Влияние энергетики на устойчивое развитие

© 2017 г.  С. Жизнин, В. Тимохов

Рассмотрены основные виды энергетических источников, влияющих на устойчивое развитие – органические (нефть, газ, уголь) и неорганические (возобновляемая и ядерная энергетика), оказывающие воздействие на мировую экономику, социальное благосостояние людей, окружающую среду и изменение климата. Определены тенденции развития основных отраслей энергетики с учетом всех условий устойчивого развития.

Ключевые слова: устойчивое развитие, ВИЭ, ядерная энергетика, природный газ, нефть, уголь, диоксид углерода, парниковый газ, изменение климата.

Статья получена 1.02.2017.

DOI: 10. …

 

Понятие устойчивого развития (sustainable development) наиболее точно было определено в 1987 г. Всемирной комиссией по окружающей среде и развитию (Комиссией Брундтланд) как “развитие, удовлетворяющее потребности нынешнего поколения без ущерба для возможности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности” [1]. Такое развитие cтало общемировой целью, которая выходит за рамки национальных границ и поколений людей. Оно интегрирует охрану окружающей среды, экономический рост и социальное благосостояние. Одна из основных задач политики в области устойчивого развития заключается в решении этих трех измерений в сбалансированном виде.

Вопросы энергетики играют определяющую роль в процессе достижения устойчивого развития. Производство и потребление энергии лежат в основе экономического роста и социального прогресса. Она играет важную роль в ликвидации бедности, улучшении благосостояния человека и повышения уровня жизни. Каждый источник энергии имеет свои преимущества и недостатки в отношении устойчивого развития. Все формы производства энергии определенным образом  воздействуют на окружающую среду,  часто негативно, что в первую очередь связано с истощением ресурсов.

Сжигание ископаемого топлива считается главной причиной загрязнения воздуха и риска климатических изменений, вызванных человеческой деятельностью. Развитие ядерной энергетики создало проблемы хранения и удаления высокоактивных радиоактивных отходов, а также угрозу распространения ядерного оружия. Использование биомассы для бытовых нужд в ряде развивающихся стран способствует опустыниванию и потере биоразнообразия. Во многих районах мира отсутствуют надёжные и безопасные поставки энергоносителей, около 2 млрд. человек не имеют доступа к электричеству, все это серьезно ограничивает социально-экономическое развитие, которое остается неотъемлемой частью устойчивого развития.

Тем не менее, благодаря совершенствованию технологий и более глубокому пониманию влияния энергетики на окружающую среду, развивающиеся страны сегодня могут осуществить переход от доиндустриальной к индустриальной экономике с существенно меньшими экологическими издержками, чем  в свое время развитые страны.

Достижение устойчивого экономического развития в глобальном масштабе потребует разумного использования ресурсов, технологий, экономических стимулов и стратегического планирования политики на местном и национальном уровнях. В дополнение к компонентам экономического развития (ликвидация бедности, обеспечение занятости для некоторых групп населения, доступ к пище и воде) и социального прогресса  (достижение справедливости и безопасности, доступности здравоохранения и образования), использование натуральных ресурсов и охрана окружающей среды стали ключевыми компонентами устойчивого развития.

Для обеспечения энергетической безопасности и социального прогресса, улучшения состояния окружающей среды, сокращения выбросов парниковых газов будут востребованы различные виды возобновляемых источников энергии (ВИЭ), улавливание и хранение двуокиси углерода, технологии ядерной энергетики, интеллектуальные сети, новые достижения в сфере транспорта и т.д. Рассмотрим влияние различных источников энергии (ископаемое топливо, возобновляемые источники энергии, ядерная энергетика) на показатели устойчивого развития.

 

ОРГАНИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ

Влияние энергетики на критерии устойчивого развития рассмотрим  с точки зрения эффективного потребления природных ресурсов и ограничения негативных экологических воздействий. Эффективность  использования ресурса любого источника энергии можно оценить на основании общего количества ресурсов, их доступности и истощаемости, интенсивности выделяемой энергии, степени водо- и землепользования. Воздействие на окружающую среду связано, в первую очередь, с выбросами парниковых газов и загрязнителей воздуха.

Структура производства и потребления энергии в мире от всех первичных источников представлена в табл. 1.

Производство энергии. Всего в 2015 г. было выработано 13306.3 млн. т нефтяного эквивалента (млн. т н э) топлива. Подавляющая часть выработанной в этот период энергии, как и в другие прошедшие годы, пришлась на органические виды топлива. Их доля составила 86% [2], среди них на нефть приходится около 33%, уголь – 29 и природный газ – 24%. На долю низкоуглеродистых технологий (ВИЭ, гидро и ядерная энергетика) приходятся остальные 14%. Эти технологии используются только в   электроэнергетике, а небольшое количество биотоплива – на транспорте.

Таблица 1. Производство и потребление энергии (2015 г.)

