Эколого-географические основы использования возобновляемых источников энергии в Российской Федерации

В конце 20-го — начале 21-го вв. глобальные изменения окружающей среды и климата окончательно перестали быть чисто научными проблемами и приобрели важное экономическое, социальное и политическое звучание. Согласно оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (1РСС), опубликованным в 2007 г. и отмеченным Нобелевской премией мира за этот год, глобальное потепление, особенно высокая скорость изменений, наблюдаемых в последние десятилетия, определяется, в том числе и антропогенными факторами, такими как поступление парниковых газов при сжигании углеводородного топлива. Как известно, использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является одним из простых и эффективных способов снижения выбросов парниковых газов, а так же экономии и замещения ископаемого углеводородного топлива. География традиционно включает ВИЭ в сферу своих интересов, определяя такие задачи их эколого-географических исследований, как: оценка потенциала ВИЭ отдельных территорий, оптимизация пространственного размещения энергоустановок, работающих на ВИЭ, прогнозирование последствий использования ВИЭ для природы, хозяйства и населения, сопоставление ее эффективности с углеводородной энергетикой, включение объектов ВИЭ в стратегию регионального развития и пр.

Исчерпаемость большинства основных используемых человечеством источников энергии не вызывает сомнения. В то же время невозможность развития человечества без энергии и энергетики мало оспаривается. Даже в высоко развитых пост индустриальных странах потребление энергии в различных видах продолжает расти, за редкими исключениями, которые будут рассмотрены в этой работе. Не смотря на то, что работа Медоузов и Йоргена в 1972 году представила миру доказательства губительности и невозможности роста, в силу исчерпаемости большинства ресурсов (Meadows и др., 2004), современное человечество по прежнему видит в количественном росте и развитии только благо и возможность решения всех проблем. Итак, потребление энергии неизбежно растёт, а запасы, используемых человеком энергетических ресурсов сокращаются, в то же время происходят заметные климатические изменения. Эти аргументы уже давно довлеют над человечеством и некоторые научные сообщества, правительства и международные организации уже создали достаточно научных и практических разработок для решения энергетических проблем. Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) с древнейших времён помогало человеку. Забытые в эпоху индустриализации, с использованием современных технологий ВИЭ опять выходят на первый план. Из-за отсутствия реального учёта экстерналий при использовании ископаемого топлива, энергия на его основе получается при благоприятных условиях дешевле, чем энергия на основе ВИЭ и только обеспеченные страны в настоящее время позволяют себе серьёзное развитие возобновляемой энергетики.

Впервые после индустриализации интерес к ВИЭ вырос во время т.н. нефтяного кризиса начала 1970х годов (Verhaegen, 2007; Lipp, 2007). Во многих странах Запада были разработаны программы по развитию использования ВИЭ, позднее заброшенные из-за снижения цены на нефть и другие энергоносители. Всего несколько стран продолжали НИОКР в этой области. Минимум цен на нефть пришёлся на конец 1980х — начало 1990х гг., в это же время международное сообщество озаботилось проблемами глобального потепления климата, что привело к возрождению программ по развитию ВИЭ в некоторых крупных экономиках ЕС и Азии. Позднее этот процесс охватил США и Канаду. В 2000х годах растущие цены на нефть и падающие цены на технологии ВИЭ сделали некоторые ВИЭ экономически 5 целесообразными. Нестабильность на Ближнем Востоке и энергетическая политика Российской Федерации подтолкнули страны Запада к развитию ВИЭ в целях повышения энергобезопасности. Переход цены нефти за 90 долларов США за баррель в 2007 г. увеличил поток инвестиций в ВИЭ, т.к. они стали конкурентоспособными по цене даже в условиях развитой энергетической структуры (Гоголев, 2009).

В СССР в 1930;е годы проявлялся серьёзный интерес к развитию использования ВИЭ, заметные успехи советских учёных и конструкторов были уничтожены во время Великой Отечественной Войны и работы не были продолжены после (Фатеев, 1963). В последующие годы СССР развивал крупные гидроэнергетические проекты, не уделяя должного внимания другим ВИЭ и малым гидроэнергетическим проектам. Интерес, появившийся к развитию ВИЭ во всём мире к концу 1990;х, годов к моменту публикации данной работы до Российской Федерации и других республик бывшего СССР так и не дошёл. Можно отметить интерес, проявляемый к ВИЭ российской компанией РусГидро и неудачную попытку этой компании провести закон о ВИЭ в 2007 г. Ещё- одна менее удачная попытка была ранее — в 1998 году, когда законопроект не был подписан Президентом. Отдельные ключевые статьи законопроекта 2007 года были внесены в виде поправок в. Федеральный Закон «Об электроэнергетике» в ноябре 2007 г.

