, то в Южной Америке этот показатель составляет 18 %. Если на Ближнем Востоке 28 % электроэнергии вырабатывается на оснвое нефти, то в страных Европы, АТЭР и СНГ данный показатель составляет не более 2 %.
Несмотря на изменение структуры потребления первичных топливно-энергетических ресурсов, спрос на потребление электрической энергии остается стабильно растущим. Это связано с тем, что электрическая энергия является основным конечным энергетическим ресурсом потребляемым всеми странами мира, а основная доля первичных энергетических ресурсов затрачивается именно на производство электрической энергии. Электрическая энергия в качестве энергоносителя обладает уникальными свойствами, которые выражаются в универсальности ее производства на электростанциях, которое может быть достигнуто за счет выделения теплоты от любого вида первичных топливноэнергетических ресурсов, начиная от древесного топлива и заканчивая энергией распада в процессе атомной реакции. Произведенная электрическая энергия при помощи линий электропередач без значительных потерь может передаваться на большие расстояния. На этапе потребления электрическая энергия без значительных затрат может преобразовываться в любые виды энергии, такие как тепловая, механическая и энергия света. Таким образом, при изменении структуры первичных топливно-энергетических ресурсов спрос на потребление электрической энергии остается постоянным.
Различия между территориальными образованиями проявляются не только в структуре потребляемых топливно-энергетических ресурсов, но и в масштабах их потребления. Объемы потребления электроэнергии в странах мира могут отличаться в десятки, а в некоторых случаях - и в сотни раз [14]. Это также свидетельствует о дифференциации энергетических характеристик в различных странах мира и необходимости применения индивидуальной политики в области управления процессами энергоснабжения.
Потребление энергетических ресурсов и электрической энергии в частности в странах мира различается не только масштабами потребления, но и эффективностью энергопотребления. Эффективность потребления топливно-энергетических ресурсов отражает, насколько качественно потребляются энергетические ресурсы на производство тех или иных товаров, услуг. Для примера, промышленные предприятия, находящиеся в России и в Финляндии, потребляют энергетические ресурсы, при этом при потреблении энергетических ресурсов в России используется менее эффективное технологическое оборудование, старые сети энергоснабжения и отсутствует учет энергетических ресурсов требуемого качества. В Финляндии потребление энергетических ресурсов выполняется на качественном оборудовании имеющим высокий КПД, проводится учет отпуска энергоресурсов, контролируются режимы энергопотребления. Таким образом, при потреблении одного и того же количества энергоресурсов в Финляндии произведено больше продукции, а в России объемы производства оказались ниже. Таким образом, эффективность энергопотребления применительно на единицу производимой продукции в Финляндии выше, чем в России.
Оценка сравнительного уровня энергетической эффективности в странах мира традиционно проводится на основе показателя «электроемкость ВВП» [15], который отражает величину затрат электроэнергии страны на производство 1 доллара ВВП по ППС. На рис. 4 представлена карта электроемкости ВВП по ППС стран мира за 2020 г. Как следует из карты, по показателям электроемкости ВВП показатели стран мира также существенно различаются. Для примера, Германия, Дания и Нидерланды на производство 1 доллара ВВП расходуют в 2,5 раза меньше электроэнергии, чем в России, Узбекистане, Зимбабве. Это подчеркивает отставание эффективности энергопотребления одних стран от других, что определяет необходимость поиска направлений для дальнейшего повышения эффективности.
Низкая энергетическая эффективность влияет не только на отставание эффективности и себестоимости выпускаемой продукции, но и оказывает существенную нагрузку на экологию. Исследование объемов выбросов СО2 в периоды 1965-2020 гг. в разрезе мировых континентов показало, что объемы выбросов пропорциональны объемам потребления топливно-энергетических ресурсов. При повышении уровня энергетической эффективности удельные показатели выбросов также СО2 будут сокращаться, поэтому ключевым направлением развития мирового топливно-энергетического комплекса является внедрение технологий, направленных на повышение уровня энергетической эффективности. Энергетическую эффективность называют пятым видом топлива, который без привлечения дополнительных энергозатрат способен производить дополнительные объемы продукции и услуг. Существует значительное количество исследований, подчеркивающих сохранение высокого потенциала повышения энергетической эффективности как на уровне отдельных стран мира, так и в масштабах мирового экономического пространства [16; 17].