Источник энергии Произ-водство энергии, млн. т н.э Потребление энергии по секторам, млн. т н.э.
Электро-роэнергия Транс-порт Промыш-ленность Нефте-газо-химия и пр. Строи-тель-ство Всего
Нефть 4361.6 238.9 2351.1 670.0 589.1 408.0 4257.1
Газ 3199.5 1187.9 43.3 1073.1 171.9 659.0 3135.2
Уголь 3830.1 2251.5 2.7 1374.0 56.3 155.4 3839.9  
Атомная энергия 583.1 583.1 583.1
Гидро 892.9 892.9 892.9
Био-топливо 74.2
ВИЭ 364.9 364.9 74.2 439.1
Итого 13306.3 5519.2 2471.3 3117.1 817.3 1222.4 13147.3

Источник: подготовлено авторами по материалам ВР-2017 [2].

Разница в 1.2% между объемами производства и потреблением связана с потерями при транспортировке энергоресурсов, их хранением и другими расходами.

Потребление. Большая часть выработанной электроэнергии (67%) была получена от органических энергоносителей.  Доля атомной генерации составила 11%, возобновляемых ресурсов – 6, гидроэнергетики – 16%. Уголь (41%) продолжает оставаться главным ресурсом для выработки электроэнергии в мире. Отметим также, что за последнее десятилетие потребление электроэнергии в мире выросло на 25% и достигло в конце 2015 г. 5519.2 млн. т н.э. или примерно 24280 млрд. кВт*ч (1 млн. т н.э. = 4.4 млрд. кВт*ч) [2].

Максимальное потребление нефти (2351.1 млн. т н.э. или 55.2% от всей произведенной) было на транспорте. В промышленности оно составило 670 млн. т н.э. (15.7%), строительстве – 408 млн. (9.6%) и в технологиях нефтехимии – 589.1 млн. т н.э. (13.8%).

Значительные объемы природного газа (1187.9, 1073.1 и 659 млн. т н.э. от всего произведенного) были использованы, соответственно, в электроэнергетике (37.9%), промышленных отраслях (34.2) и строительстве (21), и небольшая доля – на транспорте (1.4%).

Уголь, в основном, потреблялся в электроэнергетике – 2251.5 млн. т н.э. (58.6%) и в промышленности (металлургии и пр.) – 1374 млн. т н.э. (38.8%). В других отраслях его вклад незначителен (около 5.5%).

Как известно, все органические энергоносители выделяют большое количество парниковых газов и загрязнителей атмосферы.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК, англ. IPCC) для определения степени воздействия парниковых газов на глобальное потепление использовала в Киотском протоколе так называемый потенциал глобального потепления (ПГП, англ. GWP)[1]. В качестве эталона был принят диоксид углерода (CO2), его GWP=1 за любой промежуток времени. Метан остается мощным парниковым агентом при выбросах в атмосферу [3]. Его время жизни в атмосфере составляет примерно 11 лет, а диоксида углерода – 100 лет. МГЭИК определила, что за 100 лет парниковая активность метана будет выше в 28 раз (GWP =28) активности СО2, а за 20 лет – в 84 раза [4, c. 87]. Все парниковые газы и загрязнители выделяются в атмосферу и приносят существенный вред окружающей среде и человеку.

Выбросы парниковых газов, приходящиеся на 1 кВт*час вырабатываемой электроэнергии, от различных источников энергии показаны на рис. 1.

 

Рис. 1. Удельные выбросы парниковых газов (гр СО2 экв/кВт*ч) для различных источников энергии при производстве электроэнергии.  Источник: подготовлено авторами по данным МГЭИК [5].

Как видно из рис. 1, самый высокий уровень выбросов (количество грамм-эквивалента СО2 на 1 кВт*ч произведенной электроэнергии)  приходится на уголь. Если его принять за 100%, то нефть производит примерно 84%, природный газ – почти половину (около 47%) угольных выбросов. Вклад остальных источников  незначителен.

Важно отметить, что, хотя при сгорании природного газа выбрасывается меньшее количество СО2, чем при сгорании угля (рис. 1), тем не менее выделяемое количество СО2 довольно значительно, и оно часто сопровождается весьма существенной утечкой природного газа, что приводит к выделению в атмосферу мощного парникового газа метана. Такие утечки могут быть при его добыче из скважин, во время переработки и транспортировки по трубопроводам, особенно если газ перемещается на большие расстояния, например, из Сибири, Северной Африки, Ближнего Востока. В этом случае, объемы утечек могут превышать 4% [6].

 

РОЛЬ ВИЭ И ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В УСТОЙЧИВОМ РАЗВИТИИ

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Интерес к этим источникам энергии в мире неуклонно растет. Они уже приобрели не только экологическое и энергетическое, но и мировое геополитическое значение, и в настоящее время вносят заметный вклад в мировой энергетический баланс (табл. 1).

