Green power and new urbanism: prospects of use of hybrid power technologies in municipal economy

В настоящее время можно говорить о все еще набирающем силу процессе урбанизации в нашей стране. Значительная масса населения движется из малых городов и сельских территорий в крупные города, а из них, в свою очередь, в города-миллионеры и городские агломерации. При этом базисными детерминантами развития городов выступают [1-16 и др.]:

• 1.    Нехватка свободных пространств и высокая стоимость земли, способствующая «росту городов вверх», т.е. расширению высотного строительства;

• 2.    Высокая плотность застройки и, как следствие, высокие нагрузки на инфраструктурные сети, которые возникают в утренние и вечерние часы, и которые при этом значительно осложняются вследствие осуществления высотного строительства без существенной трансформации городских энергетических и инфраструктурных сетей;

• 3.    Стремление населения к повышению бытового комфорта, оборачивающееся повышением энергопотребления жилищ, а также мест осуществления трудовой деятельности (оснащение микроволновыми печами, освещение, питание бытовых холодильных установок, посудомоечных машин в квартирах, питание персональных компьютеров и устройств связи и др.);

• 4.    Существенные и возрастающие природно-климатические девиации, требующие значительных затрат на минимизацию их влияния на организм человека. Так, рост температур воздуха летом отражается в повышенном спросе на кондиционеры, они также в периоды летней жары используются на большинстве предприятий, резкие температурные изменения в межсезонье отражаются также повышением расхода электроэнергии для отопления производственных и бытовых поселений в периоды недействующего центрального отопления и/или вентилирования данных помещений;

• 5.    Резкое ухудшение экологической ситуации в большинстве крупных городов мира [17], включая практически все крупные города и городские агломерации нашей страны.

ГРНТИ 06.52.17

Инна Александровна Круглова – кандидат экономических наук, кандидат юридических наук, доцент, заведующий кафедрой мировой экономики и менеджмента Международного банковского института (г. Санкт-Петербург).

Статья поступила в редакцию 12.04.2019.

Влияние подобных детерминант с течением времени, по мнению большинства экспертов в сфере безопасности, экологии, градостроительства и энергетики, будет только усиливаться. А значит и потребность в дополнительных источниках энергии с течением времени будет только возрастать. На рис. 1 представлен прогноз потребности в дополнительных генерирующих мощностях по разным регионам мира, при этом предполагается, что, по крайней мере половина дополнительно полученной электроэнергии будет направлена на нужды городских хозяйств и иных потребителей в городах и агломерациях.

Острая ситуация складывается в области электроэнергетики. Общий объем ввода мощностей к 2030 г - 3 540 ГВт

Африка Южнее Сахары

Источник: Энергетика: инфраструктурный вызов развития. Материалы к выступлению П.Г. Щедровицкого, Москва, 26 мая 2006, режим доступа: https://slideplayer.com/slide/4832934 .

Рис. 1. Прогноз потребности в дополнительных генерирующих мощностях по разным регионам мира

Соответственно, в аспекте обеспечения энергетической составляющей безопасного и устойчивого функционирования всех городских систем и жизнедеятельности населения городов наиболее важными элементами выступают:

• 1.    Формирование достаточного уровня генерации электрической энергии для обеспечения нужд городских поселений и городских агломераций в контексте устойчивого электроснабжения: населения; городской / агломерационной инфраструктуры; производственных, торговых и иных организаций.

• 2.    Формирование достаточного уровня пропускной способности городской / агломерационной инфраструктуры (энергопередающей, трансформирующей и распределяющей).

• 3.    Использование технологий сохранения и диспетчеризации энергии. Решение данной проблемы включает две составляющих: разработка и использование цифровых технологий для эффективной координации процессов генерации, накопления (сохранения) и потребления энергии; разработка систем аккумулирования и сохранения энергии. Принципиальным моментом в данном случае является развитие не только систем генерации, но также систем накопления и переопределения энергии.

• 4.    Проблема генерации достаточного количества электрической энергии для обеспечения беспрерывно растущих потребностей городов и агломераций. Данная проблема может быть решена традиционным способом, предполагающим экстенсивное наращивание генерирующих мощностей, либо посредством развития «зеленых» технологий. Это может быть осуществлено через расширение использования: газовой генерации, мазутной генерации, угольной (в т.ч. пылеугольной) генерации. Также возможно использование иных источников и технологий генерации, включая ветровые электростанции, использование солнечных панелей (батарей), электростанции (электрогенерацию) на биомассе и иные виды технологий выработки электроэнергии, присутствующие в мировой практике, но практически полностью отсутствующие в отечественной хозяйственной реальности (рис. 2).

СТРУКТУРА ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В СТРАНАХ МИРА

Рис. 2 . Структура источников генерации электрической энергии в странах мира (источник: переток.ру)

Значительная часть «традиционной» генерации для нужд городов и городских агломераций в нашей стране осуществляется через использование газовых электростанций (газовая генерация). Газовая генерация по целому спектру причин является более выгодной и значительно более экологически чистой по сравнению с угольной генерацией или мазутной генерацией, а также технологически более простой и регулируемой по сравнению с генерацией на угольной пыли (но менее дешевой – газ дороже угля в некоторых регионах нашей страны). Однако, простое наращивание объемов генерации электроэнергии и, в первую очередь – путем использования угольной и газовой генерации – существенно ограничено следующими факторами:

• 1.    Сложностью резкого наращивания объема добываемого природного газа, требуемого для развития газовой генерации необходимыми темпами.

