Биоэнергетическое развитие в России: оценка вклада биотоплива в условиях декарбонизации экономики

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

Факультет мировой экономики и мировой политики

Биоэнергетическое развитие в России: оценка вклада биотоплива в условиях декарбонизации экономики магистерская диссертация

Либ Валерия Артуровна

Москва 2020



Оглавление

Аббревиатуры и сокращения

Введение

1. Роль биотоплива в развитии мировой и российской экономики после 1990 года

2. Долгосрочные перспективы развития сектора биоэнергетики в контексте декарбонизации мировой экономики

2.1 Прогнозы низкоуглеродного развития в энергетике крупнейших стран до 2050 года

2.2 Вклад биоэнергетики в декарбонизацию мировой экономики

2.3 Перспективные технологии и рынки в секторе биоэнергетики

3. Потенциал развития биоэнергетики в России до 2050 года для выполнения целей Парижского климатического соглашения

3.1 Сценарии развития биотопливной индустрии в условиях декарбонизации экономики России

3.2 Оценка вклада биотоплива в сокращение эмиссии углерода

3.3 Анализ сопутствующих социально-экономических и экологических эффектов от перехода на биотопливо в России

Заключение

Список литературы

Приложение



Аббревиатуры и сокращения

ВВП - валовый внутренний продукт

ВИЭ - Возобновляемые источники энергии

ГВт - гигаватт

Гт - гигатонн

Гт СО2 - гигатонн СО2

ЗИЗЛХ - землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство

Мб/д - млн. баррелей в день

МДж/$ - уровень энергоемкости первичной энергии

Млн. т н.э - миллионов тонн нефтяного эквивалента

МЭА - Международное энергетическое агентство

ОХС (BAU) - обычный ход событий (business-as-usual)

ПГ - парниковые газы

ТВтч - тераватт в час

тыс. т н.э. (ktoe) - тысяч тонн нефтяного эквивалента

ТЭБ - топливно-энергетический баланс

УХУ (CCS) - улавливание и хранение диоксида углерода

ЭДж - эксаджоуль



Введение

Актуальность исследования связана с повышенным интересом альтернативного производства и потребления энергии, основанной на переработке биомассы. Активное развитие биоэнергетики связано с устойчивым ростом цен на ископаемые энергоресурсы, стремлением стран обеспечить энергетическую безопасность, независимость от импорта энергоресурсов и стремлением сократить эмиссию парниковых газов, что особенно актуально в рамках Парижского соглашения. Биотопливо является одним из основных альтернативных источников энергии в мире, получаемых из биомассы, которая включает почти все органические вещества.

Цель исследования - оценить вклад биотоплива в сокращение эмиссии углерода в России.

Объект исследования - зарубежный и российский биоэнергетический сектор (включая рынки и технологии), производство энергии из биотоплива различных видов. Предмет - вклад биотоплива в сокращение эмиссии углерода.

Гипотеза исследования - переход на биотопливо в России будет способствовать сокращению эмиссии углерода, переходу на новый тип экономики - биоэкономики.

Методология исследования осуществляется посредством построения линейной модели приростов производства биотоплива и потребления первичной энергии, модели парной регрессии.

Работа основана на трудах российских и зарубежных ученых, аналитических обзорах мировой энергетики (International Energy Agency, World Energy Outlook и др.), докладах (Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и др.), прогнозах крупнейших частных компаний (BP, HSBC, Shell и др.), открытых официальных информационных источников сети Интернет, аналитичсеких и статистических материалах Росстата, Евростата, Международного энергетического агентства и др.

В первой главе оценена роль биотоплива в развитии мировой и российской экономики после 1990 года. Рассмотрены основные тенденции трансформации мирового энергетического баланса в области биоэнергетики. Выявлены основные направления развития технологий и рынков биотоплива в мире, исследована динамика развития биоэнергетики в России.

Во второй главе проанализированы долгосрочные перспективы развития сектора биоэнергетики в контексте декарбонизации мировой экономики. Проанализированы прогнозы низкоуглеродного развития в энергетике крупнейших стран до 2050 года, исследован вклад биоэнергетики в декарбонизацию мировой экономики, оценены перспективные технологии и рынки в секторе биоэнергетики.

В третьей главе проанализирован потенциал развития биоэнергетики в России до 2050 года для выполнения целей Парижского климатического соглашения. Выявлены сценарии развития биотопливной индустрии в условиях декарбонизации экономики России, оценен вклад биотоплива в сокращение эмиссии углерода, проведен анализ сопутствующих социально-экономических и экологических эффектов от перехода на биотопливо в России.



1. Роль биотоплива в развитии мировой и российской экономики после 1990 года

Биоэнергетика и основные тенденции трансформации мирового энергетического баланса

В 20 веке мировое потребление первичных ресурсов энергии поступательно возрастало вследствие экономического роста, увеличения численности населения, совершенствования технологий добычи и использования энергоресурсов и других факторов. Мировое потребление энергии за прошлое столетие увеличилось примерно в 14 раз, достигнув к 2017 году 13,5 млрд тонн условного топлива (т.у.т).

Мировые объемы потребления энергии возросли с 1950 по 2018 в 5 раз (с 29972,72 ТВтч до 157063,77 ТВтч), причем изменились не только объемы, но и структура энергетики. В 1965 впервые зарегистрированы данные по АЭС, в 1978 по ветровой энергии, в 1983 по солнечной энергии и на сегодняшний день каждый энергии занимает устойчивую позицию в энергобалансе. Традиционное биотопливо практически неизменно потребляется в одинаковых объемах за указанный период времени, что нельзя сказать про объемы потребления нефти, природного газа и угля. В совокупности, нефть, природный газ и уголь составляют примерно 85% мировых объемов потребления энергии (причем с 2000 по 2018 года это процентное соотношение сохраняется почти неизменно). Несмотря на стремительное развитии ВИЭ за последние 20 лет преимущество в выработке электроэнергии остается на стороне ископаемых топлив (Рисунок. 1).



Рисунок. 1. Динамика потребления первичной энергии в мире.

Источник: База данных Out World in Data

Рисунок. 2. Структура конечного потребления энергии в мире, 1990-2017 гг.