Эколого-географический подход к изучению ВИЭ даёт наиболее полную картину развития их использования и оценки последствий для природы, хозяйства и населения. Важнейшую роль в развитие возобновляемой энергетики имеют экологические факторы — уменьшение выбросов парниковых и других газов и улучшение качества атмосферы. Но при этом важно исследовать и факторы воздействия энергоустановок на ВИЭ на окружающую природную среду. При этом факторы размещения в отрасли полностью определяются географическими условиями и необходимостью минимизации негативных последствий их функционирования для природы.

Поэтому можно говорить о том, что эколого-географические основы 6 использования ВИЭ играют ключевую роль в развитие данной отрасли. Актуальность настоящей работы определяется не только проблемами потепления климата и нарастающим дефицитом углеводородного сырья, но и необходимостью именно с географических позиций определить перспективы использования ВИЭ в Российской Федерации, где исходно природная среда предопределяет их высокий потенциал. Имеющаяся правовая база федерального и международного уровней («Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», Федеральные законы «Об энергосбережении» и «Об электроэнергетике»), а также некоторые Федеральные целевые программы, способствуют развитию возобновляемой энергетики. Ратификация Рамочной Конвенции ООН об изменении климата и Киотского протокола обязала Российскую Федерацию принимать меры по снижению выбросов парниковых газов. Вместе с тем, развитие возобновляемой энергетики по «Энергетической стратегии Росси на период до 2020 года» будет в ближайшее десятилетие минимальным: за счет альтернативной энергетики к 2020 году планируется экономить меньше 1% всех топливных ресурсов страны. Россия выбирает другие приоритеты, не отвечающие принципам экологической безопасности и ресурсосбережения, например расширение использования угля. В то время, когда Европейский Союз поставил перед собой цель достичь 20% ВИЭ в электроэнергетике к 2020 году.

Применение эколого-географического подхода и геоэкологических принципов (Дьяконов, Звонкова, 1997; Дьяконов, Дончева, 2005) в изучении ВИЭ способно дать наиболее полную картину развития использования ВИЭ в Российской Федерации. Важнейшую роль в определении перспектив развития ВИЭ здесь имеет пространственный фактор (оптимальное размещение энергоустановок на ВИЭ в соответствии с их региональными ресурсами и условиями) и экологические факторы, определяющие перспективы уменьшения выбросов парниковых и других газов и улучшения качества атмосферы, снижения водозабора и риска регулирования стока. При этом в «экологическую составляющую» подхода входит и обратная задачаоценка возможных воздействий энергоустановок использующих ВИЭ на окружающую среду. Одним из направлений синтеза результатов реализации эколого-географического подхода при изучении перспектив развития энергетики Российской Федерации на ВИЭ должно стать комплексное районирование территории страны, способное оценить сами ресурсы ВИЭ отдельных регионов и перспективность их вовлечения в региональный энергетический комплекс. Именно с этих позиций формулировались цель, задачи, актуальность, новизна и практическая значимость настоящей работы.

Научная новизна.

Комплексное эколого-географическое исследование ресурсов ВИЭ и оценка перспектив их использования в нашей стране ранее не проводилось. Использование комплексной оценки на данном этапе исследований, позволяющих обосновать задачи развития данной отрасли энергетики в рамках «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» (2003), дали возможность автору определить направления дальнейших исследований ВИЭ в отечественной географической науке. По результатам обобщения международного опыта (исследовательского, экономического, законодательного) развития ВИЭ впервые проведён анализ его применимости и направления адаптации к географическим и экономическим особенностям Российской Федерации. Впервые проведена комплексная эколого-географическая оценка и сравнительно-географическое сопоставление ресурсов ВИЭ для регионов Российской Федерации. Разработаны критерии выделения перспективных районов для развития использования ВИЭ и на их основе проведено комплексное районирование территории Российской Федерации. Оно позволило выделить регионы и объединить их группы по перспективам использования разных видов ВИЭ. Обоснованы подходы к оценке экономической целесообразности использования ВИЭ в некоторых субъектах федерации и доказана возможность развития этой отрасли в современных тарифных границах в энергетике.

Методология и методы.

