Энергетика

Рост энергопотребления, усиление зависимости от импорта энергоре­сурсов, загрязнение окружающей среды и его все более явные не­гативные климатические последствия вынудили многие ведущие страны вернуться к проблемам повышения эффективности использо­вания традиционных энергоносителей, энергосбережения и освоения более дешевых и доступных альтернативных источников энергии. В докладе Международного энергетического агентства (IEА), посвященном прогнозу энергетической ситуации в мире до 2030 г. (представлен 7 ноября 2006 г.), отмечается, что, исходя из наблю­даемых тенденций и их экстраполяции, глобальный первичный спрос на энергоресурсы будет расти вплоть до 2030 г. в среднем на 1,6% в год. Свыше 70% прироста этого спроса обеспечат развивающиеся страны, прежде всего Китай и Индия. Спрос на нефть увеличится к 2030 г. до 116 Мб в день по сравнению с 84 Мб в день в 2005 г. Импорт нефти и газа в странах ОЭСР и развивающихся восточных странах будет расти быстрее, чем спрос, что повышает уязвимость их экономики по отношению к скачкам цен и нестабильности по­ставок. Серьезную тревогу у специалистов вызывает и то обстоятель­ство, что рост потребления традиционных энергоресурсов приведет к увеличению глобальной эмиссии двуокиси углерода на 55% — до уровня 40 Гт в 2030 г., что на 14 Гт больше, чем в 2004 г. По мнению экспертов Международного энергетического агент­ства, альтернативой является переход к новой государственной политике в области энергетики. Сценарий, который может обеспе­чить более устойчивое развитие, предполагает реализацию рас­сматриваемых сегодня в разных странах мер по повышению эффек­тивности использования энергоресурсов и переходу к различным возобновляемым источникам энергии. Согласно такому сцена­рию глобальный спрос на энергоресурсы к 2030 г. уменьшится на 10%, что соответствует объему потребления энергии в Китае в на­стоящее время. При этом эмиссия СО2 сократится на 16% (в том числе за счет более эффективного использования топлива на транспорте — на 36%, использования электроэнергии — на 30%, производства энергии — на 13%, применения возобновляемых ис­точников энергии и биотоплива — на 12% и расширения исполь­зования атомной энергии — на 10%). Реализация альтернативного сценария потребует от заинтересованных стран заметного увели­чения объемов научных исследований и технологических разрабо­ток в области энергетики. В ежегодном обращении к конгрессу "О положении в стране", с которым президент США Дж. Буш выступил в конце января 2007 г., поставлена политическая задача сократить в ближайшие Шлет потребление бензина в стране на 20% [32]. Три четверти этого со­кращения предполагается обеспечить за счет увеличения исполь­зования местных альтернативных и возобновляемых источников энергии, в том числе: этилового спирта, производимого из кукурузы и целлюлозы, метанола, бутанола, биодизельного топлива, водород­ного топлива и некоторых других энергоносителей. Следует отметить, что в США с 2005 г. действует специальный закон (Energy Policy Act), призванный ускорить разработку необхо­димых для этого технологий. Согласно данному закону в 2012 г. из возобновляемых источников должно быть произведено 7,5 млрд галлонов топлива. Теперь президент Буш ставит задачу обеспечить к 2017 г. производство из доступных в США возобновляемых и альтернативных источников 35 млрд галлонов топлива. Это позво­лит сократить потребление нефти на 10%, что приведет к эконо­мии 2 млн баррелей нефти в день. Запрашиваемый на 2008 финансовый год государственный бюд­жет предусматривает значительные ресурсы на развитие новых энергетических технологий. В частности, по программе "Advanced Energy Initiative" планируется израсходовать 2,7 млрд долл., что на 26% превышает уровень финансирования программы в запросе на 2007 финансовый год и на 53% — уровень финансирования 2006 г. На реализацию президентской программы в области био­топлива (Biofuels Initiative) будет выделено 179 млн долл. (больше на 19% по сравнению с 2007 г.). Всего с 2001 по 2008 финансовый год (включительно) феде­ральное правительство США израсходует на освоение более чис­тых, дешевых, эффективных и надежных энергетических ресурсов более 15 млрд долл. Эти средства направляются на исследования и разработки по созданию более совершенных гибридных автомо­билей, расширение использования высокоэффективных и чистых дизельных двигателей, а также освоение биодизельного топлива. Одновременно будут продолжены инвестиции в разработку новых методов получения этанола и других видов биотоплива, в расшире­ние использования технологии "чистого угля", солнечной энергии и энергии ветра, а также чистой и безопасной ядерной энергии. Большинство рассматриваемых сегодня сценариев развития ми­ровой энергетики опирается на гипотезу об эволюционном харак­тере происходящих технологических изменений, которая предпо­лагает постепенное замещение традиционных энергоресурсов по мере их истощения или удорожания. Однако плавный ход разви­тия событий может быть нарушен в результате появления прин­ципиально новых и оправданных с экономической точки зрения источников энергии. Последние годы одним из