Источник: по данным МЭА.

После нефтяного кризиса 1970-х годов наступил поворотный момент для мировой энергетики. Возникновение картеля стран-экспортеров нефти ОПЕК привело к созданию условий для международной координации поставок нефти на рынок и регулирования цен на энергоносители. В 1990-е годы в глобальном топливно-энергетическом балансе доля нефти стабилизировалась, однако в 2000-х опять возросла в виду быстрого экономического роста Китая и Индии, ростом спроса на нефтепродукты в США. Однако, многие передовые страны начали задумываться об альтернативных источниках энергии, чтобы снизить зависимость от экспорта энергоресурсов.

Начиная с 1990-х годов, в мировой экономике и энергетике наблюдаются процессы глобальной трансформации вследствие развития энергосберегающих технологий, возрастающих требований в экологичности, энергоэффективности, снижения воздействия на климатическую систему. Пришло осознание необходимости рационального потребления энергии, рынки, потребители, инвесторы стали все более жестко учитывать показатели эффективности и экологичности. Следствием таких решений стала трансформация отраслевых структур, снижение энергоемкости единицы ВВП. Страны стали дифференцироваться по моделям экономического развития, зависимости между ВВП и энергопотреблением.

Несмотря на то, что большинство развитых стран повышало эффективность использования энергии, энергонасыщенность экономики и коммунально-бытовой сферы росла с большим темпом, чем показатели энергосбережения. Объем удельного энергопотребления на душу населения также возрастал.

В связи с трансформацией структуры экономики и ТЭБ, спрос на углеводороды заметно снизился. Как следствие, снизилось производство ископаемого топлива и развитие энергодобывающих отраслей на фоне мирового экономического роста.

США, Япония, Германия и другие развитые страны разработали долгосрочные планы развития экономики, основываясь на энергоэффективном потреблении. Такого рода трансформация требовала принятия системных экономических решений: перестройки отраслевой структуры экономики, переноса части энергоемких производств заграницу, разработки и использования новых энергосберегающих технологий.

Несмотря на то, что в развитых странах с ростом ВВП увеличивалось энергопотребление, в развивающихся странах (в том числе стран, экспортирующих энергию, с низким технологическим уровнем развития экономики, ориентированную на добывающий сектор) энергопотребление росло существенно выше, чем ВВП. В развивающихся странах экономических рост подвержен внешнему воздействию состояния мировых рынков. В результате роста цен на факторы производства при одновременном ухудшении качества сырьевой базы и энергоемкости продукции (в странах-импортерах), возрастала энергоемкость ВВП.

Доля ВИЭ в структуре мирового ТЭБ. Однако, производство биотоплива остается на последних позициях, в сравнении с производством нефти и тд. На 2017 год производство биотоплива составляет 9% от мирового производства энергии, в то время как производство природного газа - 22%, угля, торфа и горючего сланца - 27%, сырой нефти - 32%.

Несмотря на это, прослеживается тенденция глобального обесценения углеводородных активов. Инвесторы стараются не только не вкладываться в углеводородный сектор, но постепенно выводят приобретенные активы.

Становится все более распространенным ведение «зеленого» или экологически чистого бизнеса. Это подразумевает минимизацию нанесения вреда экологии, вызванной деятельностью компании. Пронизывается экологическими нормами не только операционная деятельность, но и корпоративная культура компании (используется вторичное использование отходов, минимизация использования пластика и тд). В 2018 году крупные компании, такие как Microsoft, Google, Samsung и другие, заявили о полном переходе на ВИЭ.



Рис. 3. Мировое производство энергии по категориям 1990-2017 г.г.(ktoe)

Источник: по данным МЭА.

На предпочтениях инвесторов сказывается мировая декарбонизация экономики и переход на низкоуглеродную модель развития. Поскольку инвестиции носят долгосрочный характер, то крупные компании уже сейчас инвестируют в ВИЭ, так как будущее за ними. Либо, видя риски, корректируют стратегию, предпочитая компании, проекты или энергетические сектора, которые оставляют минимальный углеродный след.

Компании, которые связывают свою деятельность с ископаемым топливом, теряют свои позиции. Например, угольная промышленность США в период 2010-2015 гг утратила 76% рыночной стоимости. Компания Peabody Energy, которая занимается добычей угля, за этот же период упала в цене в 5 раз. ГАРИПОВА В.В., МУРТАЗИНА Г.Ф. К вопросу о необходимости расчета "зеленого" ВВП и переходу к модели "зеленого" экономического роста // Проблемы современной экономики 2019 № 1(69) 186-188

К 2035 году, по прогнозам Международного энергетического агентства (МЭА), инвестиции в компании, которые занимаются добычей и переработкой ископаемого топлива, упадут в цене на 300 млрд долларов , вследствие принятия мер по сокращению выбросов парниковых газов с целью сохранения роста средней температуры в пределах 2 °C. World energy outlook 2019 (URL: http://www.iea.org/weo/)

Отрасль биоэнергетики представляет совокупность элементов: производителей и переработчиков биомассы, логистические компании и склады, производителей и дистрибьюторов конечных продуктов и услуг, производителей приборов и оборудования для конверсии биомассы, систем хранения и доставки энергии. Биоэнергетическая отрасль, обеспеченная поддержкой государства и научно-технической составляющей, значительно продвинулась в привнесении новых технологий на биоэнергетический рынок. Стратегическая программа исследований по биоэнергетике (Редакция 4, переработанная и дополненная) Технологическая платформа «Биоэнергетика» Москва 2017, стр 12-13

Формирование биоэнергетических рынков в каждой стране происходит по-разному, в зависимости от экономического развития, научно-технического уровня, доступности биомассы, государственной энергетической политики и др.

Биоэнергетическая сырьевая база состоит из: органических отходов сельского и лесного хозяйства, муниципальных и бытовых отходов, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, различных растений и сельхозкультур, в том числе специально выращенных для энергетической переработки, а также водоросли и микроорганизмы. Биомасса является универсальным материалом из всех ВИЭ из-за разнообразия, способов переработки и применения. С давних времен древесина является самым примитивным, но широко распространенным видом топлива. На сегодняшний день дрова и древесные отходы, с/х отходы, отходы животного происхождения активно применяются в качестве топлива в развивающихся странах, в сельских регионах без центрального отопления, в некоторых промышленных и с/х производствах. Практика прямого сжигания биомассы для отопления домов, приготовления пищи в печах и т.д. считается «традиционной биомассой» и наносит огромный экологический вред посредством вырубки лесов и их деградации.

