О том, что энергетика мира практически на 100 % будет базироваться на возобновляемых источниках энергии, всё громче звучат голоса учёных, некоторых политических и административных деятелей мира. Весь вопрос — когда это произойдёт? Конечно, в разных странах — в разное время. Обратимся к некоторым высказываниям и именам.
В 2015 году губернатор Калифорнии (США) Джерри Браун подписал закон, по которому коммунальные предприятия штата к 2030 году обязаны на 50 % осуществить электроснабжение от возобновляемых источников. Однако, согласно отчёту крупнейших энергоснабжающих компаний этого американского штата (Pacific Gas and Electric, Southern California Edison и San Diego Gas and Electric), 50 %-й уровень использования ВИЭ будет достигнут уже в 2020 году [1].
Также, например, по заявлению шотландских властей уже к 2020 году Шотландия на 100 % будет снабжаться электроэнергией на базе ВИЭ [2].
По мнению группы американских учёных, опубликовавших своё «Заявление» в журнале «Энергетика и экология», потребности США в энергии могут быть удовлетворены более чем на 90 % исключительно на базе ВИЭ уже сейчас [3].
Ещё в 2010 году было опубликовано исследование «100 % renewable electricity. A roadmap to 2050 for Europe and North Africa» [4], выполненное под эгидой известной фирмы PricewaterhouseCoopers (PwC). Идея состояла в том, чтобы в Северной Африке построить мощные солнечные станции, через Средиземное море проложить высоковольтные кабельные линии на европейский континент для энергоснабжения всей Европы. В публикации с технической точки зрения убедительно показана возможность осуществления этой идеи. В «дорожной карте» предусматривались шаги в политике, формирование структуры рынка, оценка инвестиций и финансирование, а также создание инфраструктуры. Однако идея не получила развития видимо по политическим причинам.
В ноябре 2017 года было опубликовано исследование Лаппеенрантского технического университета (LUT) и Energy Watch «Глобальная энергетическая система на базе 100 % энергии от ВИЭ».
В работе утверждается, что существующий потенциал и технологии в области возобновляемых источников энергии, включая технологии накопления энергии, могут обеспечить достаточное и надёжное электроснабжение для покрытия мирового спроса на электроэнергию к 2050 году. И что этот энергетический поворот уже давно не вопрос технической осуществимости или экономической целесообразности, а политической воли.
Автор с этим утверждением полностью согласен. Однако, учитывая повышенный оптимизм энтузиастов возобновляемой энергетики, а также наблюдаемое за последние десять лет снижение темпов (процентов) увеличения установленной мощности, автор счёл необходимым проявить определённую осторожность в оценке темпов перехода на ВИЭ. В общем виде подход формулируется в следующем виде: 100 %-е электропотребление на базе ВИЭ к 2050 году может быть достигнуто, если сбудется прогноз роста электропотребления (производства) и развития возобновляемой энергетики на 2030 год, а прогноз на 2030-й сбудется, если будут достигнутые данные прогноза на 2020 год.
В самом деле, в настоящее время (середина 2018 года) с определённой уверенностью можно принять темпы роста электропотребления (производства) и темпы увеличения установленной мощности на базе ВИЭ на период до 2020 года, но и с определённой осторожностью — до 2030-го. Как будет развиваться энергетика мира после 2030 года, предсказать достаточно трудно. Возможно, сбудутся самые оптимистические прогнозы, если нефтяные и газовые компании поймут неизбежность процесса.
Для решения поставленной в докладе задачи необходимо обосновать:
а) темпы роста производства электроэнергии на периоды 2017–2020, 2021–2025 и 2026–2030 годов;
б) темпы роста установленной мощности электростанций на базе ВИЭ (ВЭС, ФЭС, БиоЭС, ГеоЭС);
в) средневзвешенный коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) указанных в предыдущем пункте электростанций.
В табл. 1 приведены данные динамики производства электроэнергии за период с 1995 по 2016 годы. За этот период общее производство электроэнергии увеличилось с 13 258 до 24 816 ТВт·ч, то есть в 1,87 раза. При этом среднегодовой прирост мощности составил за период 2005–2016 годов — 2,8 %, за период 2010–2016 — 2,03 % и в 2016-м к 2015 году — 2,5 %.
На базе этих данных в прогнозе среднегодовые темпы роста производства электроэнергии в мире приняты для трёх периодов (I — до 2020 года, II — 2021– 2025, III — 2026–2030 годы) для трёх сценариев: маловероятный, возможный и вероятный. Результаты представлены в табл. 2. Производство электроэнергии в 2016 году — 24 816,4 ТВт·ч.
По данным увеличения установленной мощности, за период 2004–2016 годов определены среднегодовые темпы роста мощности за этот период электростанций на базе ВИЭ: ФЭС — 48,7 %, ВЭС — 21,3 %, ГеоЭС — 3,5 %, БиоЭС — 9,9 %.
Тем не менее, для определения среднегодового темпа роста за период 2016–2020 годов целесообразно исходить из прогноза годового ввода мощности с учётом достигнутого ввода в 2015 и 2016 годах.
При таком подходе определялась установленная мощность на базе различных ВИЭ в 2020 году и затем вычислялся среднегодовой темп роста установленной мощности: ВЭС — 9,5 %; ФЭС — 20,22 %; ГеоЭС — 3,18 %; БиоЭС — 4,6 %.
Данные принятые существенно сниженные темпы роста свидетельствуют о достаточно взвешенном подходе к определению доли ВИЭ в общем производстве электроэнергии. А также учитывается неизбежное снижение темпов при увеличении любого вида продукции после достижения определённого объёма. Указанные выше данные были приняты за основу для прогноза темпов роста на периоды 2021–2025 и 2026–2030 годов с соответствующим снижением (табл. 3 и 4).
Для определения производства электроэнергии на базе возобновляемых источников энергии предложено использовать формулу: Э = NКИУМТ, где N — установленная мощность; Т — число часов в году; КИУМ — коэффициент использования установленной мощности.
Корректность вычисления зависит от правильного определения КИУМ для различных видов электростанций в настоящее время и его изменения на прогнозируемый период.
В работе [5] приводятся средневзвешенные значения коэффициента использования установленной мощности по видам ВИЭ для девяти континентов мира и трёх стран: Китай, Индия и США. В работе [6] приводятся данные по установленной мощности по видам ВИЭ для континентов и указанных стран. Это даёт возможность рассчитать по состоянию на 2016 год средневзвешенных КИУМ по видам ВИЭ в мире.
По факту за 2016 год средневзвешенный КИУМ по видам ВИЭ составил: ВЭС — 0,3; ФЭС — 0,165; БиоЭС — 0,75; ГеоЭС — 0,79. Результаты расчётов представлены в табл. 3 и 4.
Доля ВИЭ по «возможному» сценарию прогноза общего производства электроэнергии по годам составит: 2020-й — 14,2 %; 2025-й — 20,4 %; 2030-й — 27,4 %.
К сожалению, многие международные организации предпочитают давать пессимистические прогнозы развития возобновляемой энергетики. В частности, по прогнозу IEA-2011 года по трём сценариям в 2020 году доля ВИЭ в производстве электроэнергии составила 7,2–8,4–10,1 %. Однако рубеж в 10 % был достигнут в 2016 году. Автор в работе [7] обратил внимание международной общественности на необходимость создания системы согласованной статистики по установленной мощности и производству электроэнергии.
Учёт существующих и прогнозируемых темпов развития возобновляемой энергетики мира при разработке долгосрочных планов и стратегий развития экономики России представляется совершенно необходимым.
