Ханс-Хольгер РОГНЕР, Аршад ХАН

Важнейший элементом устойчивого развития любого государства является наличие достаточной для удовлетворения потребностей и доступной по стоимости энергии. Задача в том, чтобы разработать такие виды энергоснабжения, которые наилучшим образом обеспечивают развитие и улучшают качество жизни, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческой деятельности на здоровье окружающую среду.

Необходимость разработки и осуществления устойчивых стратегий в секторе электричества неоднократно отмечалась на международных форумах. В "Повестке дня на XXI век", принятой на Конференции в Рио-де-Жанейро, подчеркивается, что проблемы охраны окружающей среды и развития должны быть включены в процесс принятия решений. Во Втором оценочном докладе Межправительственной группы по изменению климата <МГИК) указывается на необходимость всестороннего анализа вариантов, предусматривающих ослабление воздействия человеческой деятельности на окружающую среду с целью уменьшения опасностей, связанных с глобальным изменением климата.

На Конференции в Киото государства приняли. Протокол к Конвенции об изменении климата, в котором ставится цель к 2008-2012 гг. снизить общий уровень выбросов группы из шести газов, создающих парниковый эффект. Согласно Протоколу, от промышленно развитых стран потребуется снижение таких выбросов на 5,2%.

В этом глобальном контексте в начале 90-х гг. МАГАТЭ в партнерстве с восемью международными организация ми инициировало межучережденческий проект под названием DECADES, нацеленный на разработку баз данных и методологий для сравнительной оценки различных энергетических источников и конверсионных технологий.

Сравнивались значения промышленного КПД нескольких типов станций как традиционных, так и находящихся в стадии разработки (рис. 1). Стоит отметить, что, хотя добиться повышения производительности технологий, основанных на использовании газового топлива, можно, перспективы усовершенствования других традиционных методов производства энергии представляются минимальными. Однако новые технологии на базе использования иных процессов сгорания и усовершенствованных энергетических циклов, в конечном счете, превзойдут лучшие показатели современных методов.

Сравнивались также факторы, обусловливающие выбросы СО2 различных типов электростанций, работающих на ископаемом топливе. Причем брались станции с одинаковой мощностью (500 МВт) и схожими типами углей. Наиболее высокие уровни выбросов СО2 отмечены

Рис. 1

PC - распыленный уголь;

AFBC - сжигание в псевдоожиженном слое при атмосферном давлении;

PFBC - сжигание в псевдоожиженном слое под давлением;

GCC - комбинированный цикл интегрированной газификации;

CSB - газовый паровой котел;

GTCC – газотурбинный комбинированный цикл;

PAFC - фосфорно-кислый топливный элемент, MCFC - топливный элемент из расплава углекислой соли;

SOFC – твердокислый топливный элемент;

OSB - нефтяной паровой котел;

DIESEL - дизель.

PHWR - реактор на тяжелой;

воде под давлением;

PWR - реактор,

на воде под давлением,

APWR - усовершенствованный PWR;

BWR - реактор на кипящей воде;

ABWR - усовершенствованный BWR;

GCP - реактор с газовым охлаждением;

HGCR - высокотемпературный GCR;

LMR - реактор на жидком металле;

FBR - быстрый реактор-размножитель.

WSB - дровяной паровой котел;

IGCC-b - комбинированный цикл интегрированной газификации с использованием биомассы;

ST - солнечная термальная;

РТ - параболический желоб;

PD - параболический гелиоконцентратор;

PVAm - фотоэлектричество на основе использования аморфных материалов;

PVT - тонкая фотоэлектрическая пленка

Выбросы СО2 зависят от уровня содержания углерода в топливе (наивысшего для угля, низшего для природного газа), производительности, мер контроля загрязнений, предусмотренных в различных конструкциях станций, и других факторов. При изучении факторов эмиссии предполагается использование наилучших из имеющихся технологий и топлива хорошего качества. Аналогичные сравнения можно провести для других загрязнителей, включая SO2, Nx и макрочастицы.

Сравнительные экономические оценки, проведенные с использованием базы данных DECADES на уровне электростанций, показывают, что с точки зрения производительности ядерная энергетика конкурентоспособна во многих странах. Сравнивались также общие капитальные затраты для различных типов установок в нескольких странах (рис. 2). Как и ожидалось, общие капитальные затраты на единицу мощности в разных странах отличаются друг от друга, но диапазон различий невелик, когда речь идет о схожих технологиях.

Сравнивались максимальные и минимальные выбросы парниковых газов при производстве электричества с использованием твердого, жидкого и газообразного топлива, гидроэнергии, ядерной энергии, энергии ветра, Солнца и других возобновляемых энергоисточников. С учетом всей энергетической цепочки производства и потребления электричества ядерная энергетика дает выход двуокиси углерода в 40-100 раз меньше по сравнению с современными энергетическими цепочками ископаемого топлива (рис. 3).