«Современная биомасса» предполагает использование современных технологий. Такими являются высокоэффективные конверсионные системы разной производительности - малогабаритные приборы использующиеся в быту/ конверсионные установки индустриальных масштабов. Такие приборы производят топливо нового образца - биотопливо, которое подразделяется на три вида: твердое, жидкое и газообразное.

Конверсия биомассы, с использованием технологий биоэнергетики, реализуется следующими способами:

- получение тепла и электричества посредством сжигания биомассы;

- получение тепла и электричества с помощью анаэробного сбраживания (с попутным производством метана);

- получение жидкого транспортного топлива с помощью биологической конверсии (биоэтанол из крахмало- и сахаросодержащего сырья, биоэтанол из жиро- и маслосодержащего сырья).

Ведущие страны мира, которые осуществляют политику увеличения доли ВИЭ в энергетическом балансе страны, тенденцию сохранения окружающей среды и т.д. являются двигателями тренда, который будет способствовать увеличению спроса на ВИЭ, включая биоэнергетику. Возросшая мировая экологическая ответственность является стимулом для развития рынков и отраслей, занимающихся производством «зеленой» энергии. Немаловажной составляющей для развития новых технологий и рынков энергетических продуктов на основе ВИЭ (в том числе биомассы) является концепция энергетической безопасности. На сегодняшний день 174 страны придерживаются данной законодательной политики. По оценкам IRENA, ожидается увеличение доли ВИЭ в мировой структуре энергопотребления на 21% к 2030 году. При удвоении доли ВИЭ к 2030 г. выбросы СО2 сократятся до 12 Гт ежегодно. При таком прогнозе, биоэнергетика будет составлять 50% от общего использования возобновляемой энергии, а потребление отраслью биоэнергетического сырья в связи с этим увеличится до 70%.

Направления развития технологий и рынков биотоплива в мире

Исторически основным видом биотоплива служили древесные ресурсы (в основном дрова). В современном мире категория энергоресурсов «биотопливо» включает в себя широкий спектр биотоплив:

1) твердое (дрова, древесные пеллеты, брикеты, гранулы, биоуголь, сельскохозяйственные отходы и др.),

2) жидкое (этанол, биодизель, биокеросин, моторное биотопливо 2 поколения и др.),

3) газообразное (биогаз на основе переработки органических отходов, биологический синтез-газ и др.).

В 1970-е годы два резких скачка на нефть способствовали созданию современного биотопливного рынка. Вследствие этого, для многих стран возник повышенный интерес к изучению альтернативных видов топлива. В США и Бразилии была создана индустрия биотоплива по производству этилового биотоплива (в США сырьем служила кукуруза, а в Бразилии - сахарный тростник). Быстрому развитию биотопливной индустрии послужили сформированные с/х мощности, а дополнительным стимулом для поиска новых рынков сбыта послужили низкие с/х цены. Снижение зависимости от импорта энергоносителей также являлось стратегической целью, а для Бразилии - стремление выровнять внешнеторговый баланс из-за высоких цен на нефть. Помимо издания нормативных актов создавались биотопливные рынки посредством введения обязательных требований использования биотоплива в составе моторных топлив (либо стимулирование налоговыми льготами, субсидиями и льготным кредитованием). Также, развивая собственные биотопливные программы, государства стараются регулировать импорт топлива, например, применяя тарифные барьеры для защиты внутреннего рынка.

Новый этап развития биотоплива пришелся на начало 2000-х годов. На этот момент в США и Бразилии сформировалась отрасль биотоплива, рынки и устойчивый спрос. К этому времени, в США производство этанола приобрело автономным и стало обходиться без вмешательства государства при сохранении высоких цен на нефть (после введения в 2003 году запрета на метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)). В Бразилии также сформировалась индустрия этанола, работающая без вмешательства государства.

В государственных биотопливных программах Европейского Союза стоит в приоритете биодизель, так как половина продаваемых автомобилей оснащена дизельными двигателями. Основным источником сырья для производства биотоплива являются масличные культуры, однако своих с/х мощностей не достаточно для внутреннего потребления (или для достижения целевых показателей ЕС), поэтому биотопливные программы ЕС выходят за рамки союза, формируя рынок биотоплива и сырья в развивающихся странах. На данный момент активно развит рынок Латинской Америки и Азии.

В отличие от Бразилии и США, Европейский Союз нацелен не только на диверсификацию источников энергии, поиск рынка сбыта с/х продукции и т.д., но и на борьбу с изменением климата (Киотский протокол). European Biofuels Directive. 2003. Directive 2003/30/EC of the European Parliament and of the Council of 8 May 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport Поэтому ЕС тщательно следит за тем чтобы соблюдались требования "устойчивости" (например, требования, установленные в Директиве по качеству топлива, в материалах Круглого стола по устойчивому освоению биотоплива и иных актах), которые формируют фундамент рынка. Политика ЕС стала более внимательно учитывать вопросы экологии, что подкрепляется взглядами гражданского общества. Harvey, M. & Pilgrim, S. 2011. The new competition for land: food, energy, and climate change. Food Policy, 36, Suppl. 1: S40-S51. ISSN 0306-9192, 10.1016/j.foodpol.2010.11.009

Широкое распространение биотопливные программы получили лишь в первом десятилетии этого века. На данный момент отсутствуют международные механизмы, способствующие предоставлению информации о реализующихся биотопливных программах в странах (их целевые показатели, налоговые льготы, законодательство, и т.п). На сайтах Международного энергетического агентства (IEA) и Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) отражены обзоры биотопливных целевых показателей, однако все же нет информации по биотопливным программам, что затрудняет анализ и сравнение данных из различных источников.

