Приоритетные направления трансформации энергетического сектора в экономике, основанной на знании | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Приоритетные направления трансформации энергетического сектора в экономике, основанной на знании

Рассматриваются приоритетные направления развития энергетического сектора в экономике, основанной на знании.

Priority directions of transformation of energy sector in knowledge-based economy.pdf Экономика, основанная на знании, предполагает ра-дикальное качественное изменение условий и резуль-татов функционирования энергетического сектора. По-этому необходимы кардинальный пересмотр сущест-вующих методов регулирования энергетического сек-тора и переоценка стратегии использования различных видов энергетических ресурсов.Острота проблем развития новой энергетической базы в значительной степени определяется соотноше-нием количественных и качественных характеристик экономического роста, главными отличительными чер-тами которого являются: глобальный технологический переворот, переход от ресурсопоглощающей модели экономического развития к наукоемкой, повышение продуктивности использования всех факторов общест-венного производства, повышение благосостояния на-селения не столько за счет роста количества матери-альных и духовных благ, сколько за счет повышения их качества, включение в понятие благосостояния здоро-вой окружающей среды.Ключевой проблемой в определении долгосрочных стратегий развития национальной энергетики является энергосбережение, или точнее повышение эффективно-сти использования энергии.Анализ факторов и пределов изменения пропорций между экономическим ростом и энергопотреблением показывает, что движущей силой энергосбережения все в большей степени становится переход к ресурсосбере-гающему типу экономического роста.При выборе направлений развития энергокомплекса необходимо учитывать тенденцию к росту дефицита энергоресурсов. По оценкам Международного энергети-ческого агентства (IEA) к 2030 г. суммарное потребле-ние первичных энергоресурсов (ПЭР) в мире увеличится на 54%. Лидерами по темпам роста энергопотребления станут страны БРИК (Бразилия, Индия, Китай) и Афри-ки. Суммарное увеличение ПЭР к 2030 г. составит по-рядка 8000 млн т условного топлива [1. C. 7].При этом для удовлетворения потребностей гло-бальной экономической системы в энергии к 2030 г. мощности по производству электро- и тепловой энер-гии должны быть увеличены (по оценкам Всемирной ядерной ассоциации (WNA)) на 3500 ГВт [2. С. 23].Задача трудновыполнима ввиду серьезных ограни-чений мировой ресурсной базы. Существующая струк-тура мирового энергобаланса, характеризуемая преоб-ладанием углеводородов (нефти, газа и угля), не может быть воспроизведена в соответствии с прогнозируемым ростом энергопотребления. Геологических запасов нефти и газа, производственных, транспортных и рас-пределительных мощностей всех нефтегазовых ком-паний планеты не хватит, чтобы в два раза увеличить производство электро- и тепловой энергии в ближай-шие 20-25 лет. Следствием этого должны стать посте-пенные изменения в инфраструктуре производства энергии, обусловленные как экономическими (повы-шение цен и их изменчивость), так и природоохранны-ми факторами, а также дальнейшим развитием техно-логий новых видов топлива.В последнее время большое внимание в междуна-родных дискуссиях уделялось экологическим послед-ствиям использования ископаемого топлива. Введение глобальных ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюцио-нирующей мировой энергетики и потребуют значи-тельных инвестиций для сдерживания роста выбросов.В складывающейся ситуации необходимо перехо-дить к энергоносителям, альтернативным нефти и газу, на основе реализации научно-инновационного потен-циала отрасли.При этом для дальнейшего развития энергетическо-го сектора необходимо определить критерии приори-тетности выбора энергопреобразователей и технологий для альтернативной энергетики.Во-первых, это должна быть «экологически чистая» технология с высоким уровнем безопасности и факти-ческим отсутствием выбросов СО2 в атмосферу.Во-вторых, потенциал нетрадиционной энергетики, т.е. ее ресурсная база, должен быть достаточным для обеспечения потребностей мирового сообщества.