Альтернативная энергетика в свете проблем индустриально-инновационного развития Республики Казахстан

Связь эффективности использования энергии со степенью развития техники и уровнем жизни в стране

Как известно, степень развития техники и технологии, уровень жизни в любой стране непосред­ственно связаны с количеством потребляемой энергии. Чем больше потребляется энергии на одного жителя, тем выше уровень жизни и шире использование более совершенных технологий в промыш­ленности.

Выявлена и другая дополнительная закономерность. Уровень жизни прямо пропорционален эф­фективности использования энергии. При неэффективном использовании энергии он значительно ниже, так как национальный доход страны уменьшается.

Вопросами эффективного использования энергии при ее производстве, преобразовании, транс­портировке, распределении и потреблении занимается новое направление энергетики — энергосбе­режение. В Законе Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергоэффективно­сти» дается следующее определение: «Энергосбережение — реализация организационных, техниче­ских, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используе­мых энергетических ресурсов» [1; 9].

Энергия является мерой способности объекта совершить работу. Известно много видов энергии, например, тепловая, механическая, электрическая, излучения, химическая, ядерная, массы.

Источники энергии делятся на невозобновляемые (истощаемые) и возобновляемые (неистощае- мые) [2; 7].

Невозобновляемые источники энергии — это природные запасы вещества и материалов, кото­рые могут быть использованы человеком для производства энергии. В первую очередь к ним следует отнести ископаемые топлива и продукты их переработки: каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть, природный и попутный газ. Это также отходы некоторых производств: металлургической промышленности, процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углево­дородного сырья и т. д.

Возобновляемые источники энергии — это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии: Солнца, ветра, тепловой энергии Земли, морей и океанов, рек, биомассы (растений и животных).

Запасы и перспективы использования различных источников энергии определяются энергетиче­скими ресурсами.

Для решения практических вопросов эффективного использования энергии необходимо знание основных терминов и понятий, связанных с производством, преобразованием, транспортировкой и по­треблением энергии. В указанном выше Законе РК даются следующие основные определения [1; 9]:

• энергетические ресурсы — совокупность природных и производственных носителей энергии, запасенная энергия которых используется в настоящее время или может быть использована в перспективе в хозяйственной и иных видах деятельности, а также виды энергии (атомная, электрическая, химическая, электромагнитная, тепловая и другие виды энергии);
• эффективное использование энергетических ресурсов — достижение технически возможного и экономически оправданного уровня использования энергетических ресурсов;
• энергетическая эффективность (энергоэффективность) — характеристики, отражающие отно­шение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетиче­ских ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта.

В настоящее время основными потребляемыми энергетическими ресурсами являются природ­ные топлива и энергия потоков воды, которые представляют собой не что иное, как преобразованную энергию Солнца. Предварительно переработанный, преобразованный энергетический ресурс, непо­средственно используемый на стадии конечного потребления, а также природный энергетический ресурс, потребляемый на этой стадии, называются энергоносителями. Примеры энергоносителя — природный газ, мазут (котельное топливо), горячая вода и пар в системах центрального теплоснабже­ния и т. д.

Энергетические ресурсы подразделяют на первичные и вторичные [2; 8].

Первичный энергоресурс — тот, который не был подвергнут какой-либо переработке.

Вторичный энергоресурс (ВЭР) — энергоресурс, получаемый в виде побочного продукта основ­ного производства или являющийся таким продуктом. Фактически ВЭР являются отходами произ­водства. Применение ВЭР позволяет значительно повысить эффективность использования энергии.

Сущность энергетики и подразделение ее на традиционную и нетрадиционную

Топливно-энергетический комплекс, охватывающий получение, передачу, преобразование и ис­пользование различных видов энергии и энергетических ресурсов, называется энергетикой.

Энергетика делится на традиционную и нетрадиционную [2; 8].

Традиционная энергетика базируется на использовании ископаемого горючего или ядерного то­плива и энергии воды крупных рек (рис. 1).

Традиционная энергетика подразделяется на теплоэнергетику, электроэнергетику, ядерную энергетику и гидроэнергетику.

Нетрадиционная энергетика включает возобновляемые источники энергии и ВЭР: энергию Солнца (тепловая энергия, превращенная тепловая энергия, кинетическая энергия, фотосинтез), теп­ловую энергию Земли, энергию планетарного движения (приливы), ВЭР (тепловые, горючие и пере­падов давления).