В биотопливных программах быстрорастущих стран (Китай, Индия и ЮАР), вопрос продовольственной безопасности стал главной причиной поощрения производства биотоплива. Главная задача для Индии и Китая состояла в том, чтобы использовать непродовольственные культуры для производства биотоплива. Такой культурой является ятрофа (ядовитый орех), на которую возлагались большие надежды из-за возможности давать хорошие урожаи на малопродуктивных землях. В ЮАР возлагались большие надежды на земли коренного населения страны, которые не вводились ранее в хозяйственный оборот из-за апартеида. В Индии, Китае и ЮАР выбор культур и ожидания высоких урожаев биотопливного сырья на малопродуктивных землях не оправдал надежд.

Поддержка биотоплива началась подвергаться сомнению в связи с появлением исследований, в которых прослеживается прямая зависимость между производством биотоплива и растущими ценами на продовольствие. Так же оспаривается возможность заменить ископаемое топливо биотопливом и снизить выбросы ПГ. Также подвергается сомнению чистота энергетического баланса биотоплива (связь с обезлесением и распашкой земель, снижением последствий климатических изменений) EEA (European Environment Agency). 2011. Scientific Committee opinion on greenhouse gas accounting in relation to bionergy. 15 September. EEA. p 8

Поэтому возлагаются большие надежды на непродовольственное сырье, которое сможет расти на полях непригодных для продовольственных культур и на новые технологии.

Существуют несколько видов биотоплива: биотопливо первого, второго, третьего и четвертого поколения.

Биотопливом первого поколения являются биоэтанол, биодизель и чистое растительное масло. Сырьем для производства биоэтанола служат продовольственные культуры богатые сахаром (сахарный тростник, сахарная свекла, сорго) и крахмалом (кукуруза, пшеница, ячмень, маис, картофель, кассава, маниок). Сырье для производства биодизеля и чистого растительного масла - масличные культуры (рапс, пальма, ячмень, подсолнечник, соя). По большей части эти виды сырья используются в продовольственных целях или уходят на корм.

Рисунок 4. Схема производства биотоплива.

Биотопливом второго поколения являются биоэтанол второго поколения (лигноцеллюлозный этанол), синтетическое топливо BTL биосинтетический природный газ. Сырьем для производства биотоплива второго поколения является непродовольственная биомасса (лигноцеллюлозная биомасса) - побочные с/х продукты (кукурузные стебли, шелуха, стебли, жом тростника), отходы лесного хозяйства (древесные отходы, верхушки деревьев и ветви), многолетние травы (просо, мискантус), продукты рубки в низкоствольном хозяйстве с коротким оборотом ротации (например, ивы или тополя) и муниципальные отходы. Также ятрофу иногда называют биотопливом второго поколения несмотря на использование традиционных операционных процессов.

К биотопливу третьего поколения относят технологию производства на основе биомассы микроводорослей. Данное биотопливо не только не конкурирует с продовольственными культурами, но и не наносит ущерб продовольственным землям.

К биотопливу четвертого поколения относят прямой синтез топлива микроорганизмами.

Последние два поколения биотоплива вызывают наибольший интерес для промышленного производства в виду открывающихся перспектив снижения себестоимости конечного продукта.

Источник: Специальный доклад МГЭИК по возобновляемым источникам энергии и смягчению воздействий на изменение климата, 2011 г.

Тем не менее, в 2011 году биотопливо первого поколения по-прежнему составляло 99,85% всего производимого и потребляемого биотоплива в мире (91 300 000 тонн в год в 2011 году), а текущие производственные мощности биотоплива второго поколения из лигноцеллюлозного сырья достигли только 137 000 тонн в год. Развертывание производства биотоплива из лигноцеллюлозы не было таким быстрым, как ожидалось, и по оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), с учетом проектов, находящихся на данный момент на этапе строительства, а также анонсированных проектов, дальнейшее развитие мощностей для производства лигноцеллюлозного биотоплива может достичь 620 000 т/год к 2018 году.

Динамика развития биоэнергетики в России

Длительное время огромный потенциал невозобновляемых энергоресурсов в нашей стране естественным образом снимал с повестки дня задачу активного развития возобновляемой энергетики, а другие цели-мотиваторы до последнего времени не квалифицировались как стратегические задачи и поэтому не находили адекватную государственную поддержку и должное развитие. Низкая заинтересованность в использовании ВИЭ порождает недостаточность развития исследовательского потенциала в наиболее актуальных фундаментальных и прикладных направлениях биотехнологии и биоэнергетики. Сложившаяся ситуация грозит увеличением технологического разрыва относительно имеющегося уровня инновационности и мировой конкурентоспособности западных экономик, возникновением риска недооценки внутренних возможностей и глобальных вызовов, а следовательно, и принятия неверных решений. Ускоренное развитие ВИЭ необходимо рассматривать как важный фактор модернизации экономики, включая создание инновационных производств и новых рабочих мест, развитие малого и среднего бизнеса, улучшение социальных условий и экологической обстановки. Биоэнергетика в российской федерации дорожная карта на 2019-2030 Подготовлена ТП «Биоэнергетика» в соответствии со Стратегической Программой Исследований, Москва 2019, стр 8

Низкие цены на традиционные энергоресурсы и высокая обеспеченность собственными запасами нефти и газа создают дополнительные сложности для использования ВИЭ и развития биоэнергетики. Не имея серьезного опыта развития возобновляемой энергетики, Россия практически не располагает собственными современными технологиями, достаточно хорошо отработанными для промышленного применения, а соответственно, - и хорошо проработанными проектами в сфере биоэнергетики, которые могли бы заинтересовать индустриальных партнеров, бизнес и инвесторов, и резкое снижение цен на традиционные энергоносители с 2014 г. делает бизнес, связанный с ВИЭ, еще менее привлекательным для инвестирования. В то же время, при интенсивном развитии биоэнергетики и более выраженной поддержке новой отрасли со стороны государства можно рассчитывать также на выход на мировой рынок не только с древесными пеллетами, но и с жидким биотопливом (биоэтанолом и биодизелем, авиационным биотопливом) и другими продуктами глубокой переработки биомассы), а рост отечественного животноводства и растениеводства на фоне усиления внимания к проблемам экологии создаёт дополнительные преимущества для развития биогазового направления. Стратегическая программа исследований по биоэнергетике (Редакция 5, переработанная и дополненная) Технологическая Платформа «Биоэнергетика», Москва 2017, стр 62

В качестве наиболее существенного препятствия для развития в России биоэнергетики можно назвать, прежде всего, отсутствие достаточных, последовательных и взаимоувязанных мер политической, законодательной и прямой финансовой поддержки, хорошо апробированных и показавших свою эффективность в мире. Как результат, за последние 10 лет, на которые пришёлся мировой пик развития ВИЭ, прирост мощности в России происходил в основном за счет гидроэнергетики, другие возобновляемые источники практически не развивались, либо использовались в крайне ограниченном масштабе. Несмотря на то, что к концу 2015 г. общая установленная электрическая мощность объектов, функционирующих на основе ВИЭ достигла 53,5 ГВт, что составило 20% от общей установленной электрической мощности в России (253 ГВт), практически вся она (51,5 ГВт) пришлась на гидроэнергетику, установленные мощности солнечных и ветряных электростанций составили 460 МВт и 111 МВт соответственно. Доля биоэнергетики оценивалась в 1,35 ГВт, однако в основном обеспечивалась энергогенерацией на основе биомассы и твердого биотоплива (пеллеты / брикеты). Формирование сегментов жидких (транспортных) биотоплив, энергогенерации на основе биогаза и переработки отходов оставалось за пределами статистической значимости. Биоэнергетика в российской федерации дорожная карта на 2019-2030 Подготовлена ТП «Биоэнергетика» в соответствии со Стратегической Программой Исследований, Москва 2019, стр 8

Наша страна является одним из мировых лидеров по запасам возобновляемого непродовольственного органического сырья. По разным оценкам, общий энергетический потенциал биомассы в России в настоящее время находится на уровне 15-20 тыс. МВт (для сравнения: мощность всех атомных электростанций в России составляет около 23,6 МВт). Кравченко, Р. В. Состояние и тенденции развития рынка биотоплива//Вестник МГУЛ. - Лесной вестник. - 2013. - № 4. - С. 188-197. По данным Росстата, потенциальное производство биогаза из биомассы в России составляет до 74 млрд м3 в год. По данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, промышленность производит более 390 миллионов тонн отходов в год (сухое вещество), 700 миллионов тонн в секторе лесного хозяйства и деревообработки и 70 миллионов тонн в жилищно-коммунальном хозяйстве (твердые бытовые отходы). По данным ФГНУ «Росинформагротех», сельскохозяйственный потенциал страны оценивается в 773 млн. тонн отходов, из которых можно получить 66 млрд м3 биогаза и 112 млн. тонн удобрений. Кроме того, эффективное использование и переработка растительных и древесных отходов в биотопливо может снизить зависимость агрокомплексных хозяйств от централизованного энергоснабжения. В России ежегодно перерабатывается около 3 млн. тонн масличных культур (из которых подсолнечник - 89%, соя - 9%, горчица - 0,4%, рапс - 1,6%), а выход масла - около 40% Гарипов, Н. И., Шаймарданов, А. А. Исследование перспектив использования возобновляемых источников энергии в биогазовых установках//Инновационная наука. - 2016. - № 10. - С. 25-27.

Общий лесной фонд Российской Федерации составляет 1 174,7 млн. Га, а запасы древесины превышают 82 млрд. м3 (23% мировых запасов). Ежегодный прирост леса - около 800 млн. м3, при этом вырубается около 205 млн. м3 ежегодно (из которых до 35 млн. м3 отходов остается в лесах). Что касается отходов деревообработки, то в северо-западном регионе России ежегодно производится около 16 млн. м3 древесных отходов, половина от этого объема может быть использована для производства энергии (может быть получено около 4 миллионов тонн условного топлива).

Земли сельскохозяйственного назначения в России составляют более 400 миллионов гектаров, в том числе сельскохозяйственные угодья - около 220 миллионов гектаров, из которых около 120 миллионов гектаров являются пахотными землями. С 1990 года до 40 миллионов гектаров пахотных земель и более 20 миллионов гектаров лугов и пастбищ не использовались. Это представляет значительный резерв для производства биомассы, в том числе биоэнергии. Поэтому в России для успешного развития отечественной биоэнергетики есть все необходимое. Наряду с крупнейшими лесными ресурсами и пахотными землями, в России также имеются передовые технологические установки (гидролизные заовды), технологический уровень которых позволяет перерабатывать биомассу не только в топливо первого, но и второго поколения.

Что касается биогаза, то это универсальный вид топлива, который можно производить в любом сельском поселении, независимо от его географического положения и климатических условий. Потенциальная добыча биогаза в России составляет до 72 миллиардов мі в год. Что касается производства биодизеля, то в настоящее время в нашей стране не создано серьезных технологических мощностей для его производства. Там же

ТВЕРДОЕ БИОТОПЛИВО

Формирование биотпливного рынка в России хорошо развито только в сегменте твердого топлива. Активно отрасль стала развиваться благодаря развитому лесоперерабатывающему комплексу (в Карелии, Коми, Краснодарском крау и др.) и из-за большого спроса древесины на внешних рынках. Конечными продуктами являются являются топливные пеллеты и брикеты, торфяные брикеты, технологическая щепа и т.д.

Ежегодно в России заготавливается до 200 млн м3 древесины из которых из которых 30-50% лесной биомассы переходят в отходы без утилизации или не вывозятся с делянок. В 2015 году выручка 50-ти крупнейших компаний лесопромышленного комплекса России выросла на 46,1% (до 410 млрд руб.), что говорит о развитости промышленности. По данным Росстата по состоянию на 2015 год, за последние годы производство пеллет выросло в 2,5 раза (до 980 тыс. т). Однако, большинство производимой продукции (около 90%) уходит на экспорт, в основном в страны ЕС. Темпы роста экспорта пеллет, произведенных в России, ежегодно составляют 10-15%. Основные страны-импортеры - Дания и Швеция (43% и 25%). Стратегическая программа исследований по биоэнергетике (Редакция 5, переработанная и дополненная) Технологическая Платформа «Биоэнергетика», Москва 2017, стр 66-67

В России этот вид биотоплива не находит широкого распространения по объективным причинам - внутренний рынок твердого биотоплива слабо развит. Хотя для населения периферийных малых городов и поселков европейского Севера использование пеллетных котельных (вместо мазутных и дизельных) может снизить себестоимость энергии. Однако переход с жидкого топлива или угля на топку сухой биомассой потребует создания иной инфраструктуры, а также хранения и подготовки топлива.