В-третьих, данная технология должна иметь высо-кие экономические показатели, определяющие эффек-тивность энергокомплекса.В этом смысле существует несколько вариантов. Первый из них - возврат к масштабному использова-нию угля. При этом возникают, по крайней мере, две серьезные проблемы. Это экологически чистые тех-нологии переработки угля, недостаточная степень проработки которых не позволяет реализовать их мас-штабное промышленное использование, и развитие инфраструктуры по транспортировке угля. Последнее потребует значительных инвестиций в развитие транспортной сети, необходимой для перемещения добываемого угля. Размер данных капитальных вло-жений в настоящее время даже приблизительно не определен.Другим теоретически возможным вариантом является изменение структуры мирового энергобаланса за счет масштабного применения возобновляемых источников энергии (биотоплива, энергии ветра, Солнца и т.д.).Однако доля так называемых нетрадиционных ис-точников энергии (ветровой, солнечной, приливов и т.д.) в общей структуре энергоисточников в настоящее время не превышает 4-6% по миру. Высокие капиталь-ные, эксплуатационные и другие затраты не позволяют128вывести их на глобальный уровень и сделать реальной альтернативой углеводородам.За 1990-2008 гг. в развитых странах, несмотря на их активную политику, поставки первичной возобновляе-мой энергии (ВЭ) увеличились незначительно - с 262 до 337 млн т нефтяного эквивалента. Данное увеличе-ние соответствовало общему росту потребления энер-гии, поэтому доля ВЭ в общей структуре энергопо-требления почти не изменилась - 5,8 и 5,9% соответст-венно [1. C. 9].Но при этом следует иметь в виду, что многие во-зобновляемые источники энергии (с использованием биомассы, гидроэнергии, дешевой части энергии ветра и недр) обладают хорошими технико-экономическими показателями и уже сегодня могут конкурировать с тра-диционными энергоисточниками. Другие же виды во-зобновляемых источников (солнечная энергия, энергия приливов, волн и течений) станут конкурентоспособ-ными лишь в перспективе, когда произойдет сущест-венное удорожание органического топлива.Очевидно, создание конкурентоспособной нетради-ционной энергетики, способной играть существенную роль в энергобалансе, даже при условии принятия со-ответствующих политических решений и масштабных инвестиций, займет не одно десятилетие.В этом смысле переходной производственной структурой в мировой энергетике, способной умень-шить дефицит электроэнергии, являются атомные станции. АЭС, имея ряд неоспоримых преимуществ, таких как высокий уровень безопасности, фактическое отсутствие выбросов СО2 в атмосферу, высокие эконо-мические показатели, а также отсутствие прямой зави-симости от мировых цен на углеводородные носители, становятся одним из основных возможных вариантов преодоления глобального энергокризиса как минимум до 2030-2040 гг., т.е. до момента возможного массово-го внедрения принципиально новой альтернативной технологии по производству энергии.Комбинируя различные виды топлива, замедлите-лей и конструкционных материалов, можно создать более 600 типов реакторов, из которых около 200 вполне реальны. За время развития ядерной энергетики сформировалось несколько направлений энергетиче-ских реакторов. Некоторые из них имеют хорошие пер-спективы на будущее - легководные реакторы, тяжело-водные, реакторы на быстрых нейтронах [3. C. 49].Каждый тип реакторов, устанавливаемых на пред-приятиях по подготовке ядерного топлива и переработке облученного (выгружаемого из реактора), имеет инди-видуальные особенности. Они образуют так называемый топливный ядерный цикл (открытый, если отработавшее топливо не перерабатывается, и закрытый, если после переработки часть радиоактивных веществ, недовыго-ревших или вновь образовавшихся, снова поступает в энергетические реакторы, пусть даже другого типа).