наиболее вероят­ных направлений, способных качественно изменить ситуацию, сложившуюся на рынке энергоносителей, во многих странах рас­сматривают переход к водородному топливу. Интерес к использованию водорода в качестве альтернативного вида топлива проявляется за рубежом уже не одно десятилетие. Однако только в последние годы этот интерес нашел воплощение в долгосрочных стратегиях развития и специально создающихся для их реализации крупных национальных и транснациональных программах, а также государственно-частных партнерствах, наце­ленных на достижение инновационного прорыва в области энер­гетики. Это обусловлено как достигнутым технологическим про­грессом в рассматриваемой области, так и новыми условиями, возникшими в связи с повышением цен на ископаемые энергети­ческие ресурсы, политическими аспектами формирования рынка энергоносителей и другими, уже отмечавшимися выше глобаль­ными проблемами. Работы по развитию водородной энергетики осуществляют в настоящее время многие ведущие индустриальные страны мира, включая США, страны ЕС, Японию, Китай, Индию, Канаду, и но­вые индустриальные страны. Накопленный в этой области опыт представляет несомненный интерес для России как с точки зрения возможных изменений на мировом рынке традиционных энерго­носителей, так и в контексте разработки собственной программы развития водородной энергетики. В США активные и целенаправленные усилия по изучению но­вых возможностей начались в 2003 г., когда президент Дж. Буш провозгласил "Инициативу в области водородного топлива". Про­грамма предусматривает выделение в течение пяти лет (2004— 2008 финансовые годы) на работы в области водородной энергетики в общей сложности 1,2 млрд долл., из которых 720 млн предназна­чены на проведение научных исследований и разработок. Еще на предварительной стадии подготовки президентской инициативы министерство энергетики совместно с другими орга­низациями разработало и представило 12 ноября 2002 г. долго­срочное национальное видение перехода к водородной энергетике, получившее название "National Hydrogen Energy Technology Road-map ", где были установлены необходимые цели научных исследо­ваний, разработок и демонстраций, задачи по обеспечению парал­лельного развития норм, правил и стандартов, позволяющих ин­тегрировать новые технологии в коммерческие энергетические системы, и задачи по осуществлению программ обучения руково­дителей местных органов власти, от которых зависит в конечном счете судьба новых технологий. В феврале 2004 г. был опубликован первый интегрированный план проведения НИОКР и демонстраций в области водородной энергетики (Hydrogen Posture Plan), который охватывал проблемы производства водорода, формирования необходимой инфраструктуры (включая доставку и хранение водорода) и производства топлив­ных элементов для стационарных и транспортных приложений. В декабре 2006 г. появилась новая версия этого плана, которая учитывает полученные за прошедшее время результаты, увязана с Законом об энергетической политике 2005 г. и содержит даль­нейшую скоординированную программу НИОКР и демонстраций по получению водорода из различных источников (ископаемого топлива, возобновляемых ресурсов, с применением ядерных уста­новок), формированию необходимой инфраструктуры (включая доставку и хранение) и созданию топливных элементов для транс­порта и стационарных приложений. Задача новой водородной программы — повысить эффектив­ность и результативность усилий правительства в этой области. Цель программы — разработка методов производства, доставки и хранения водорода и технологий водородных топливных элемен­тов, которые дадут автомобильным и энергетическим компаниям возможность принять решение о коммерческой целесообразности развития транспорта на основе водородных топливных элементов и формирования соответствующей инфраструктуры к 2020 г. Разработанный план предполагает полный переход к водород­ной энергетике к 2030—2040 гг. в четыре этапа. Первый этап (Technology Development) предусматривает проведение исследова­ний и отработку технологий с учетом требований потребителей, целей по себестоимости и критериев, достижение которых способ­ствует принятию решений о возможности коммерциализации. Второй этап (Initial Market Penetration) связан с подтверждением работоспособности переносных и стационарных или транспортных энергетических систем и началом инвестирования в формирование инфраструктуры в рамках проводимой правительством политики. На третьем этапе (Expansion of Markets and Infrastructures) реали­зуются инфраструктурные бизнес-кейсы для отдельных водород­ных энергетических и транспортных систем. В ходе четвертого этапа (Fully Developed Market and Infrastructure) водородные энер­гетические и транспортные системы станут коммерчески доступ­ными во всех регионах страны, будет сформирована национальная инфраструктура водородной энергетики. В соответствии с планом министерства энергетики федеральное правительство будет играть ключевую роль в освоении новых тех­нологий в краткосрочной перспективе, поддерживая НИОКР, необ­ходимые для преодоления критических технологических барьеров. В среднесрочной перспективе федеральное правительство возьмет на себя функции по ранней адаптации новых технологий и выра­ботке политики, которая будет способствовать развитию возмож­ностей промышленности по обеспечению поставок на рынок зна­чительных объемов водородного топлива. Роль промышленности в освоении новых водородных технологий на более поздних этапах постепенно станет доминирующей. Деятельность министерства энергетики осуществляется в тесной кооперации с автомобильной промышленностью, производителями энергомашиностроительного оборудования, энергетическими, хи­мическими и строительными компаниями, другими федеральными министерствами и ведомствами, местными органами власти, уни­верситетами, национальными научными лабораториями и другими заинтересованными организациями. Для скорейшего получения необходимых результатов в США ведется работа по формированию двух партнерств министерства энергетики с промышленностью: "Freedom CAR " по созданию авто­мобилей на водородном топливе и SECA (Solid State Energy Con­version Alliance) по созданию твердоокисных (solid oxide) топлив­ных элементов. В первое партнерство входят министерство энергетики, члены Национального совета по автомобильным исследованиям (Ford Motor Company, General Motors, Daimler Chrysler) и пять крупней­ших энергетических компаний (ВР America, Chevron, Conoco Philips, Exxon Mobil и Shell). Партнерство было создано для проведения на доконкурентной стадии высокорискованных исследований, свя­занных с изучением возможностей перехода на более экологиче­ски чистые и экономичные виды топлива. Штат Калифорния стал инициатором регионального партнерства в области топливных элементов (California Fuel Cell Partnership), в которое наряду с правительственными организациями вошли автомобильные и энергетические компании, а также ведущие раз­работчики новых технологий. По прогнозам американских специалистов, в случае успешных результатов запланированных исследований и выведения на рынок новых технологий в 2020 г. автомобили на топливных элементах дадут возможность сократить к 2040 г. спрос на нефть на внутрен­нем рынке США более чем на 11 млн баррелей в день. Значительный интерес к альтернативным и возобновляемым источникам энергии проявляется в странах ЕС, что связано с отсутствием у них значительных собственных запасов энерго­ресурсов, необходимых для обеспечения экономического роста. Согласно приводившимся оценкам зависимость страк региона от импорта нефти составляла в 2004 г. около 50%, а к 2025 г. увели­чится до 70%, что создает определенные препятствия для устойчи­вого развития. В этой связи страны ЕС поставили задачу построить в долгосрочной перспективе полностью интегрированную водо­родную экономику, основанную на использовании возобновляе­мых источников энергии. Перспективы водородной энергетики привлекли внимание ЕС еще в 1988 г. Однако до начала 2004 г. в Европе отсутствовал ско­ординированный подход в данной области, и усилия разных стран перекрывались, что вело к неэффективному использованию огра­ниченных общественных и частных ресурсов. Между тем успешно решить поставленную задачу, по мнению европейских политиков, можно только путем объединения государ­ственных и частных ресурсов стран региона и достижения четкой координации их использования. Для этого необходимо европейское партнерство по строительству водородной энергетики. В январе 2004 г. в Брюсселе состоялось первое заседание уча­стников новой программы, которая получила название "Европей­ская технологическая платформа в области водородной энергетики и топливных элементов" (European hydrogen and fuel cell technology platform — HFP). Основная цель этой программы — разработать стратегию перехода ЕС от использования ископаемых топливных ресурсов к водородной экономике, которая позволит обеспечить Европе энергетическую безопасность, качество воздушной среды и необходимые меры защиты на случай прогнозируемых климатиче­ских изменений. Более конкретная цель связана с превращением ЕС в ведущего игрока на мировом рынке водородных технологий. Программа HFP была инициирована под влиянием выводов и рекомендаций специального Доклада "Водородная энергетика и топливные элементы: видение нашего будущего", который был подготовлен и представлен 16 июня 2003 г. международной анали­тической Группой высокого уровня (High Level Group), созданной по поручению Европейской комиссии в октябре 2002 г. В число задач HFP входит организация социально-экономиче­ских и технологических исследований по водородной энергетике в Европе, стимулирование государственных и частных инвестиций на проведение НИОКР, изучение рыночного потенциала водородной энергетики, выявление и содействие формированию энергети­ческой инфраструктуры и услуг, укрепление будущей кооперации как в Европе, так и в глобальных масштабах. HFP строится на основе продолжающихся и новых националь­ных и международных проектов в области водородной энергетики, научных и предпринимательских кластеров и сетей и объединяет ряд специальных рабочих органов и инициативных групп, которые по мере необходимости дополняются новыми государственно-част­ными партнерствами и другими инициативами. Общее