Среди особенностей ВИЭ – их практически неограниченные и ресурсы, которые постоянно восполняются и значительно превышают обозримые потребности человечества. Кроме того, ВИЭ почти не загрязняют окружающую среду, что не приводит к изменению теплового баланса Земли. В отличие от нефти, газа, угля, урана ресурсы ВИЭ относительно равномерно распределены по территориям стран и регионов, поэтому их освоение можно рассматривать как фактор энергетической и геополитической безопасности [7, с. 135].

Многие государства с целью сокращения выбросов парниковых газов активно  поощряют использование возобновляемых источников энергии с помощью субсидий и законодательных директив, требующих отдавать им приоритет. Несколько стран даже объявили, что их цель – заменить все или большинство существующих генерирующих установок на возобновляемые источники энергии.

В этой связи следует отметить, что уже по определению “возобновляемые” источники нельзя считать устойчивыми, так как по своей природе они – источники нестабильного прерывистого действия. В случае их использования в качестве базовой или пиковой нагрузки при поставке электрической энергии в сеть необходимы источники резервного питания или накопители энергии, что очень дорого. Так, затраты на хранение энергии в наиболее популярных литий-ионных аккумуляторах составили в 2015 г. около 400 долл./кВт*ч [8], несмотря на общую тенденцию снижения стоимости хранения.

Ветровые станции, в зависимости от местоположения, поставляют в сеть в течение года примерно 20–40% от паспортной мощности. Например, данные по Германии показывают очень  значительные перепады в их ежедневной выработке электроэнергии [9, р. 4]. Оставшиеся 60% – 80% энергии должны доставлять резервные электростанции.

Аналогичная ситуация наблюдается и в США. Так, коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) ветра в Калифорнии составлял чуть менее 25% в течение года. В некоторых месяцах КИУМ достигал порядка  50% [10].

Выход солнечной фотоэлектрической энергии в зимние месяцы в Калифорнии находился в диапазоне 11–12%. Чтобы обеспечить необходимый потенциал энергии для этого штата мощности ветровых и солнечных установок должны быть увеличены, по крайней мере, в восемь раз. Однако бывают дни, когда ни ветровые, ни солнечные установки не производят значимых объемов электроэнергии, поэтому будут необходимы резервные генераторы.

Для компенсации нестабильности прерывистых источников используется резервная мощность, которая должна быть переменной и в большинстве случаев она генерируется на обычных электростанциях путем сжигания ископаемого топлива, в основном природного газа, что требует дополнительных инвестиций, как для генерации, так и передачи энергии. Это намного дешевле, чем хранение энергии.

При транспортировке природного газа, особенно на большие расстояния, его утечки составляют 4% и выше. Учитывая парниковую активность метана, а также тот факт, что газовые станции производят около половины количества СО2, образуемого угольными станциями с равными генерирующими мощностями, то эти станции будут иметь более высокий уровень выбросов парниковых газов, чем угольные станции такой же мощности, если скорости утечки газа в атмосферу превышают 1.0% для временного интервала 100 лет и 1.7%, соответственно, в интервале 20 лет. Утверждение верно, если на угольных ТЭС применяются чистые угольные технологии (clean coal technologies). Подключенные к сети установки прерывистой энергии (ВИЭ) с газовыми резервными мощностями, работающие в режиме 25% и 50% готовности, будут иметь более высокий уровень выбросов парниковых газов, чем автономные угольные станции равной мощности, если скорость утечки газа в атмосферу превышает, соответственно, 1.5  и 2.0% для временного интервала 100 лет и около 2.5% и 3.35% – интервала 60 лет  [4, р. 15].

Важно отметить, что  у ветровых и солнечных электростанций  следует различать стоимость 1 кВт.*часа без учета различных накладных расходов (себестоимость) и стоимость 1 кВт.*часа системы, подключенной к электросети. В первом случае она  производится ветровой или солнечной установкой и сразу потребляется или хранится, а во втором – необходимо учитывать инвестиции в резервные мощности и передачу электрической энергии. Разница между этими двумя показателями может быть значительной – так стоимость 1 кВт*часа, доставленного в сеть, в большинстве случаев в несколько раз выше себестоимости [10, 11].

Еще одно важное соображение заключается в том, что электрическая энергия производится и потребляется одновременно, поэтому стабильность и частота сети – ее основные характеристики, они должны поддерживаться в пределах строгих допусков. Прерывистость энергии создает помехи сети и ухудшает ее надежность, особенно, если установленная мощность прерывистых источников составит значительный процент от общей мощности сети. Как показал опыт, поставка энергии в ненадежные электрические сети может иметь серьезные экономические и социальные последствия в результате продолжительных отключений электроэнергии, которые происходили в крупных городских районах.