В природном уране содержится менее 1% (0,7%) урана-235, который используется в современных реак-торах на тепловых нейтронах (LWR,PWR, ВВЭР и др.). Остальную часть составляет уран-238 (и некоторые другие изотопы), который может сжигаться лишь в реакторах на быстрых (с высокой энергией) нейтронах (бридерах). Поэтому при развитии ядерной энергетикис применением лишь тепловых реакторов экономичные запасы природного урана будут исчерпаны довольно быстро. Применение же бридеров позволит использо-вать более 80% энергии природного урана, и его запа-сов хватит на несколько столетий при всех реально возможных масштабах развития ядерной энергетики. При этом отработавшее топливо, включая образовав-шийся плутоний, надо перерабатывать, т.е. создавать замкнутый ядерный топливный цикл.Сейчас в мире используются преимущественно ре-акторы на тепловых нейтронах с открытым топливным циклом (отработавшее топливо находится в долгосроч-ном хранении). Лишь в нескольких странах (ФРГ, Франция, Бельгия, Великобритания, Япония) организо-ван замкнутый топливный цикл тепловых реакторов.Экспериментальные или головные образцы быстрых реакторов построены в России, Франции, США, Индии и Японии. Однако настоящий замкнутый цикл для них не организован. Главными сдерживающими обстоятельст-вами являются проблемы обращения с плутонием, при-годным для изготовления ядерного оружия (проблема нераспространения), и более высокая стоимость быстрых реакторов по сравнению с тепловыми.При этом, чтобы в глобальном масштабе сущест-венно повлиять на производство энергии, обеспечить энергетическую безопасность и ослабление парнико-вого эффекта, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4-5 раз от ныне достигнутого. Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы ресурс-ной обеспеченности дешевым топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить также экономи-ческую приемлемость и соблюдение критериев тех-нической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это, учитывая связанные с ядерной энергетикой пробле-мы безопасности и нераспространения, ставит до-полнительные задачи в ее развитии.Говоря об экономической приемлемости ядерной энергетики, следует помнить, что она занимает свою нишу среди производителей энергии. В настоящее вре-мя во многих странах она обеспечивает базовую элек-трическую нагрузку. В перспективе ядерная энергетика будет постепенно замещать природный газ в производ-стве тепла для технологических процессов и в конеч-ном счете, обеспечит производство водорода из воды, что сохранит природное органическое сырье для не-энергетического применения. Кроме того, будет освое-но опреснение морской воды с использованием ядер-ной энергии.В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ог-раниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать замыкание топ-ливного цикла и расширенное воспроизводство топли-ва при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением таких инновационных ядерных техноло-129гий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты.Исключительную важность имеет проблема обра-щения с большими объемами руды при добыче урана, отработанным топливом и высокорадиоактивными от-ходами.Главной проблемой ядерной энергетики продолжает оставаться проблема нераспространения. Снижение риска распространения, безусловно, будет одним из важных критериев при выборе перспективных топлив-ных циклов. Кроме того, на США и России лежит осо-бая ответственность за сокращение накопленных в этих странах огромных запасов, допускающих военное ис-пользование ядерных материалов. Имеющийся опыт свидетельствует о том, что для эффективного снижения риска распространения делящихся материалов требует-ся не только рассмотрение новых технологических подходов, но и разработка новых институциональных рамок. Среди них: лизинг топлива и реакторов, кон-тракты на поставки топлива с сопровождением «от ко-лыбели до могилы», создание крупных международных центров ядерного топливного цикла, обеспечение меж-дународного контроля этих центров и мониторинга всего топливного цикла.Одним из ключевых факторов, определяющих воз-можный «облик» мировой ядерно-энергетической сис-темы XXI в., является наличие урановых ресурсов. Наиболее широко используемые оценки содержатся в периодически публикуемой NЕА/ОECD «Красной кни-ге» - сводке мировых данных по запасам, производству и потребностям в уране. Согласно обзору 2008 г., из-вестные мировые запасы урана по наивысшей рассмат-риваемой сегодня цене в 130 долл. за килограмм урана оцениваются в 16,2 млн метрических тонн. Если доба-вить к этой величине уже извлеченные ресурсы - ком-мерческие запасы, запасы на военных складах, а также уран, извлекаемый при повторном обогащении обед-ненного урана, можно довести оценку мировых ресур-сов урана до 17,1 млн т [4. C. 43].Торий может расширить топливную базу ядерной энергетики в несколько раз. Но для этого нужно соз-дать промышленность по его добыче, производству и переработке. Однако он как потенциальный топливный ресурс не конкурирует с ураном, а создает дополни-тельные ресурсные возможности.Максимальная оценка возможного роста атомной энергетики и ее роли в энергетике мира выполнена Международным энергетическим агентством исходя из ресурса 26 млн тонн природного урана с вводом быст-рых реакторов с замкнутым циклом с 2030 г. В этом случае ядерная энергетика может производить пример-но 70% электричества к 2050 г. и 85% к 2100 г. Эта программа практически стабилизирует добычу органи-ческого топлива для производства электричества на современном уровне. Экономия газа в производстве электричества позволит использовать его вместо неф-ти, добыча которой снижается. И, наконец, эта про-грамма развития ядерной энергетики позволяет стаби-лизировать эмиссию СО2 на современном уровне.Изучение путей экологически чистого обеспечения развивающегося общества энергией показывает, что кардинальное решение этой глобальной проблемы необ-ходимо связывать с разработкой и осуществлением кон-цепции атомно-водородной энергетики, предусматри-вающей крупномасштабное производство с помощью реакторов не только электроэнергии и тепла, но и водо-рода. При производстве и использовании водорода прак-тически отсутствуют вредные выбросы в атмосферу.Атомно-водородная концепция предусматривает расширение использования ядерной энергетики для энергоемких отраслей химической, металлургической, строительной, топливной промышленности, а также в централизованном теплоснабжении распределенных потребителей. И, наконец, атомно-водородная концеп-ция предполагает крупномасштабное производство пресной воды. Такая энергетика сохранит нефть и газ для неэнергетических производств и обезопасит атмо-сферу от вредных выбросов продуктов сгорания.К развитию водородной энергетики подключились правительства ряда стран и межгосударственные объе-динения, формируя национальные и международные водородные программы.В США в 1996, 2001 и 2003 гг. были приняты зако-ны «О водородном будущем». В 2003 г. Президент США провозгласил «Инициативу в области водородно-го топлива». Разработана программа деятельности в этой области на 15 лет, намечено выделение на реали-зацию «инициативы» 1,7 млрд долл. бюджетных ресур-сов и еще в больших размерах привлечение частного капитала. Для координации реализации программы создана межведомственная рабочая группа (включаю-щая представителей 9 федеральных министерств) под руководством Управления по научно-технической по-литике при Президенте США.В Европейском союзе в рамках шестой рамочной программы по научным исследованиям было выделено 300 млн евро на разработку проблем водородной энерге-тики. В 2004 г. провозглашена Европейская технологи-ческая платформа в области энергетики и водородных элементов, предусматривающая программу работ до 2050 г. На программу намечено выделить 2 млрд евро. В Японии принята водородная программа на период до 2020 г. с выделением 4 млрд долл.; уже в 2010 г. наме-чено поставить на рынок 10 тыс. автомобилей с водо-родным двигателем. Исландия планирует к 2020 г. пол-ностью перейти на водородное топливо. Исследования в области водородной энергетики развернуты в Китае, Индии, Франции, Канаде, Швеции, Испании, Украине, Белоруссии и других странах [4. C. 201].Следует отметить, что водород можно производить из ископаемых видов топлива, а также из ядерных или возобновляемых видов энергии при помощи различных процессов. Это электролиз воды, реформинг природно-го газа, газификация угля или биомассы, распыление воды при помощи высокотемпературных источников тепла, фотоэлектролиз и биологические процессы.