Тем не менее имеется опыт эксплуатации установок для газификации древесных отходов, тепловая мощность которых - от 100 кВт до 3 МВт, обеспечивающих производство топливного газа в объемах от 70 до 2500 м 3 /час, что соответствует объемам переработки древесных отходов от 40 до 2200 кг/час.

ЖИДКОЕ БИОТОПЛИВО

Большинство регионов России обеспечены биоресурсной базой для производства топлива для транспорта. Однако, до сих пор производство жидких моторных биотоплив не получило развития. Крупномасштабное производство возможно только в случае поддержки государством данной отрасли с помощью установления целевых значений обязательного применения жидких топлив в связи с слабой развитостью внутреннего рынка.

Производство биоэтанола сдерживалось высокими акцизами, Но в 2018 году был принят Федеральный закон 448-ФЗ от 28.11.2018 г. о внесении изменений в 171-ФЗ от 22.11.1995 г. «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции». После введения ФЗ возникнут основания для активного развития отрасли. Развитие производства биодизеля в РФ также тормозится недостаточностью нормативной базы, налогового регулирования и государственного стимулирования. В 2016 г. введён стандарт для смесей биодизельного топлива (В6-В20) для дизельных двигателей разных типов, содержащего от 6% до 20% биодизельного топлива в традиционном дизтопливе. Это тоже сможет способствовать развитию сегмента биотопливного рынка. Биоэнергетика в российской федерации дорожная карта на 2019-2030 Подготовлена ТП «Биоэнергетика» в соответствии со Стратегической Программой Исследований, Москва 2019, стр 10

Наиболее перспективной культурой для производства биодизеля в России считается рапс. С 2001 г. до 2013 г. произошло увеличение посевных площадей рапса и объёмов производства рапсового масла в 10 раз. Основная часть семян и масла на основе рапса отправляется на экспорт, где из них производят биодизель, а в последние годы - и авиационного биотопливо. В период 2010-2015 гг объёмы экспорта выросли на 63,2%, а за 10 лет (2005-2015 гг) - в 4,4 раза. Основной покупатель российского рапсового масла - Норвегия с долей экспорта 50,2%. На втором месте - Литва с долей в 13,1%. В 2015 году существенно возросли объёмы поставок в Китай - до 23,2 тыс. тонн. - 8% в общем объёме экспорта рапсового масла из России. В 2015 г. произошло сокращение на 24-25% относительно 2014 г. и объёмов производства рапсового масла (до 390,0 тыс т), и объёмов экспорта как масла (до 262,8 тыс т.), так и семян из-за падения мировых цен на традиционные энергоносители и глобального сокращения в связи с этим производства биодизеля. Не менее перспективным ресурсом для производства биодизеля является такая культура, как рыжик, масло их него может успешно использоваться для производства биодизеля и авиационного биотоплива. В России культура в промышленных масштабах возделывается с 2011 г., и к 2015 г. площади под его выращивание выросли почти в 3 раза: с 35 до 90 тыс га.

Реальные перспективы развития рынка моторных биотоплив связаны с внедрением новых технологий производства. В то же время, имеющееся значительное отставание России от мировых лидеров в области производства жидкого биотоплива предоставляет шанс для оперативного создания индустрии экспортоориентированного производства транспортных биотоплив (включая авиационный биокеросин) и удовлетворения стремительно растущего мирового спроса на эти продукты на фоне дефицита биомассы в энергозависимых странах. Отдельную проблему представляет создание отечественных биоперерабатывающих. Наиболее эффективной считается комплексная переработка биомассы (биорефайнинг) с получением, помимо биотоплива, других полезных веществ, которые используются как пищевые добавки и красители, витамины, сырье для производства биопластиков, смазочные материалы и т.д. Биоэнергетика в российской федерации дорожная карта на 2019-2030 Подготовлена ТП «Биоэнергетика» в соответствии со Стратегической Программой Исследований, Москва 2019, стр 9 В российских условиях данная технология особенно актуальна в таких регионах, как Урал, Южная Сибирь и др. Удаленность от морских портов делает экспорт зерна не выгодным, но переработка и получение более ценных продуктов позволяет дать стимул для развития местного сельского хозяйства.

ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО

Производство биогаза в России имеет более длинную историю по сравнению другими видами биотоплива. В 1980-е годы на пике роста отечественной биотехнологии были приняты правительственные постановления о производстве биогаза из органических сельскохозяйственных отходов, стоков и ТБО. Последовавший в 90-г годы прошлого века технологический провал не смог не сказаться на этих планах, которые так и не были реализованы. До настоящего времени рыночного сегмента биогаза находится в начальной стадии формирования. Технологическая цепочка представлена не полностью: отсутствует товарный рынок биогаза, крайне ограничено предложение биогазового оборудования, способного удовлетворить сложившиеся потребительские запросы.

Органические отходы животноводства и растениеводства являются стабильной сырьевой базой для биогазового сегмента биоэнергетики. Совокупное ежегодное производство отходов, генерируемых российским агропромышленным комплексом составляет 773 млн т. Перерабатывая их, можно получить около 66 млрд м3 биогаза (с выработкой 190 млрд кВтч электроэнергии при его сжигании) и около 112 млн т высококачественных удобрений как побочного продукта производственного процесса. Таким образом, максимальный потенциал по производству биогаза сконцентрирован в регионах с развитым сельскохозяйственным производством. Стратегическая программа исследований по биоэнергетике (Редакция 5, переработанная и дополненная) Технологическая Платформа «Биоэнергетика», Москва 2017, стр 71



2. Долгосрочные перспективы развития сектора биоэнергетики в контексте декарбонизации мировой экономики

2.1 Прогнозы низкоуглеродного развития в энергетике крупнейших стран до 2050 года

В последнее время наблюдается быстрый рост долгосрочных прогнозов развития мировой энергетики на 2030 и 2050 годы. Особенностью построения прогнозов является, с одной стороны, попытка учесть самые экологичные и радикальные рекомендации экологов, а также более реалистичные характеристики экономического роста крупнейших развивающихся стран. После подписания в 2015 году Парижского соглашения политика стран в области декарбонизации экономики стала еще более актуальна. В связи с этим, актуально и построение долгосрочных прогнозов, учитывающих социально-экономические и экологические эффекты. В этом параграфе будут проанализированы прогнозы низкоуглеродного развития Китая, США и России, составленные экспертами, которые учитывали социально-экономические и экологические эффекты при построении модели долгосрочного прогноза до 2050 (используется один источник, поскольку прогнозы носят уникальный характер).