При проведении исследования использован эколого-географический подход, сочетающий в себе анализ, как физико-географических, так и экологических (геоэкологических, экологических, эколого-экономических) особенностей территорий. Применялись такие методы как статистический (обработка исходных данных), районирования (дифференциация и группирование регионов по отдельным параметрам ВИЭ и их совокупности), картографический (отображение результатов районирования и исходных данных), сравнительно-географический (сравнение различных регионов по совокупности параметров ВИЭ) и экспедиционный (сбор первичных данных в полевых условиях). В качестве программного обеспечения для обработки статистических данных и построения графиков использовался Microsoft Excel, а для построения карт ГИС пакет ArcView.

Исходные данные.

В основе диссертационной работы лежат результаты комплексного изучения и анализа фондовых материалов (научные библиотеки географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, Всероссийского института энергетики сельского хозяйства РСХА, Институт географии РАН, национальных библиотек Панамского Канала (Панама) и университета.

Макуари в Сиднее (Австралия). Некоторые статистические данные по потреблению энергии в России получены непосредственно в Федеральной службе государственной статистики (Росстате). Для выявления перспектив использования ВИЭ для энергоснабжения на особо охраняемых природных территориях в 2005;2008 гг. были проведены экспедиционные поездки в заповедники Курской области, Алтайского края, Республики Карелии и в.

Соловецкий музей-заповедник. Математической основой для проведения 9 комплексного районирования территории России по потенциалу ВИЭ и оценке перспектив его использования послужили опубликованные данные коллектива П. П. Безруких (2002;2008).

Структура работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. В первой главе — «Эколого-географические аспекты в развитии использования ВИЭ», приведён литературный анализ зарубежного опыта, проведён сравнительно-географический анализ использования ВИЭ в РФ и за рубежом, приведён анализ законодательства стран — лидеров в области развития ВИЭ, а так же проанализированы природные и социально-экономические факторы и условия, влияющие на развитие использования ВИЭ. Вторая глава — «География видов и технологий использования ВИЭ», рассматривает общие вопросы географического распределения технологий использования ВИЭ, конкретные технологии производства различных видов энергии из разных ВИЭ, а так же оценивает перспективы развития отдельных технологий использования ВИЭ. В третьей главе — «Эколого-географические основы развития использования ВИЭ в Российской Федерации», рассматривается состояние энергетической отрасли в нашей стране и географический анализ потребления энергии по субъектам федерации, так же приводится региональный анализ использования ВИЭ в России, и изучаются эколого-географические основы развития использования ВИЭ. В последней главе — «Эколого-географический потенциал развития использования ВИЭ в Российской Федерации», производится оценка потенциала ВИЭ, рассматриваются ресурсные, эколого-экономические и социальные предпосылки развития использования ВИЭ. На основе данного анализа предлагается схема районирования территории Российской Федерации по перспективности использования ВИЭ, особое внимание уделяется возможностям развития использования ВИЭ на особо охраняемых природных территориях.

Цели и задачи.

Цель работы — на основе эколого-географического подхода определить пространственные особенности размещения ВИЭ, оценить их потенциал для развития энергетики на возобновляемых источниках энергии в Российской Федерации и провести районирование ее территории для выявления наиболее перспективных регионов развития энергетики на ВИЭ.

Для реализации цели потребовалось решение следующих основных задач:

• Анализ отечественного и зарубежного опыта использования ВИЭ (экономико-географические, экологические и законодательные аспекты).

• Оценка особенностей современных технологий использования ВИЭ, и анализ возможностей их адаптации для использования на территории Российской Федерации.

• Выявление природных (физико-географических) и социально-экономических факторов, влияющих на современное развитие энергетики на ВИЭ.

• Оценка современного уровня использования ВИЭ в регионах России и потенциала их ресурсов. Типизация групп регионов по перспективам развития энергетики на ВИЭ.

• Проведение целевого районирования территории Российской Федерации по потенциалу ресурсов ВИЭ и перспективности развития этой отрасли в регионах.

• Выделение наиболее перспективных регионов РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ для развития отрасли.

• Выявление перспектив развития энергетики на ВИЭ для регионов, не подключённых к единой энергосистеме, в первую очередь для отдельных особо охраняемых природных территорий (заповедников, национальных парков) и объектов массовой рекреации. Благодарности.

Научные исследования, лёгшие в основу данной работы, были начаты в период учёбы диссертанта на Географическом факультете Московского Государственного Университета им М. В. Ломоносова (2000;2005 гг.), под руководством члена корреспондента РАН Н. Ф. Глазовского. В дальнейшем работа была продолжена в аспирантуре Института географии РАН. После безвременной кончины Никиты Фёдоровича, научное руководство принял и осуществлял профессор A.A. Тишков.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю профессору Аркадию Александровичу Тишкову за неустанное внимание и регулярные консультации. Автор глубоко признателен своему первому научному руководителю Никите Фёдоровичу Глазовскому, под руководством которого диссертант сделал дипломную работу. Никита Фёдорович оказал глубокое влияние на разработку идейного фундамента работы.