В итоге это означает, что сочетание прерывистого источника энергии и его резервной электростанции крайне редко будет достигать экономической конкурентоспособности. Оно может быть использовано, главным образом, только для локального электроснабжения в географически изолированных регионах, не имеющих доступа к большой электрической сети [10].

Ядерная энергетика. В качестве основного ресурса в ядерной энергетике используется уран. Агентство по ядерной энергии ОЭСР (АЯЭ) и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) оценили общую базу ресурсов урана. Разумные предполагаемые ресурсы, которые могут быть извлечены по цене до 260 долл./кг U, составили 7.6 млн. т [12]. Этих запасов будет достаточно для мировой ядерной энергетики  в течение примерно 120 лет.

Кроме урана в качестве ядерного топлива может быть использован торий, более распространенное эффективное топливо, его запасы равномерно и широко распределены по всем континентам. Кроме того, в будущем возможно извлечение урана из морской воды.

В отличие от других топливных циклов (уголь, нефть, газ) для получения энергии урановое топливо может быть переработано и повторно использовано в ядерных реакторах на быстрых нейтронах (БР, быстрые реакторы). Внедрение таких реакторов может иметь революционное влияние на будущее ядерной энергетики, что позволяет значительно расширить ее ресурсную базу и делает атомную отрасль самодостаточной.

Действительно, БР-реакторы производят значительно больше энергии на килограмм урана и имеют большую эффективность по сравнению с обычными тепловыми реакторами. Например, при использовании в быстрых реакторах цена урана может возрасти примерно в 200 раз, а цена на электроэнергию увеличится всего на 0.003 долл. за кВт*ч. Такая нечувствительность к стоимости топлива позволяет иметь очень высокие цены на добычу урана [13,14]. Кроме этого, вновь построенные БР-реакторы могут использовать переработанное топливо из существующих реакторов, а также сжигать большинство опасных высокоактивных радиоактивных элементов, уменьшая при этом количество радиоактивных отходов. В настоящее время основными ограничениями БР-реакторов остаются высокие капитальные затраты и ограниченный опыт их эксплуатации В мире пока работают два быстрых реактора: БН-600 и БН-800 в России.

В долгосрочной перспективе (примерно к середине XXI в.) могут появиться термоядерные электростанции, которые будут значительно превосходить ресурсные, экологические и многие другие характеристики ядерных реакторов деления [15, c.142]. Все это, в конечном итоге, может полностью удовлетворить потребности глобальной энергетики.

К преимуществам ядерной энергетики относится и ее экономическая конкурентоспособность.  Это можно показать на примере Франции, где стоимость электроэнергии на рынке – одна из самых низких в мире. После нефтяного кризиса 1973 г. эта страна за два десятилетия большую часть электрической энергии, получаемой ранее от ископаемого топлива, стала получать от АЭС. В настоящее время в энергобалансе Франции около 75% приходится на ядерную генерацию.

Важным дополнительным преимуществом этой политики стало снижение выбросов парниковых газов (ПГ) на душу населения в стране. Во Франции они – одни из самых низких среди промышленно развитых стран. Также выбросы ПГ во много раз ниже выбросов в странах, не имеющих атомных электростанций, и которые используют ископаемое топливо и частично ВИЭ (Австралия, Дания, Швейцария, Швеции и ряд других стран) [16].

Экологические аспекты. Многочисленные научные исследования показали, что ядерная энергетика в наименьшей степени загрязняет окружающую среду [17]. Как известно, атомные электростанции не выделяют CO2. Ежегодно 441 действующих АЭС предотвращают выброс более 2 млрд. т СО2. Напротив, угольные станции во всем мире дают около 30 млрд. т CO2 в год. Кроме того, загрязнение воздуха и рассеивание загрязняющих и ядовитых веществ вызывают негативные, опасные последствия для здоровья человека и преждевременную смерть [18]. Важно отметить, что атомные электростанции выделяют в атмосферу меньше радиоактивных веществ и других вредных примесей, чем угольные станции. Так продукты сгорания угля содержат оксиды углерода, азота и серы, канцерогенные и мутагенные вещества. Угольная зола состоит преимущественно из опасных оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния, титана, натрия, калия, мышьяка, ртути и серы, а также урана и тория [19].

Наиболее тяжелое воздействие на окружающую среду, связанное с ядерной энергетикой, оказывает добыча урана. Тем не менее, потребность в добыче урана будет резко снижаться после того, как быстрые реакторы станут коммерчески доступными, что можно ожидать в течение ближайших десятилетий.

Новые разработанные методы утилизации использованного ядерного топлива позволят резко сократить радиоактивные риски, а также объемы отходов, которые должны храниться изолированно от окружающей среды. Эти отходы будут утилизированы в инертной форме, то есть в виде керамических или твердых веществ, которые не будут выщелачиваться в окружающую среду в течение тысячи лет. С другой стороны, большое количество твердых и газообразных отходов из угольных станций (включая ртуть и тяжелые металлы) остаются ядовитыми для человека и окружающей среды.