Эмиссия парниковых газов от цепочки ядерной энергетики происходит главным образом в связи с использованием ископаемого топлива при добыче, обработке и обогащении урана, а также при производстве стали и цемента для строительства реакторов и установок топливного цикла. Эти выбросы, которые и так ничтожно малы по сравнению с эмиссией в результате непосредственного использования ископаемого топлива для производства электроэнергии, могут быть сокращены еще больше при совершенствовании процесса производства энергии. На стадии обогащения такие усовершенствования включают, например, замену газовой диффузии менее энергоемкими процессами, такими как центрифугирование или лазерное разделение изотопов.

В циклах ископаемого топлива наибольшая неопределенность характерна для природного газа в основном из-за различных оценок выбросов метана в атмосферу в процессе бурения, добычи и транспортировки природного газа.

Нелишне упомянуть, что отличительной чертой ядерной энергетики является включение расходов на обеспечение безопасности, обращение с радиоактивными отходами и снятие установок с эксплуатации во внутренние издержки производства. Это означает включение таких расходов в цену ядерной электроэнергии. С другой стороны затраты, необходимые для преодоления негативного воздействия других источников производства электроэнергии на здоровье и окружающую среду, не включаются во внутренние издержки, частично из-за трудностей их количественного выражения.

Компьютерные средства проекта DЕCADES могут использоваться для разработки экологически приемлемых и наиболее экономичных планов расширения систем производства электричества или для анализа целесообразно-

сти включения конкретного проекта в напряженный долгосрочный наиболее экономичный план развития страны или региона. Их можно также неоднократно использовать для изучения наиболее экономичных методов сокращения расходов на защиту окружающей среды (например, минимизация затрат на создание системы по достижению плановых значений сокращения выбросов SO2 или парниковых газов).

Оптимизация плана расширения осуществляется с учетом капитальных затрат, расходов на эксплуатацию и ремонт, на топливо, его инвентарных запасов и стоимости неиспользуемой энергии. После разработки оптимального плана расширения энергосистем программное обеспечение позволяет производить расчет выбросов в воздух, требований по отводу земли и производства твердых отходов по годам и этапам для каждой энергетической цепочки, включенной в систему, с тем чтобы рассчитать суммарные данные для всей системы электроснабжения.

На первом этапе проекта DECADES при поддержке МАГАТЭ в рамках проекта координированных исследований (ПКИ) были проведены 22 конкретных исследования по странам для сравнительной оценки альтернативных стратегий и программы в секторе производства электроэнергии.

Целью конкретных исследований было определение стратегий производства электроэнергии, которые отвечают задачам защиты окружающей среды, особенно в части сокращения атмосферных выбросов, при расходах в приемлемых пределах. Рассмотрен широкий спектр проблем, включая потенциальную роль ядерной энергетики в сокращении выбросов парниковых газов; влияние налогообложения и/или ограничений на выбросы СО2 на будущую структуру производства электроэнергии; и воздействие приватизации и дерегулирования сектора электричества на стратегические планы расширения электрических систем.

Значительное сокращение выбросов и других нагрузок на окружающую среду может быть достигнуто путем улучшения работы существующих установок на различных звеньях энергетических цепочек. Реконструкция существующих электростанций, особенно путем внедрения дополнительных технологий контроля за загрязнениями, часто оказывалась оправданной мерой по уменьшению кислотности и улучшению качества воздуха в локальном масштабе. Было установлено, что с точки зрения затрат эффективным вариантом повышения производительности энергосистем во многих странах является развитие двухцелевого производства энергии (тока и тепла), особенно там, где уже существуют сети теплоснабжения для центрального отопления.

Большинство исследований по изучению возможностей расширения энергомощностей показало, что затраты на ядерную энергетику эффективны, если речь идет о сокращении выбросов SO2, NOx и СО2, а также других парниковых газов. Например, в Румынии проведен сравнительный анализ сценариев расширения применения газа и ядерной энергии. Было установлено, что благодаря использованию АЭС для расширения энергосистемы можно добиться значительного сокращения эмиссии СО2 без каких-либо серьезных увеличении общих расходов на наращивание энергомощностей. Хотя в случае газового варианта выбросы СО2 и сокращаются по сравнению со сценариями с использованием угля, они значительно возрастают за исследуемый период. Выбросы SO2 сокращаются в том и в другом варианте, но при ядерном сценарии они сокращаются примерно на 30% больше по сравнению с газовым вариантом.

Ряд исследований показал также, что хотя запланированных значений по сокращению эмиссии CO2 можно достичь и без использования ядерной энергетики, ее применение позволило бы значительно уменьшить расходы. Можно указать на то, что осуществление мероприятий и программ по защите окружающей среды, скорее всего, приведет к увеличению стоимости электроэнергии, поступающей от работающих на ископаемом топливе электростанций, в связи с необходимостью соблюдения ими установленных правил. Кроме того, обеспокоенность глобальным изменением климата, заставляет многие страны рассматривать возможность принятия соответствующих политических решений (например, введение налогов на выбросы углерода), что повлияло бы на конкурентоспособность ископаемого топлива для производства электроэнергии. По результатам исследования в Румынии расходы на снижение выбросов CО2 при ускоренном внедрении ядерной энергетики составляют примерно 5 долл. США на тонну CО2 или 18 долл. США на тонну углерода. Эти значения находятся в нижней части диапазона таких расходов (во Втором оценочном докладе МГИК они определены в размере 0-120 долл. США на тонну углерода).

В большинстве конкретных исследований в качестве возможных вариантов для расширения систем производства электроэнергии рассматривались электростанции с использованием комбинированного цикла природного газа - очень привлекательные с точки зрения КПД (55% или выше), капитальных вложений и кратких сроков строительства. При рассмотрении этого варианта необходимо также принимать во внимание другие факторы. В их число входят гарантированность поставки для стран, зависимых от импорта, потенциальная возможность колебаний цен на газ и доля выбросов углекислого газа при сгорании метана во время добычи и транспортировки газа в общем загрязнении окружающей среды от эмиссии парниковых газов.

Установившееся в ходе осуществления данного исследования сотрудничество экспертов по различным научным специальностям из разных стран оказалось весьма ценным и эффективным.

Особенно важно, что результатом такого сотрудничества, обмена информацией и опытом между различными группами специалистов стали выявление и реализация общих подходов для их решения. Участие экспертов в областях анализа электрических систем, макроэкономики и оценки воздействия на окружающую среду привело к признанию необходимости согласования различных задач и приоритетов - например, снижения локального и глобального воздействия энергетики на экологию и решения социально-экономических проблем и обеспечения гарантированной поставки топлива - в рамках всесторонней оценки альтернатив.

На втором этапе (1996-2000 гг.) основное внимание сосредоточено на распространении имеющихся компьютерных инструментальных средств, обучении пользователей их применению, поддержке страновых исследований и разработке новых аналитических возможностей.

Компьютерные инструментальные средства DECADES будут расширены с целью более полного охвата проблем оценки воздействия энергетики и интеграции показателей ее воздействия на процессы принятия решений. Области, в которых в настоящее время ведется дополнительная работа, включают получение более полного представления об ущербе для здоровья и окружающей среды, а также о связанных с этим внешних расходах, увеличение потенциала для проведения анализа в целях регулирования, выбор вариантов управления спросом, применение установок, работающих на нескольких видах топлива, и комбинированных теплоэнергетических систем.

Ключом к разработке стратегий устойчивого энергоснабжения служит сравнительная оценка путей прохождения энергии по всей цепи от источника до потребителя различных энергоисточников и конверсионных технологий. Проект DECADES обеспечивает необходимые методологию и инструменты для проведения таких оценок, и постоянно осуществляется распространение опыта этой работы и ее результатов среди государств - членов МАГАТЭ.

Исследования методом сравнительной оценки на базе DECADES показывают, что ядерная энергетика с экономической точки зрения может конкурировать с другими базовыми вариантами производства энергии и на что она производит значительно более низкие выбросы SO2, NOx и CO2 по сравнению с любыми источниками, использующими ископаемое топливо. В странах с соответствующей развитой инфраструктурой предпочтительным вариантом источника электроэнергии является природный газ, даже если он импортируется. Угольные электростанции могут быть привлекательными для стран с обеспеченным доступом к недорогим источникам снабжения. Однако их конкурентоспособность может оказаться сомнительной в контексте более строгих правил экологической защиты и нормативных требований по установке приборов контроля за загрязнениями и ограничений по выбросу парниковых газов. Большинство возобновляемых источников энергии сулят заманчивые перспективы в плане создания экологически благоприятных систем производства электроэнергии. Но их потенциальная роль для крупномасштабного электроснабжения, за исключением традиционных гидростанций, может быть ограничена физическими условиями в некоторых регионах. Кроме того, в кратко- и среднесрочной перспективе маловероятна их экономическая конкурентоспособность в качестве основы производства электричества в сравнении с ископаемым топливом и ядерной энергетикой.

Чтобы больше заинтересованных стран получали помощь в проведении собственных исследований, Агентство намерено предпринимать усилия по расширению своих возможностей для объективного анализа в области сравнительной оценки энергоисточников. Предусматривается более тесное сотрудничество с рядом организаций в энергетическом секторе, в том числе с Агентством по ядерной энергии, Европейской комиссией, Всемирным банком, Организацией стран - экспортеров нефти, Международным энергетическим агентством. МАГАТЭ будет также продолжать работу в рамках системы ООН по объективному изучению всех вариантов производства энергии.

На основе результатов своих анализов сравнительных оценок МАГАТЭ планирует активно участвовать в подготовке Третьего оценочного доклада МГИК. В течение последующих двух-трех лет доклад явится важной научной базой для обсуждения программных подходов к проблемам изменения климата и ослабления воздействия эмиссии парниковых газов.