Важно учитывать то, что основной ресурс традиционных технологий преобразования первичной энергии — органическое (твердое, жидкое и газообразное) ископаемое топливо — ограниченный (ис­тощаемый) энергоресурс и возможности его использования не бесконечны во времени. В связи с этим более оправданным является разделение первичного энергоресурса на возобновляемый и невозобнов­ляемый.

Оправданность приложения базовых понятий возобновляемого или невозобновляемого энерго­ресурса к различным видам носителей первичной энергии во многом связана и с технологической деятельностью человека. Иллюстрацией этому может, в частности, служить использование в энерге­тических целях древесной биомассы.

Экономический анализ состояния энергетического сектора Казахстана

Весь комплекс первичных энергоресурсов, ограниченных определенной территорией, объединя­ется понятием «местные топливно-энергетические ресурсы».

Безусловно, состав и потенциал местных топливно-энергетических ресурсов различных стран индивидуален и определяется их геологическими и метеорологическими условиями. Соответственно различны схемы и уровень проблем их энергообеспечения.

Вместе с тем существуют общие подходы к реализации концепции энергетической безопасности в странах с высоким и низким уровнем обеспеченности высококалорийными видами ископаемого топлива.

Энергетический сектор Казахстана является одним из наиболее развитых секторов экономики. Республика Казахстан богата запасами ископаемого топлива, которые составляют порядка 28 милли­ардов тонн, или около 4 % от общемировых запасов топлива. Доля угля во внутреннем потреблении энергоресурсов составляет около 67 %, нефти — около 21, газа — около 12 % (рис. 2).

Основной потребитель топлива в Казахстане — предприятия по производству электроэнергии и тепла, годовое потребление топлива которых около 25 миллионов тонн. В структуре топливного ба­ланса электростанций доля угля составляет около 75 %, газа — 23, мазута — 2 %.

Анализ показывает, что основным потребителем ТЭР являются металлургия, горнодобывающая промышленность, транспорт и связь (почти 38 % в общем объеме потребления ТЭР и 48 % в потреб­лении электроэнергии)[3; 24].

Интересно отметить, что Карагандинская область обладает большими запасами шахтного газа метана. И в будущем, при массовом промышленном производстве сжиженного газа, может стать перспективным регионом для внедрения и эксплуатации магистральных автономных локомотивов на этом виде топлива. Сейчас средний объем извлекаемого дегазацией метана в год по 8 шахтам угольного департамента АО «АрселорМиттал Темиртау» составляет 103,2 миллиона кубометров. Это соответствует 74 миллионам килограммов газа.

Объективные тенденции развития энергетики

Содержание и мера проявления объективных тенденций развития энергетики как элемента про­изводительных сил проявляются во многом различно (особенно через процессы управления в их ши­роком смысле) в данных производственных отношениях. Для оценки причинных связей развития энергетики и соответствующих объективных тенденций целесообразно воспользоваться учением ака­демика Г.М.Кржижановского о так называемых энергетических порогах.

Под энергетическими порогами Г.М.Кржижановский понимал такие переломные периоды раз­вития материальной культуры человечества, которые наступают под влиянием качественного скачка в энергетической базе общества, что приводит к многократному повышению его энерго­вооруженности, а следовательно, к значительному росту производительности общественного труда [4; 17-19].

Первым таким порогом в истории энергетики закономерно считают период появления водяного колеса, которое в большой мере заменило непосредственный мускульный труд человека и животных. Второй порог связан с появлением такого универсального двигателя, как паровая машина; она позво­лила многократно повысить мощность источника энергии и располагать его свободно, на достаточно больших расстояниях от ресурсов. Паровая машина качественно изменила организацию промышлен­ности, обеспечив переход от ремесла и мануфактуры к капиталистической фабрике.

Однако на определенном этапе и эта энергетическая техника пришла в противоречие с ростом производительных сил, что дало толчок к появлению особо важного, третьего энергетического поро­га — открытию промышленных возможностей производства в больших масштабах электроэнергии, с передачей ее на дальние расстояния к относительно рассредоточенным потребителям энергии. Об­щеизвестно, что развитие электрификации с первых десятилетий XX в. коренным образом изменило условия роста и организации общественного производства и потребления материальных благ.

Вслед за развитием электрификации вскоре наступил четвертый энергетический порог — нарас­тающее применение двигателя внутреннего сгорания, совершившего подлинную транспортную рево­люцию.