Безопасность. Ядерная энергетика признана одной из самых безопасных энергетических технологий с точки зрения воздействия на здоровье человека со смертельным исходом, несмотря на три крупных ядерных аварии, которые произошли на Three Mile Island (TMI) в США, Чернобыльской АЭС в СССР/ (Украине) и Фукусиме в Японии. Из них только авария на Чернобыльской АЭС вызвала гибель тех людей, которые непосредственно подверглись воздействию высоких доз радиации на первом этапе срочной операции очистки. Тем не менее, число погибших составило менее 100 человек, что относительно невелико, в сравнении с числом ежегодных смертельных случаев в угольной и нефтегазовой отраслях [17]. Важно отметить, что число пострадавших  от лучевой болезни, радиоактивного заражения и т. д. в результате последствий трех аварий на АЭС значительно выше, точных данных нет.

Глобальные средние значения показателя смертности на миллиард кВт*ч, по данным Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), составили: 100 – для угольной генерации, 36 – для нефтяной, 24 – для генерации из биотоплива/биомассы, 4 – для природного газа, 1.4 – для гидроэнергетики, 0.44 – для солнечной энергии, 0.15 – для ветровой и 0.04 – для ядерной отрасли.

Аварии на Чернобыльской и Фукусиме вызвали радиоактивное загрязнение значительных площадей земель и необходимость эвакуации населения. Тем не менее, в обоих случаях основная часть эвакуированных районов имели уровни радиации ниже нормального фонового уровня во многих регионах по всему миру.

Следует отметить, что загрязнение земель не ограничивается только тяжелыми ядерными авариями, аналогичные события повторяются в химической промышленности, где загрязняющие вещества часто становятся чрезвычайно опасными.

Показателем высокого уровня безопасности ядерных установок нового поколения становится то, что специализированные системы будут ограничивать последствия и продолжительность чрезвычайной ситуации. Передовая технология ориентирована на “пассивную” безопасность, а не на активно эксплуатируемые инженерные системы, требующие внешнего воздействия.

Ядерная энергетика связана с проблемой потенциальных утечек оружейных материалов. Производство оружия требует доступа к таким материалам как изотопы Pu-239 или U-235. Они оба должны иметь высокую степень чистоты. Изотоп Pu-239 образуется при облучении U-238, в то время как изотоп U-235 получают из природного урана путем обогащения [7, с. 87].

Большинство стран подписали Договор о нераспространении ядерного оружия, обязывающий их воздерживаться от производства оружейных материалов и атомного оружия. Основная задача МАГАТЭ заключается в проверке соблюдения государствами-членами Договора о нераспространении ядерного оружия.

В заключение отметим, что ядерная энергия не ограничивается выработкой электроэнергии. Она может одинаково хорошо использоваться для решения таких важных задач как опреснение воды, получение экологически чистого водорода в необходимых количествах, на транспорте, при отоплении помещений, извлечении углерода из CO2, создании синтетического жидкого топлива и т. д.

 

ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата [5] представлен большой объем данных, показывающий, что климат Земли меняется за счет увеличения концентрации парниковых газов (ПГ), особенно диоксида углерода (СО2), а также в результате деятельности человека при сжигании ископаемого топлива. За 40 лет (1970–2010 гг.) общий уровень выбросов парниковых газов вырос с 27 до 49 Гт (более чем в 1.8 раза), главным образом за счет роста выбросов СО2 от сжигания органического топлива [4, с. 49].

Глобальные средние температуры поверхности Земли увеличиваются, меняются объемы осадков и их пространственно-временные распределения, наблюдается потепление океанов и повышение уровней морей, экстремальные погодные и климатические явления. В 2015 г. впервые в современной истории зафиксировано превышение средней температуры планеты более чем на 1° C по сравнению с XIX в., когда началось наблюдение за изменениями глобальной температуры. Согласно исследованиям, проведенным в Институте космических исследований НАСА Годдард (National Aeronautics and Space Administration Goddard Institute for Space Studies) (NASA GISS) в Нью-Йорке, температура в 2016 г. продолжала  сохранять долгосрочную тенденцию к потеплению [20]. Поэтому двуединая задача в течение ближайших 10–20 лет заключается в обеспечении человечества безопасной, надежной и доступной энергией, необходимой для дальнейшего социально-экономического развития, и резком сокращении выбросов парниковых газов.

Киотский протокол стал первым международным соглашением о рыночных принципах охраны природы, действенным механизмом, способствующим сокращению выбросов парниковых газов и, соответственно, решению проблемы изменений климата. Следующий шаг – это итоги Всемирной конференции ООН в Париже. В декабре 2015 г. 195 делегаций со всего мира пришли к соглашению, что для предотвращения необратимых экологических последствий человечеству необходимо удержать рост средней температуры на планете в пределах 1.5–2°C по отношению к соответствующему показателю доиндустриальной эпохи [21]. В отличие от Киотского протокола обязательства по сокращению выбросов берут не только развитые страны и страны с переходной экономикой, но и все государства независимо от степени их экономического развития.