видение про­граммы и возможности по использованию полученных результатов обеспечиваются благодаря регулярным встречам участников. Суммарный объем государственного финансирования работ в области водородной энергетики в странах ЕС оценивается сегодня на уровне 320—350 млн евро в год. Значительная часть исследо­ваний и разработок в этой области поддерживается через Рамоч­ные программы ЕС. Начиная с 80-х гг. на эти цели было израсхо­довано около 500 млн евро, в том числе в ходе реализации шестой рамочной программы (2002—2006 гг.) — 300 млн евро. В ходе подготовки седьмой рамочной программы ЕС в августе 2006 г. европейские промышленные круги выступили с инициати­вой реализации в рамках "Европейской технологической платформы в области водородной энергетики и топливных элементов" новой Совместной технологической инициативы (Joint Technology Initia­tive — JTI). Ее цель — создание на европейском уровне нового меха­низма государственно-частного партнерства в области водородной энергетики и топливных элементов, нацеленного на коммерциали­зацию новых технологий в 2010—2020 гг. Предполагается, что новая инициатива будет первоначально действовать в течение 7 лет, начиная с 1 января 2007 г., с возможностью последующей пролон­гации в зависимости от достигнутых результатов. В начале 2006 г. с участием более 100 заинтересованных орга­низаций был разработан Стратегический план исследований (Stra­tegic Research Agenda) и Стратегия развертывания новых техноло­гий (Deployment Strategy) на 2007—2015 гг. Ожидается, что общие расходы государственного и частного секторов стран ЕС по реали­зации намеченной стратегии в области водородной энергетики со­ставят в 2007—2015 гг. более 6,7 млрд евро. Помимо интеграции усилий в рамках ЕС страны континента осуществляют ряд программ в области водородной энергетики и топливных элементов на национальном и региональном уровнях. В частности, министерство транспорта Германии объявило в 2006 г. о намерении инвестировать в течение 10 ближайших лет 500 млн евро в разработку транспортных средств на водородном топливе. Правительство поддерживает партнерство по развитию новых технологий (Clean Energy Partnership), в которое входят четыре крупнейших автопроизводителя (Daimler Chrysler, BMW, FordnGM-Opel). Норвегия планирует построить в 2009 г. "водородную дорогу" протяженностью 580 км между городами Осло и Ставангер. Реали­зацией этого проекта занимается государственно-частное партнер­ство HyNor. Ожидается, что к 2012 г. инфраструктура этой дороги войдет в сеть водородных заправочных станций на юго-западе Скан­динавии, в создании которой примут участие Швеция и Дания. В Исландии действует совместное предприятие по содействию использованию водорода в качестве транспортного топлива с уча­стием правительства и академических институтов (51%), компаний Shell Hydrogen (16%), Daimler Chrysler (16%) и Norsk Hydro (16%). В Канаде правительство поддерживает национальные компании и университеты, ведущие исследования в области водородной энер­гетики и топливных элементов с 1978 г. За прошедшее время на эти цели было выделено свыше 200 млн долл. В 2003 г. было при­нято решение выделять ежегодно в течение пяти следующих лет 70 млн долл. Деятельность государственных ведомств в рассматри­ваемой области координируется с частным бизнесом и университе­тами через национальный Комитет водородной энергетики и топлив­ных элементов (Hydrogen and Fuel Cell Committee), в который входят представители всех федеральных ведомств. Кроме того, осуществ­ляется ряд региональных программ с участием заинтересованных промышленных компаний, в том числе американских. Япония поддерживает работы в области водородной энергети­ки с начала 1980-х гг. В 1993 г. она провозгласила свою крупную национальную программу в области водородной энергетики (World Energy Network — WE-NET), которая осуществлялась вплоть до 2002 финансового года. В рамках этой программы был выполнен ряд краткосрочных и долгосрочных проектов в области отработки тех­нологии производства, хранения, транспортировки и использования водорода, а также разработаны три типа заправочных станций. В 2002 г. началось осуществление проекта по демонстрации и испытанию транспортных средств и стационарных приложений на основе топливных элементов (Japan Hydrogen and Fuel Cell Demonstration Project). Для этого был построен специальный парк с демонстрационным залом, гаражом и заправочной станцией. В 2003 г. в Токио и Иокогаме открылось пять заправочных станций, использующих различные способы получения водорода. В 2004 г. открыты еще три станции. Среди участников проекта — крупнейшие японские и иностран­ные автомобильные производители Toyota, Honda, Nissan, General Motors и Daimler Chrysler. В 2003 г. к проекту присоединились Mit­subishi Motor и Suzuki. По прогнозам, к 2010 г. на дорогах страны появится около 50 000 автомобилей на топливных элементах, к 2020 г. их количество достигнет 5 млн. Для обслуживания этих автомоби­лей будет открыто 4000 водородных заправочных станций. В Китае в 2006 г. был создан первый легковой автомобиль на водородных топливных элементах на основе разработок J&K Tech