Следующий, пятый энергетический порог характеризуется завершением образования общеэнер­гетической системы как единого целого; оно осуществляется на основе углубленной электрификации и моторизации народного хозяйства при создании многопродуктового энергетического баланса путем массового применения углеводородного топлива. Это, в свою очередь, резко повысило возможности взаимозаменяемости в энергетике видов энергии, источников их получения, используемых энергети­ческих ресурсов, средств их транспортировки и др. и превратило (на основе развития принципов кон­центрации производства и централизации распределения) энергетику в комплекс больших систем.

Есть основания полагать, что мы уже подходим к шестому энергетическому порогу. Его главные черты: а) расширяющийся переход к использованию принципиально нового источника энергии — ядерного горючего; б) сокращение доли дорожающего углеводородного топлива, в первую очередь нефти; в) повышение потребления дешевых твердых топлив, в том числе и для получения искусст­венного жидкого топлива; г) углубление электрификации на основе использования относительно де­шевого ядерного горючего, угля и, частично, возобновляемых источников энергии; д) проведение активной энергосберегающей политики в целях снижения затрат на добычу и транспортировку доро­гих энергоресурсов.

Энергетический потенциал «мягких» альтернативных источников энергии

В последние годы интенсивная добыча нефти, газа, угля в Казахстане, а также само функциони­рование и развитие ТЭК республики оказывают чрезвычайно большое и дестабилизирующее воздей­ствие как на воспроизводство природных ресурсов, так и на окружающую среду. На долю ТЭК при­ходится около половины всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источ­ников, более 15 % сбросов загрязненных сточных вод. Большая часть загрязнения воздуха в крупных городах приходится на транспорт, сжигающий продукты переработки нефти. Разработка открытых, наиболее дешевых месторождений приводит к появлению нарушенных земель на огромных площа­дях. Поэтому с точки зрения природопользования важен поиск альтернативных, природосберегаю­щих вариантов решения энергетических проблем. Большой природоохранный эффект может дать широкое использование «мягких» (альтернативных) источников энергии, являющихся, в отличие от топливно-энергетических, возобновимыми ресурсами и, как правило, не загрязняющих окружаю­щую среду. В настоящее время получили распространение следующие виды такой энергии [5; 126]:

• -    солнечная;
• -    геотермальная;
• -    ветровая;
• -    энергия морских приливов и отливов.

Сейчас солнечная (гелио-) энергетика получила распространение в южных регионах планеты (юж­ные штаты США, Израиль, ряд арабских стран) для получения электричества и тепла в коммунальном хо­зяйстве. Источниками геотермальной энергии является вода высокой температуры, находящаяся на больших глубинах в земной коре, откуда она поднимается по трещинам в коре или извлекается на по­верхность по буровым скважинам. Наиболее эффективно использование этой энергии в районах вулкани­ческой деятельности.

Все большее внимание в мире привлекает ветровая энергия, простая по технологии и сравнительно недорогая. Она широко использовалась в Европе несколько столетий назад. Классический пейзаж с вет­ряными мельницами был характерен для многих стран. Сейчас ветровые энерготехнологии наиболее рас­пространены в Дании, где они позволяют получать уже несколько процентов от общего производства энергии в стране.

К «мягким» источникам энергии относится и энергия морских приливов и отливов. Здесь пионером является Франция, где на берегу Ла-Манша построена довольно мощная приливная электростанция. В России в 1968 г. была введена в строй небольшая приливная электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислой.

Энергетический потенциал «мягких» альтернативных источников энергии огромен, однако сейчас их широкое использование связано со значительными техническими трудностями и экономическими ограничениями. И хотя имеется много примеров удачного и относительно дешевого применения техно­логий для нетрадиционных энергоисточников, массовое их распространение возможно лишь по мере удешевления научно-технических решений в данных областях (табл.).

Как видно из таблицы, наиболее дешевыми способами получения электроэнергии являются энергосбережение и угольные ТЭС. Однако последние значительно загрязняют окружающую среду. Ущерб от загрязнения при сжигании угля оценивается в 1,5 цента на 1 кВт.ч, что существенно удо­рожает «угольную» энергию. Сейчас наиболее дорогой является солнечная энергия. Уже достаточно конкурентоспособны ветровая и геотермальная энергия, но их применение ограничено необходимы­ми природными условиями — наличие в районе сильных ветров, близость к поверхности геотермаль­ных вод и т. д.

Место инноваций в дальнейшем развитии альтернативной энергетики

Обобщая сказанное выше, необходимо на сегодняшний день уточнить два ключевых понятия:

1)   что мы понимаем все-таки под термином «альтернативная энергетика»;

2) что такое «инновации» применительно к энергетике в свете реализации Госпрограммы форсированного индустриально­инновационного развития РК.

Термин «альтернативная энергетика» означает энергетику, отличную от традиционной углево­дородной, которая базируется преимущественно на использовании минеральных ископаемых — неф­ти, газа, угля и других для получения электрической и тепловой энергии. Когда говорят об альтерна­тивной энергетике, то часто используют и такой обобщающий термин, как «нетрадиционные источ­ники энергии». Отметим, что в известной степени атомная энергетика, появившаяся в середине XX в., была альтернативой углеводородной энергетике, но поскольку она использует уран как иско­паемое и, в конечном итоге, исчерпаемое минеральное сырье, то может быть отнесена к альтернатив­ной энергетике весьма условно.

Говоря об энергетической альтернативе, следует иметь в виду, что речь идет не столько о поиске новых видов энергии, сколько о спиралевидном возвращении, основанном на новых научно­технических достижениях и знаниях, к использованию природной энергии, которая была известна и частично использовалась с момента зарождения человеческой цивилизации. Это солнце, ветер, вода, тепло Земли, отход жизнедеятельности человека и т.д. Эту природную энергию объединяет один важный признак — возобновляемость и, как следствие, неисчерпаемость. Поэтому, на наш взгляд, альтернативной является энергия, получаемая преимущественно из возобновляемых природных ре­сурсов за счет использования современных научных технологий — нанотехнологий, биоинженерии и т. д.

Второе понятие — это «инновации». В работе [7; 5] рекомендуется под инновацией (нововведе­нием) понимать использование результатов научных исследований и разработок, направленных на совершенствование процесса деятельности производства, экономических, правовых и социальных отношений в области науки, культуры, образования и других сферах деятельности общества. Под инновацией понимается объект, не просто внедренный в производство, а внедренный успешно и при­носящий прибыль.

Важно отличать инновацию от новшества (изобретения) и не смешивать эти два понятия, по­скольку новшество — это только идея или прототип нового продукта или нового технологического процесса, и оно не превращается в инновацию до тех пор, пока не достигнет рынка. Большинство изобретений никогда не становятся инновациями. Новшество можно рассматривать как предмет ин­новации.

По нашему мнению, применительно к альтернативной энергетике под инновациями следует по­нимать использование результатов современных научно-технических достижений, которые позволя­ют создать новый или усовершенствованный рыночный продукт (например, экологически чистые и бесшумные энергоустановки на основе топливных элементов разной мощности и предназначения) для повышения конкурентоспособности отечественной экономики в условиях глобализации. С из­вестной долей условности можно сказать, что наука — это превращение денег в знания, а инновации —     это трансформация знаний в деньги. Поясним эту формулу. Первая часть связана с государствен­ными и частными инвестициями в образование, поисковые и научно-исследовательские разработки. В результате мы получаем научные кадры, разрабатывающие технологические ноу-хау в энергетике, закрепляемые в патентной базе, технических регламентах и т.д. Вторая часть — это «материализация знаний», или их техническая реализуемость. Речь идет об использовании материалов и современного оборудования для производства высокотехнологичной продукции, а в условиях рыночной экономики это еще и коммерциализация инноваций (вывод продукции на внутренний и внешний рынки, ее реа­лизация и получение прибыли).

Список литературы

1      Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» // Казахстанская правда.—  2012. — 26 янв. — С. 9.

2      Андрижиевский А.А., Володин В.И. Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учеб. пособие. — Минск: Вышэйш. шк., 2005. — 294 с.

3      Данияров Н., Малыбаев С., Келисбеков А. Использование топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте // Промышленность Казахстана. — 2012. — № 2 (71). — С. 24 — 26.

4       Энергетический комплекс СССР / Под ред. Л.А.Мелентьева, А.А.Макарова. — М.: Экономика, 1983. — 264 с.

5       Каренов Р.С. Формирование рынка минерально-сырьевых ресурсов Казахстана. — Караганда: ИПЦ «Профобразова­ние», 2008. — 276 с.

6      Бобылев С.Н., Ходжаев А.Ш. Экономика природопользования: Учеб. пособие. — М.: ТЕИС, 1997. — 272 с.

7      Коноплев С.П. Инновационный менеджмент: Учеб. пособие. — М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2008. — 128 с.