Ядерная, гидроэнергетика и ВИЭ позволяют сегодня решать, как энергетические, так и климатические проблемы. Выбросы СО2, которых удалось избежать при использовании атомной, гидро- и возобновляемой энергетики с 1970 по 2010 гг. суммарно оцениваются примерно в размере 1/3 глобальных выбросов [22, с. 22].

Таким образом, роль чистых технологий (атомной, гидроэнергетики и ВИЭ) в достижении целей Киотского протокола, Рамочной конвенции ООН и Парижского соглашения ООН об изменении климата весьма существенна. Их преимущества состоят в том, что данные способы производства электроэнергии вносят минимальный вклад в создание парникового эффекта. Следовательно, эти энергетические технологии необходимо развивать в соответствии с их возможностями. В тоже время отметим, что в условиях межтопливной конкуренции преимущества пока остаются у органических энергоресурсов. Такой способ получения энергии, в котором участвуют ведущие энергетические компании мира, более выгоден, чем использование чистых технологий. Этот фактор следует учитывать при оценке влияния мировой энергетики на устойчивое развитие.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

В долгосрочной перспективе ядерная энергетика способна устойчиво и надежно поставлять большие объемы стабильной, чистой и экономичной энергии, отвечающей всем критериям устойчивого развития, как определено комиссией Брундтланд. Однако ее доля в мировом производстве пока невысока, а дальнейшее ее развитие связано со значительным увеличением инвестиций в новые технологии, обеспечением радиационной и экологической безопасности, что в настоящее время не наблюдается и в среднесрочной перспективе не ожидается.

В тоже время важно отметить, что запасы органических ресурсов (нефти, газа, угля) в земной коре и газогидратов в океане огромны, рост объемов их добычи и потребления будет сдерживаться не сокращением ресурсов, а сложностью извлечения и высокими ценами на их добычу, а также значительным увеличением выбросов парниковых газов – как диоксида углерода, так и метана – при разработке этих месторождений.

Снижения глобального уровня выбросов парниковых газов в атмосферу можно добиться, если наладить эффективное и экологически чистое производство водорода. Его широкомасштабное использование позволит получать органическое топливо нужного качества из угля и тяжелой нефти (например, превращать уголь и тяжелую нефть в жидкое топливо) и ограничить на приемлемом уровне выбросы различных парниковых газов [23].

Для получения чистого водорода можно использовать ВИЭ, однако ресурсы этого энергетического источника ограничены. Широкомасштабное производство водорода возможно только с помощью технологий атомной энергетики в случае ее развития по благоприятному сценарию (применение в промышленных масштабах БР-реакторов, решение проблемы захоронения ненужных нуклидов и некоторых других технических задач). Широкомасштабное производство и потребление водорода позволят создать предпосылки устойчивого развития энергетики. В этой отрасли будут широко и в необходимых допустимых пределах представлены все энергетические источники: углеводородные ресурсы, возобновляемые источники, ядерная генерация.

Наиболее перспективное сочетание органической и ядерной энергетики будет иметь синергетический эффект, связанный с использованием традиционных и нетрадиционных углеводородов, конверсией метана, газификацией угля и т.д., а также производством водорода из воды с использованием ядерных технологий [15, c. 148].

В этом случае энергетика будет развиваться как единый комплекс, позволяющий наилучшим образом использовать любую энергетическую технологию: нефть и газ – для получения высокоценного сырья для химии, транспортного топлива и как источник экспортных поступлений; уголь – в качестве источника энергии для производства электричества, снабжения теплом домашних хозяйств, использования в металлургии и других отраслях промышленности; атомная энергетика – для замещения угля, нефти и газа в производстве дешевой электроэнергии, надежного снабжения энергией удаленных районов, экспорта высоких технологий, получения экологически чистого водорода в количествах, необходимых для нужд экономики. Технологии получения водорода ядерными методами существуют, и они не требуют значительных инвестиций, кардинально меняющих структуру энергетики.