Китай

Понятие декарбонизации заключается в трансформации экономической структуры, снижении энергоемкости и поощрении использования неископаемых видов топлива с целью ограничения выбросов и сохранением экономического роста. По оценкам экспертов, в период с 2010 по 2050 год ВВП на душу населения увеличится более чем в 6 раз. Однако, тенденции в области энергетики не связаны с этим ростом, поскольку прирост первичной и конечной энергии составит 78% (с 93,7 Эдж в 2010 году до 166,9 Эдж в 2050 году) и 71% (с 66,9 Эдж в 2010 году до 114,4 Эдж в 2050 году).



Рисунок 5 - Пути энергетического развития Китая по источникам энергии за 2010-2050 (первичная энергия - слева, конечная энергия - справа).

Этот рост обусловлен главным образом промышленным сектором (+28%), строительным сектором (+141%) и транспортным сектором (+204%), а также изменениями в экономической структуре, ростом темпов урбанизации и завершением процесса индустриализации. В частности, доля угля в потреблении первичной энергии в 2050 году снизится до 20%, в то время как доля природного газа и неископаемого топлива увеличится, составив 17% и 43%. биотопливо энергетика декарбонизация

В рамках соблюдения политики глубокой декарбонизации, выбросы СО2, связанные с потреблением энергии, сократятся на 34% (с 7,25 Гт СО2 в 2010 году до 4,77 Гт СО2 в 2050 году), главным образом за счет сокращения как первичной энергии на единицу ВВП на 73%, так и связанных с энергетикой выбросов СО2 на единицу энергии на 61%

Рисунок 6 - Драйверы выбросов CO2 (Китай, 2010-2050 гг)



Первое во многом объясняется структурными изменениями, сопровождающимися значительным сокращением доли энергоемких секторов экономики и повышением энергоэффективности в масштабах всей экономики. Последнее обусловлено главным образом декарбонизацией энергетического сектора и электрификацией конечных потребителей (с 21% в 2010 году до 32% в 2050 году) при одновременном повышении уровня жизни и модернизации способов использования энергии. Применение технологий УХУ в производстве электроэнергии и в промышленном секторе также является одним из важнейших фактором декарбонизации

На отраслевом уровне выбросы в промышленном секторе остаются самыми большими, однако в совокупности доля выбросов в строительном и транспортом увеличится с 17% в 2010 году до 49% в 2050 году

Рисунок 7 - Выбросы СО2 по отраслям (Китай, 2010-2050 гг)

США

Переход к низкоуглеродной энергетической системе предполагает три основные стратегии: высокоэффективное конечное использование энергии в строительном, транспортном и промышленном; декарбонизация электроэнергии и других видов топлива; и трансформация конечных видов топлива с высокоуглеродных на низкоуглеродные. По оценкам экспертов, несмотря на почти двукратное увеличение ВВП в период с 2010 по 2050 год, общее конечное потребление энергии в США снизится с 68 до 47 Эдж. Результатом является снижение энергоемкости экономики на 74% (Мдж/$). Среднегодовые темпы повышения энергоэффективности (с помощью новых технологий) составляют 1,7% в жилых домах, 1,3% в коммерческих зданиях, 2,2% в пассажирских перевозках (частично от перехода на электропоезда) и 0,7% в грузовых перевозках.

Потребление первичной энергии в период с 2010 по 2050 год сокращается на 24%. Доля нефти в первичной энергии сократится с 39% до 6% за 2010-2050 год, а доля биомассы за этот период возрастет до 26%. В совокупности ископаемые виды топлива (нефть, уголь и природный газ с УХУ и без него) сокращаются с 92% до 47%. За тот же период времени конечная энергия уменьшается на 31%. Доля жидкого топлива в конечной энергии снижается с 46% до 9%, в то время как доля электроэнергии в конечной энергии возрастает с 20% до 51%, а доля газообразного топлива возрастает с 28% до 41%.

Рисунок 8 - Пути энергетического развития США по источникам энергии за 2010-2050 (первичная энергия - слева, конечная энергия - справа).

Основные движущие факторы изменений в выбросах СО2 в период с 2010 по 2050 год характеризуются численностью населения, ВВП на душу населения, энергоемкостью ВВП и интенсивностью выбросов СО2. За период с 2010 по 2050 год эксперты ожидают: рост численности населения США (+42%) от совокупного изменения, рост ВВП на душу населения (+87%), снижение энергоемкости ВВП (-74%) и снижение интенсивности выбросов СО2 в конечной энергии (-80%). В результате выбросы СО2 сократятся на 86% по сравнению с показателем 2010 года. Тремя основными факторами, способствующими сокращению выбросов СО2, являются: (1) повышение эффективности конечного использования энергии; (2) практически полная декарбонизация производства электроэнергии; и (З) широкомасштабная электрификация конечных пользователей энергии. Сокращению выбросов способствуют две дополнительные меры: переход на частично декарбонизированный трубопроводный газ и использование технологии УХУ для некоторых крупных промышленных потребителей газа.