Из пяти ЭДж (около 100 млн т н. э.) годового про-изводства водорода в мире 40% используется в хими-ческих процессах, 40% - на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) и 20% - в других отраслях. В 2003 г. 48% всего водорода было произведено из природного газа, 30% - из нефти и выхлопных газов НПЗ и хими-ческих комбинатов, 18% - из угля и 4% - путем элек-тролиза. Большая часть получена на НПЗ и химических130комбинатах в технологических, а не в энергетических целях.Децентрализованное производство водорода основывается на электролизе воды и небольших реформинг-установках. Централизованное производство пока себя не оправдывает. Электролиз - дорогой процесс, дающий водород высокой степени чистоты. Стоимость электролиза может быть значительно снижена, но электричество остается дорогим сырьем для промышленности в большинстве стран мира. Существуют вполне доступные установки реформинга небольшого размера. Несколько демонстрационных проектов тестируют эти единицы в промышленном применении. За последние годы производители значительно улучшили характеристики выпускаемых установок: сократили размеры до 10 Ч 3 Ч 3 м и увеличили емкость до 500-700 норм. м3 в час, эквивалентных 5,5-7,5 ГДж/ч [3. C. 52].Когда спрос на водород будет достаточным, чтобы оправдать централизованное производство этих установок, производство водорода из природного газа или угля можно будет тоже сделать централизованным. Если же целью является уменьшение выхлопных газов, то такие процессы необходимо использовать совместно с улавливанием и утилизацией СО2.Производство водорода на основе газификации угля также является отработанной технологией, но ее стоимость выше, чем производство из природного газа.Однако более дешевые установки газификации, новые технологии производства кислорода могут удешевить водород, добываемый из угля. Следует отметить, что за последние годы в мировой практике большоеразвитие получила совместная генерация электричест-ва и водорода из угля, поскольку это может сильно снизить стоимость производства.Дальнейшее развитие НИОКР нужно для уменьше-ния стоимости и повышения эффективности децентра-лизованного производства водорода. Такое производ-ство позволяет избежать строительства дорогой водо-родно-транспортной инфраструктуры, что в некоторой степени достигается за счет меньшей эффективности небольших заводов.Материальная емкость ядерных и водородных тех-нологий требует объединения усилий сообщества. Де-монстрацией такого подхода могут служить междуна-родные проекты Generation IV, ИНПРО (Международ-ный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам), а также Международное партнер-ство по водородной экономике.Таким образом, анализ тенденций развития миро-вого энергопроизводства показывает, что использова-ние атомной и водородной энергетики в качестве пол-номасштабной стратегии в первой половине XXI в. является приоритетом развития энергетического сек-тора до 2050 г.В более долгосрочной перспективе в связи с посте-пенным выходом из строя сети трубопроводов и элек-тропередач, опутавших национальные государства, необходимо будет совершить переход на «беспровод-ную» и «беструбную» систему энергоснабжения. Един-ственно возможным в этом смысле является становле-ние и развитие космоэнергетики.

Ключевые слова

экономика, основанная на знании, водородная энергетика, ядерная энергетика, энергетический сектор, еnergy sector, nuclear power, hydrogen power, economy based on knowledge

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Шевченко Наталья АлександровнаТомский государственный университетаспирант кафедры политэкономииshna2@tpce.tomsk.ru
Всего: 1

Ссылки

Хлебников В.В. Топливно-энергетический комплекс России в XXI веке: стратегия развития энергетического будущего. М.: Научтехлитиздат, 2006. 331 с.
Телегина Е. Энергетические технологии и развитие мировой энергетики в XXI веке // МЭиМО. 2007. № 6. С. 48-53.
WNA Report, World Nuclear Association. London, 2006. 105 p.
Самошин Ю.В. Основные проблемы современного этапа развития мировой энергетики // Российский внешнеэкономический вестник. 2008. № 9. С. 6-12.
 Приоритетные направления трансформации энергетического сектора в экономике, основанной на знании | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Приоритетные направления трансформации энергетического сектора в экономике, основанной на знании | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Полнотекстовая версия