В данной стратегии атомная энергетика не становится альтернативой и/или конкурентом традиционной органической энергетике, она превращается в эффективный источник дальнейшего комплексного развития топливно-энергетической сферы на долгие годы, что в значительной степени поможет повысить надежность и безопасность снабжения энергией, обеспечить сохранение окружающей среды, социальное благосостояние людей и устойчивое развитие.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ/REFERENCES

  1. Nuclear Energy in a Sustainable Development Perspective. OECD Nuclear Energy Agency, 2000. Available at: http://www.oecd-nea.org/ndd/docs/2000/nddsustdev.pdf (accessed 22.10.2016).
  2. BP Statistical Review of World Energy. Available at: http//http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/energy-outlook-2017/bp-energy-outlook-2017.pdf./ (accessed 07.04.2017).
  3. Alvareza R. A., Pacala S. W., Winebrake J. J., Chameides W. L., Hamburg S. P., Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 2012, vol. 109, No. 17, pp. 6435—6440. Available at: http://www.pnas.org/content/109/17/6435 (accessed 22.10.2016).
  4. Pachauri R.K. and Meyer L.A., eds. Greenhouse Gas Metrics and Mitigation Pathways. IPCC, 2014. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp. Available at: http://epic.awi.de/37530/1/IPCC_AR5_SYR_Final.pdf (accessed 22.10.2016).
  5. What is the greenest source of electricity? Available at: http://shrinkthatfootprint.com/greenest-electricity-source (accessed 22.10.2016).
  6. Howarth R. W., Santoro R., Ingraffea A. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations. Climate Change, 2011, vol. 106, pp. 679-690. DOI 10.1007/s10584-011-0061-5.
  7. Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире. Долгопрудный, ИД “Интелект”, 2011, 168 с. [Fortov V.E., Popel' O.S. Jenergetika v sovremennom mire [Energetics in the Modern World] Dolgoprudnyy, Publishing House «Intellect», 2011, 168 p.].
  8. Electricity storage at utility scale. WNA. Renewable Energy and Electricity. Available at: http://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/renewable-energy-and-electricity.aspx (accessed 25.11.2016).
  9. Integrating wind power in the European power systems — prerequisites for successful and organic growth. Union for the co-ordination of Transmission of Electricity (UCTE). May 2004. Available at URL: http://UCTE-integratingwindpower.pdf (accessed 25.11.2016).

10 Brook B. W., Alonso A., Meneley D. A. at al. Why nuclear energy is sustainable and has to be part of the energy mix. Sustainable Materials and Technologies, 2014, vol. 1–2,  рp. 8-16.

  1. Average power plant operating expenses for U.S. electric utilities. U.S. Energy Information Administration. Available at: http://www.eia.gov/electricity (accessed 25.11.2016).
  2. Uranium 2014: Resources, Production and Demand. OECD Nuclear Energy Agency, International Atomic Energy Agency. Available at URL: http://www.oecd-nea.org/ndd/pubs/2014/7210-uranium-2014-es.pdf (accessed 25.11.2016).
  3. Cohen B.L. Breeder reactors — a renewable energy source. American Journal of Physics, 1983, vol.51, p. 75. Available at:

http://large.stanford.edu/publications/coal/references/docs/pad11983cohen.pdf (accessed 25.11.2016).

  1. Lightfoot D., Manheimer W., Meneley D.A., Pendergast D., Stanford G.S. Nuclear fission fuel is inexhaustible. Canadian Nuclear Society Climate Change Technology Conference, May 10–12, 2006, Ottawa, Ontario, Canada. Available at:

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.398.917&rep=rep1&type=pdf (accessed 25.11.2016).

  1. Велихов Е.П., Гагаринский А.Ю., Субботин С.А., Цибульский В.Ф. Эволюция энергетики в XXI веке. Москва, Издательство по Атомной технике, 2008, 160 с. [Velikhov E.P., Gagarinskii A.Iu., Subbotin S.A., Tsibul'skii V.F. Evoliutsiia energetiki v XXI veke. [Velikhov E.P., Gagarinskiy A.Y., Subbotin S.A., Cybulski V.F. The evolution of energy in the XXI century]. Moscow, Atomic Engineering Publishing House, 2008, 160 p.].
  2. World Development Indicators 2015. World Bank, Washington, 2015. Available at: (https://openknowledge.worldbank.org/handle/10986/21634 (accessed 28.11.2016).
  3. Conca, J. and Wright J. The Cost of a Sustainable Energy Future. Proceedings of the 2010 Waste Management Symposia, Phoenix, Arizona, paper 10494, p. 1-14.

Available at: http://nuclearfuelcyclesummit.org/DocumentCenter/Home/View/120 (accessed 28.11.2016).

  1. Kharecha P.A., Hansen J.E. Prevented mortality and greenhouse gas emissions from historical and projected nuclear power. Environmental Science & Technology, 15 Mar 2013, pp. 1-18. DOI: 10.1021/es3051197. Available at: http://pubs.acs.org on April 2, 2013 (accessed 28.11.2016).
  2. Gabbard A. Coal Combustion: Nuclear resource or danger. Oak Ridge National Laboratory Review, 1993, vol. 26, Number 3 and 4, рр. 24-32.
  3. Earth's average surface temperature has risen about 2.0 degrees Fahrenheit (1.1 degrees Celsius). NASA. 18.012017. Available at: https://www.giss.nasa.gov/research/news/20170118/ (accessed 20.12.2016).
  4. Кокорин А.О. Парижское климатическое соглашение ООН: нынешнее и будущее воздействие на экономику России и других стран [Kokorin A.O. Parizhskoe klimaticheskoe soglashenie OON: nyneshnee i budushchee vozdeistvie na ekonomiku Rossii i drugikh stran [The Paris of the UN climate agreement: the present and future impact on the economies of Russia and other countries]. Available at:

http://www.imemo.ru/files/File/ru/conf/2016/11022016/11022016-PRZ-COCK.pdf]; Available at: http://www.un.org/sustainabledevelopment/ru/about/climate-change/ (accessed 20.01.2017).