Рисунок 9 - Драйверы выбросов CO2 (США, 2010-2050 гг)

На отраслевом уровне (в разбивке по секторам) доля электроэнергии в выбросах СО2 снижается с 40% до 16% за 2010 по 2050 год. Остальные выбросы электроэнергии образуются главным образом за счет остаточных выбросов, не улавливаемых УХУ при производстве природного газа и угля. Доля выбросов, приходящаяся на транспорт, к 2050 году составит 60% от общего объема окончательных выбросов (исключая электрифицированный транспорт), поскольку часть ископаемых видов топлива используется в качестве топлива для авиационного и военного транспорта (для преодоления больших расстояний), которые трудно электрифицировать. К 2050 году промышленные выбросы увеличатся с 15% до 19% от общего объема выбросов, в то время как жилищный и коммерческий сектора будут почти полностью электрифицированы, в результате чего выбросы будут незначительны.

Рисунок 10 - Выбросы СО2 по отраслям (США, 2010-2050 гг)

Россия

В примерном сценарии экспертами рассматривается техническая осуществимость экономического развития с низким уровнем выбросов углерода, предположительный экономический рост и модель развития, включающая в себя набор допущений из официальных и экспертных концепций, допущений в отношении долгосрочного экономического развития России, обзоров развития технологий и прогнозов российских и международных организаций, а также широкие консультации экспертов.

Сценарий предполагает сокращение численности населения со 142 до 120 миллионов человек к 2050 году и утроение ВВП на душу населения. К 2050 году, в результате глубокой декарбонизации, ОППЭ сократится на 27% при значительных изменениях в структуре производства энергии: общее потребление угля сократится до 2,8% (половина показателя благодаря использованию технологии УХУ); на природный газ приходится 36% ОППЭ, (но почти половина из них должна использовать технологии УХУ); доля нефти должна сократиться до 7,1%; доля возобновляемых источников энергии, включая биомассу, вырастет до 32,5%; и доля ядерной энергии может достичь 21,8%.

Рисунок 11 - Пути энергетического развития России по источникам энергии за 2010-2050 (первичная энергия - слева, конечная энергия - справа).

Конечное потребление энергии сократится (с 20,1 ЭДж до 15,1 ЭДж за период с 2010 по 2050 год). В рамках сценария глубокой декарбонизации в России к 2050 году: должно сократиться потребление угля до 1,6%; доля газа составит 22,5% конечного потребления энергии; сократится общее количество жидкого топлива (включая биотопливо) до 16,6%; доля биомассы должна достигнуть 5,8% ОППЭ, а доля электроэнергии и теплоэнергии - 53,9%.

Если разобрать основные факторы, которые способствуют увеличению выбросов СО2, и их составляющие, то можно обнаружить что рост ВВП на душу населения приводит к увеличению выбросов СО2, но это компенсируется следующими движущими факторами сокращения выбросов:

сокращение использования первичной энергии на единицу ВВП (энергоемкость ВВП должна сократиться с 15,8 до 4,4 Мдж/$);

декарбонизация производства энергии (углеродоемкость производства электроэнергии должна сократиться с 392 до 14 гСО2/кВт ч);

электрификация экономики (доля электроэнергии в общем объеме конечного потребления энергии должна вырасти с 13% до 34%);

сокращение численности населения

Рисунок 12 Драйверы выбросов CO2 (Россия, 2010-2050 гг)

Рисунок 13 - Выбросы СО2 по отраслям (Россия, 2010-2050 гг)

Согласно этому сценарию, выбросы СО2, связанные с энергетикой, сократятся с 1422 Мт в 2010 году (по оценкам МЭА, это составляет 1577-1678 Мт) до 200 Мт в 2050 году. Доля возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе увеличится до 10% в 2050 году (с 0% в 2010 году).

2.2 Вклад биоэнергетики в декарбонизацию мировой экономики

Прогресс в области использования возобновляемых источников энергии в электроэнергетическом секторе является хорошим примером, который свидетельствует о позитивном воздействии государственной политики в области разработки и внедрения технологий, а также сокращения расходов. Ветряные и солнечные технологии становятся все более конкурентоспособными по сравнению с производством электроэнергии на основе угля и природного газ.

Однако этот успех не отрицает тот факт, что на долю электроэнергетического сектора приходится менее 20% глобального потребления энергии. Доля возобновляемых источников энергии в теплоснабжении и транспорте, на которые в совокупности приходится основная часть глобального спроса на энергию, по-прежнему значительно ниже, чем в энергетическом секторе. Роль энергии в области теплоснабжения и транспорта часто игнорируется, хотя декарбонизация этих секторов является одним из ключевых приоритетов для достижения долгосрочных целей в области климата и устойчивого развития.

Современное потребление биоэнергии для производства электроэнергии, промышленного тепла и транспортного биотоплива равнозначно потреблению энергии, получаемой из всех возобновляемых источников энергии, включая гидроэнергию, энергию ветра и солнечную энергию. Тем не менее, роль современной биоэнергии в декарбонизации глобальной энергетической системы недооценена.

По прогнозам МЭА, биоэнергетика будет способствовать росту использования возобновляемых источников энергии в глобальном энергетическом балансе в течение 2018-2023 гг. Тем не менее, для достижения положительных результатов, распространение биоэнергетики должно осуществляться в связи с принципами устойчивого развития. Биоэнергетика, основанная на сокращении выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла (ПГ), при этом без социальных, экологических и экономических последствий, будет играть важную роль в устойчивой энергетической системе.

Биотопливо по-прежнему занимает очень небольшую долю на мировом энергетическом рынке - менее двух процентов от общего объема возобновляемых источников энергии в мире. Использование биомассы для производства тепловой энергии широко используется в частном секторе и в системе централизованного теплоснабжения. На биомассу приходится большая часть произведенного из ВИЭ тепла в мире. Это направление использования биомассы активно развивается в Европе, особенно в Швеции, Финляндии, Дании, Австрии, Германии и Нидерландах. В Швеции, например, биомасса является основным сырьем, используемым для теплоснабжения, а также используется для производства топлива для транспорта. В 2015 г. в Швеции объем производства энергии из биомассы составил 35%, опередив нефть. Во многих странах, как развитых, так и развивающихся, включая Китай и Индию, использование биомассы для производства электроэнергии растет с каждым годом, но ее относительный объем остается небольшим. Обзор перспективных технологий в секторе альтернативной энергетики (Обзор Московской биржи), 2017, стр 30-31