Диссертант выражает признательность Г. В. Сдасюк за конструктивное обсуждение и критические рекомендации по стилистике работы.

Нельзя не отметить с благодарностью внимание и интерес научного коллектива Лаборатории биогеографии и Отдела геоэкологии к данной работе. Пожелания и рекомендации коллег были в высшей степени полезны при написании диссертации.

Not only will atomic power be released, but someday we will harness the rise andfall of the tides and imprison the rays of the sun".

Мы не только освободим энергию атома, однажды мы используем подъём вод приливов и завладеем лучами солнца".

Томас Эдисон 22 августа 1921.

Заключение

и выводы.

Использование эколого-географического подхода к оценке ресурсов и перспектив развития возобновляемой энергетики в России позволило выявить: выявить факторы влияющие на перспективы использования ВИЭ для различных регионов России, определить современный уровень использования ВИЭ и перспективы развития отрасли в отдельных регионах, а так же определить возможность покрытия энергетических нужд ООПТ за счёт ВИЭ.

Геоэкологические перспективы исследований в данной области лежат в плоскости дальнейшего разномасштабного анализа пространственных неоднородностей в распределении ресурсов ВИЭ, определение перспектив и оптимальных сочетаний, используемых ВИЭ по регионам России. Проведение подобных исследований очень важно, с точки зрения государственного планирования и создания основ для развития отрасли возобновляемой энергетики в Российской Федерации.

Целесообразно разработать программу доведения процентной доли ВИЭ в энергетике до показателей развитых стран — 10−15% к 2020 году, с дальнейшим развитием до 25−30% к 2030 году.

По результатам исследования получены следующие выводы: 1. Выявлены мировые тенденции роста использования ВИЭ и прогресса технологий их использования, определены векторы влияния данных тенденций на развитие ВИЭ в регионах России и направления адаптации мирового позитивного опыта функционирования данной отрасли энергетики.

2. Сравнительно-географический анализ регионального потенциала ВИЭ определил перспективы развития определенных технологий производства энергии на возобновляемых источниках для отдельных регионов России (ветровой энергии — для степных и прибрежных районов, солнечной — для Северного Кавказа, Юга Сибири, Дальнего Востока, геотермальной — для Северо-запада Европейской территории России, Северного Кавказа, Забайкалья, и Камчатки), биоэнергетики для южных и лесных регионов страны, малой гидроэнергетики для Кавказа, Алтая, Забайкалья и Северо-Западного региона.

3. Выявлены природные и социально-экономические факторы влияющие, на развитие энергетики на возобновляемых источниках: а) качество ресурса (степень его концентрации и постоянности во времени) — б) потребности в развитии экологически безопасной энергетики и сохранении благоприятной экологической обстановки в регионев) экономический климат, социальный заказ и политическая воля.

4. Проведена оценка современного уровня использования ВИЭ в России и определено наличие ресурсов ВИЭ в различных регионах РФ и условий для их развития. Наилучшие условия — на Юге Европейской части, и Дальнем Востоке, а так же в некоторых южных районах Сибири. Наихудшие условия для использования ВИЭ в Центральных областях Европейской части России и в отдельных регионах Сибири.

5. Проведено специальное районирование территории Российской Федерации по региональному потенциалу ресурсов ВИЭ и по перспективности развития этой отрасли энергетики. Определены наиболее перспективные для развития энергетики на ВИЭ субъекты Федерации: ресурсно-дефицитные (Московская, Ленинградская, Нижегородская, Свердловская и др.) — ресурсно-сбалансированные (Архангельская, Ростовская, Новосибирская области и др.) — перспективного развития (Приморский край, Амурская, Читинская и Магаданская области и др.).

6. Оценен потенциал ВИЭ и потребности в них для обеспечения электроэнергией особо охраняемых природных территорий и рекреационных зон (Соловецкий музей-заповедник, ООПТ Алтая и др.). Показано, что ООПТ могут обеспечить свои основные энергетические потребности (0,5−210 т.у.т./год) за счёт местных ресурсов ВИЭ. Результаты и предложения оформлены в соответствующих рекомендациях для администраций, где размещены исследованные объекты и ООПТ.