  1. Contribution to avoided GHG emissions. Climate Сhange and Nuclear Рower 2015. International Atomic Energy Agency, 2015, Vienna, Austria, 122 р.
  2. Стукалов В.А., Субботин С.А., Щепетина Т.Д. Водородная энергетика и техногенный водородный цикл как основа консолидированного развития топливодобывающих отраслей и атомной энергетики. РНЦ “Курчатовский институт”. [Stukalov V.A., Subbotin S.A., Shchepetina T.D. Vodorodnaia energetika i tekhnogennyi vodorodnyi tsikl kak osnova konsolidirovannogo razvitiia toplivodobyvaiushchikh otraslei i atomnoi energetiki. RNTs “Kurchatovskii institut” [Stukalov V.A, Subbotin SA, Shchepetina ETC. Hydrogen energy and technogenic hydrogen cycle as a basis for the development of the consolidated toplivodobyvayuschih and nuclear industries energy. Available at: http://isem.irk.ru/symp2010/papers/RUS/S3-09r.pdf (accessed 25.11.2016)].

 

ENERGY IMPACT ON SUSTAINABLE DEVELOPMENT

(World Economy and International Relations, 2017, vol.61, no…, pp…)

Received 1.02.2017.

Stanislav Z. ZHIZNIN (s.zhiznin@rambler.ru)

Moscow State Institute of International Relations (University) of the Ministry of Foreign Affairs of the Russian Federation, 76, pr. Vernadskogo, Moscow, 119454, Russian Federation.

Vladimir M. TIMOKHOV (vl.timokhov@gmail.com)

Center of Energy Diplomacy and Geopolitics (CED), 17, Gogol blvd., Moscow, 119019, Russian Federation.

Energy production and consumption are the basis of economic and social development, climate changes, so the energy issues play a crucial role in sustainable development. Each energy source has its advantages and disadvantages in relation to sustainable development. Burning fossil fuels is the main cause of air pollution and the risk of climate change caused by human activity. The vast majority of energy produced falls on fossil fuels (about 86%) that leads to the release of large amounts of greenhouse gas particularly in oil and coal industries. The negative impact has leaks of the greenhouse gas methane if the natural gas is transported to the long distances. Interest in renewable energy sources (RES) has been steadily growing in the world and renewable energy make a significant contribution to the global energy balance. The disadvantage of RES is the instability of the energy produced by them, so the spare capacity is needed for its compensation, which, in most cases, is generated at conventional power plants by burning fossil fuels, mainly natural gas, which requires additional investment in capacity for both generation and transmission energy. The combination of renewable energy in conjunction with gas power plants for backup power, produce the greenhouse gas emissions, which can be compared with the stand-alone coal generating stations with the same generating capacity. Therefore, renewable energy sources do not completely satisfy the conditions for sustainable development. Nuclear energy has a competitive economy, a positive impact on climate change, which leads to the conclusion that in the future it may become the most attractive and affordable form of energy for sustainable development. At the same time, the share of nuclear power in the world energy production is low, its further development depends on a significant increase in investments in the new technologies that are not expected in the medium term. The most promising direction is the cooperation of traditional organic energy with its RES and nuclear option, which will contain a synergistic technology of organic energy and nuclear hydrogen production technology of water. In this approach, the world energy industry will be developing as a united complex, allowing the best use of each energy technology to secure the sustainable development for many years.

 

Key words: sustainable development, renewable energy, nuclear power, natural gas, oil, coal, carbon dioxide, greenhouse gas, climate change.

About authors:

Stanislaw Z. ZHIZNIN, Doctor of Economics, Professor.

Vladimir M. TIMOKHOV, Doctor ( PhD ) of Physics, Executive Director.

ЖИЗНИН Станислав Захарович, доктор экономических наук, профессор МГИМО МИД РФ, 119454 Москва, пр. Вернадского, 76 (s. zhiznin@rambler.ru).

ТИМОХОВ Владимир Михайлович, кандидат физико-математических наук, исполнительный директор ЦЭД, РФ, 119019 Москва, Гоголевский б-р., 17 (vl.timokhov@gmail.com).

[1]Потенциал глобального потепления — параметр, численно определяющий разогревающее воздействие молекулы определенного парникового газа относительно молекулы СО2. Эффект от выброса оценивается за определённый промежуток времени.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Центр энергетической дипломатии и геополитики
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: