Потребление первичной энергии и структура топливопотребления в мире

Котлер В. Р., Серков Д. Е.

По данным “BP Amoco Statistical Review of World Energy 2000” в последнем году прошедшего столетия основными статьями потребления первичной энергии оставались нефть и нефтепродукты (40,5%), уголь (25%), газ (24%), а также ядерная энергия (8%) и возобновляемые источники (2,5%). Если же оценивать структуру топливопотребления для производства электроэнергии, то картина получается существенно другой: на уголь приходится 36%, на возобновляемые источники (включая ГЭС) - 21%, за счет сжигания газа и на АЭС было выработано по 17% всей электроэнергии, и за счет нефтепродуктов - 9% (рис. 1).
Возвращаясь к потреблению первичной энергии, следует отметить, что общее ее количество в конце века составило примерно 14 970 млн. т условного топлива, или 439 млрд. ГДж. Причем, потребление первичной энергии в мире было чрезвычайно неравномерным: на США и Канаду пришлось 3680 млн. т условного топлива в год (примерно 12,2 т условного топлива на человека в год); на страны СНГ, Центральной Европы и Иран - 1800 млн. т условного топлива в год (4,4 т условного топлива на человека), а на Индию - 850 млн. т условного топлива в год (0,86 т условного топлива на человека).

Рис. 1. Структура потребления первичной энергии в мире (а) и доля различных источников при производстве электроэнергии (б) по данным “BP Amoco Statistical Review of World Energy 2000” и “US DOE EIA International Energy Outlook 2000”

Неравномерность потребления энергии сохраняется и в начале XXI в.: по данным журнала “Power” за апрель 2001 г. потребление электроэнергии на 1 чел. в США составляет 11 800 кВт-ч/год, в Мексике - 1650 кВт-ч/год, а Китае - 850 кВт-ч/год.
Очень важно знать, что ждет человечество через 20, 50 и 100 лет в отношении потребления первичной энергии. Авторы “WEC Statement 2000” предложили свой прогноз в виде тройной диаграммы (рис. 2), на которой видно три вершины: уголь, (нефть + газ), (возобновляемые источники + атомная энергетика). Из диаграммы также видно, что за период с 1920 по 1970 г. осталась практически неизменной доля ГЭС (около 15%), снизилась (с 75 до 30%) доля угля и увеличилась (примерно с 8 до 55%) доля углеводородного топлива. После 1990 г. авторы предполагают возможность развития человечества по разным сценариям: А - интенсивный рост; В - средние темпы роста; С - замедленный рост, обеспечивающий снижение выбросов ССЬ в атмосферу от 6 млрд, т до 2 млрд, т в 2100 г. Предполагается, что общее потребление первичной энергии в период с 1990 по 2050 и по 2100 г. увеличится соответственно от 12,96 до 36,0 и до 64,8 млрд, т условного топлива по варианту А, по варианту В - от 12,96 до 28,8 и 50,4 млрд, т условного топлива, а по варианту С - от 12,96 до 20,2 и 30,2 млрд, т условного топлива соответственно.

Рис. 2. Оценка структуры потребления первичной энергии при распределении ее между углем, нефтепродуктами и газом, ядерной энергией и возобновляемыми источниками:

Подварианты A1, А2, А3, С1 и С2 каждая точка обозначает баланс первичной энергии в том году, который указан рядом с точкой отличаются структурой топливоиспользования и общим изменением добычи ископаемого топлива в период с 1990 по 2050 г. (таблица).
В дополнение к цифрам таблицы, основываясь на диаграмме рис. 2, можно отметить, что по всем сценариям к 2100 г. резко увеличится доля ядерной энергетики, а доля газа и мазута (особенно по сценариям А2, С1, С2 и В) снизится до 12 т 21%. По сценариям, обеспечивающим минимальные выбросы в атмосферу углекислого газа и диоксида серы (C1 и С2, Α1 и А3), предполагается снижение потребления угля до величины менее 10%.
Что касается ближайшей перспективы, то, по всей видимости, можно ожидать сохранения тенденций, наметившихся в последние 20 лет XX в.: во всех промышленно развитых странах за период с 1980 по 1997 г. снизилась доля нефтепродуктов и увеличилась доля ядерного топлива в структуре выработки электроэнергии. Так, например, в Японии доля нефтепродуктов снизилась с 47,1 до 18,2%, а доля выработки электроэнергии на АЭС возросла с 14,4 до 31,0%. В Великобритании за тот же период доля нефтепродуктов снизилась с 11,7 до 2,4%, а доля энергии, генерируемой на АЭС, увеличилась с 13,0 до 28,5%. Еще убедительней пример Франции: доля выработки электроэнергии на мазуте за 18 лет сократилась с 18,9 до 1,5%, а доля АЭС увеличилась с 23,8 до 79,3% суммарной выработки электроэнергии;
доля электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС, во всех странах снизилась в связи с тем, что потенциал гидроэнергии в большинстве стран практически исчерпан и сохранение мощности ГЭС приводит к снижению их доли в общей выработке электроэнергии. Даже в такой богатой гидроресурсами стране, как Канада, доля ГЭС в структуре выработки электроэнергии сократилась с 67,3 до 61,1%, а в Японии, например, аналогичные цифры составили 15,4 и 8,7%, во Франции - 26,9 и 12,5% и т.д.;
почти во всех странах несколько увеличилась доля электроэнергии, вырабатываемой за счет нетрадиционных источников (солнечной энергии, ветроэнергетики, геотермальных ЭС и др.). Но как и прежде, эта статья энергетики не играет существенной роли и в большинстве стран составляет 1 - 2% суммарной выработки электрической энергии;

Характеристика трех сценариев развития мировой энергетики в период с 1990 по 2050 г.

Без учета неэнергетических выбросов СО2, а также СО2, используемого для повышения отдачи нефтеносных горизонтов.

доля газа в структуре выработки электроэнергии в одних странах увеличилась (Италия, Великобритания, Япония), в других снизилась (Германия, Франция, США).
Важно отметить, что мощности на природном газе - это, как правило, высокоэкономичные парогазовые установки (ПГУ) или пиковые газотурбинные установки (ГТУ). Кроме того, необходимость использования природного газа часто диктуется экологическими проблемами, как например, в штате Калифорния (США);
доля угля также в некоторых странах возросла (Япония, Канада, Австралия), в других - снизилась (Великобритания, Франция, Германия).
По прогнозам “Международного энергетического ежегодника”, опубликованного Энергетической информационной администрацией США, в течение ближайших лет основным видом топлива при выработке электроэнергии останется уголь: его доля, усредненная по всем странам мира, изменится с 36,8% в 1995 г. до 35,9% в 2015 г. При этом в абсолютных цифрах потребление угля возрастет на 6,3 млрд. ГДж (примерно 215 млн. т условного топлива).
Детальный прогноз по использованию твердого топлива опубликовал “World Coal Institute”. По данным этого института в 1999 г. суммарная добыча каменных углей в мире составила 3466 млн. т, а бурых углей и лигнитов - 879 млн. т. Ожидается, что в 2010 г. добыча угля превысит 5000 млн. т. Если темпы добычи сохранятся на сегодняшнем уровне, то доказанных запасов угля хватит более чем на 200 лет. Соответственно аналогичный показатель для нефти - 45 лет и для газа - 65 лет. Причем, около 70% всех запасов нефти и газа приходится на Средний Восток и страны СНГ, а каменный уголь распределен более равномерно, его добывают более чем в 100 странах.
Основная масса добытого в 1999 г. каменного угля приходилась на первую десятку: Китай - 1029 млн. т, США - 914 млн. т, Индия - 290 млн. т, Австралия - 225 млн. т, Южная Африка - 224 млн. т, Россия - 163 млн. т, Польша - 112 млн. т, Украина - 81 млн. т, Индонезия - 74 млн. т, Казахстан - 56 млн. т.
Большая часть каменного угля используется для производства электроэнергии, на втором месте металлургия, в которую направляются коксующиеся угли.

Во многих странах уголь является основой крупной энергетики. Так, например, в 1999 г. в Польше 96% всей электроэнергии было выработано на угле, в Южной Африке - 90%, в Австралии - 84%, в Китае - 80%, в Чехии - 71%, В Греции - 70%, в Индии - 68%, в США - 56%, в Дании - 52%, в Германии - 51%, а в среднем в 15 странах ЕС - 25%.
Ускоренными темпами растет международная торговля углем. В 1990 г. общий объем торговли углем составлял 387 млн. т (в том числе энергетическим углем - 215 млн. т), в 1999 г. соответствующие цифры поднялись до 521 и333 млн. т.
По данным за 1999 г. главными экспортерами энергетических углей (в миллионах тонн) являются: Австралия - 79,2; ЮАР - 63,7; Индонезия - 45,4; Китай - 30,5; Колумбия - 29,3; США - 23,9; Россия-21,1; Польша - 17,5.
Список крупнейших импортеров угля по данным за 1999 г. выглядит следующим образом: 15 стран Западной Европы импортировали 115,5 млн. т энергетических углей; Япония - 70,9; Республика Корея - 35,0; Тайвань - 31,8; Германия - 23,3 и Великобритания - 12,9 млн. т.

Главной проблемой, которую приходится преодолевать при использовании угля на ТЭС, остается загрязнение атмосферного воздуха выбросами кислотообразующих газов (NOx и SО2), а также твердыми частицами. Однако успешная реализация демонстрационных проектов по американской программе “Clean Coal Technology” позволяет надеяться, что экологические характеристики угольных энергоблоков в скором времени не будут уступать характеристикам ПГУ на природном газе.