• 2.    Высоким уровнем износа основных фондов в газовой промышленности (по некоторым данным, на сегодняшний день он превышает 60%), в электроэнергетике (он, в свою очередь, оценивается в ве-

• личину порядка 40%) и в нефтепереработке (где он, по разным данным, составляет от 75% до 85% – данная отрасль важна как поставщик энергоносителя для мазутной генерации, используемой в ряде периферийных городов страны). Структура износа основных фондов электроэнергетики представлена в таблице.

• 3.    Экологическими причинами: наращивание традиционной генерации (на основе газа, угля и, тем более, мазута) наиболее вероятно будет способствовать дальнейшему значительному ухудшению экологической обстановки в городах. В данном случае мы имеем весьма убедительный опыт нашего соседа – Китайской Народной Республики: «Высокое потребление угля энергетическим сектором, промышленностью и домашними хозяйствами сопровождается серьезным загрязнением атмосферы, что все чаще становится причиной смертельных заболеваний населения страны. В Китае ежегодно умирает 1,6 млн человек (приблизительно 17% от всех смертей в стране) от сердечно-сосудистых и легочных заболеваний, вызванных загрязнением воздуха. Более того, 38% населения Китая проживает в зоне высокого загрязнения воздуха. Самая плачевная экологическая ситуация наблюдается на юго-западе Пекина с населением почти 27,5 млн человек» [4, с. 769]. Поэтому авторами исследования делается вывод: «Постепенное, но последовательное развитие и внедрение технологий на основе ВИЭ (возобновимых источников энергии – прим. автора статьи) – это не только гарантия повышения энергобезопасности страны, но и разумная попытка улучшить экологическую ситуацию, которая стремительно ухудшается с каждым годом» [там же].

Таблица 1

Основные фонды «Производства и распределения электроэнергии, газа и воды» (2014 г., %) [7, с. 767]

Восполнение недостатка генерирующих мощностей, таким образом, с учетом экологических соображений должно осуществляться посредством использования альтернативных источников энергии. Наиболее перспективными из альтернативных источников энергии, с учетом мирового, в том числе – европейского – опыта, представляется использование новых технологий генерации. Рассмотрим их более детально. В первую очередь, это – генерации на биомассе. Данный вид источников энергии выступает одним из наиболее перспективных направлений развития генерации, направленной на обеспечение потребностей городов в электрической (и в некоторой степени тепловой) энергии. Несомненным преимуществом является возможность осуществления данной генерации параллельно с процессами переработки мусора, при этом заводы по утилизации мусора могут также выступать источниками биогаза для электрогенераторов. Недостатком данного вида генерации является выделение в атмосферу диоксида углерода и микрочастиц угольной пыли (которая, однако, может почти полностью улавливаться соответствующими фильтрами) так же, как в процессе газовой и углегазовой генерации.

Данного недостатка лишены ветрогенерация и солнечная генерация. Но если использование вет-рогенераторов для значительной части регионов России является экзотикой с неизвестным уровнем оправданности, то использование солнечных панелей в условиях современного развития технологий является оправданным при строительстве зданий различной этажности в подавляющем большинстве средних и крупных городов и, тем более, городских агломераций нашей страны: применение солнеч- ных панелей для внешней облицовки высотных зданий позволяет обеспечить значительную экономию энергопотребления данных зданий.

Необходимо учитывать, что элементы энергетической стратегии городского развития должны подразделяться в зависимости от особенностей города:

• 1.    В малых и средних городах возможна реализация проекта «альтернативная котельная» – создание сети микроэлекростанций и тепловых газовых генераторов, которые будут координироваться из единого центра и представлять собой распределенную сеть управления – это может позволить избежать потери электроэнергии в передающих и распределяющих сетях, что позволит снизить нагрузку на существующую городскую энергетическую инфраструктуру и существенно снизит потребность в строительстве новых сетей.

• 2.    В крупных городах и городских агломерациях наиболее перспективным представляется применение систем цифрового управления потоками энергии, осуществляющими комплексное перенаправление потоков энергии сетей городского освещения, которое частично также может питаться за счет солнечной энергии, системы городского электротранспорта и электроэнергии, генерируемой солнечными панелями обшивки высотных зданий (в соответствии с европейским опытом), в сочетании с использованием разрабатываемых перспективных технологий аккумуляции и хранения энергии (основным недостатком имеющихся в настоящее технологий является значительное снижение емкости аккумуляторов в период отрицательных температур, однако имеющиеся перспективные разработки потенциально способны преодолеть данный недостаток), что в совокупности позволит нивелировать влияние пиковых нагрузок, осуществить экономию в распределяющих сетях и трансформирующих устройствах и обойтись, таким образом, без существенного расширения традиционных источников энергии.

Таким образом, на основе изложенного, необходимо заключить, что реализация мероприятий, способствующих экономии потребляемой энергии, должно разгрузить питающую энергетическую инфраструктуру, что, в свою очередь, позволит осуществить подключение большего количества потребителей и снабжать имеющихся большим количеством энергии, способствуя, тем самым, повышению качества жизни и улучшению условий осуществления хозяйственной деятельности. При этом необходимая часть повышения генерирующих мощностей с учетом экологических соображений, а также соображений эколого-экономической безопасности, должна осуществляться за счет использования альтернативных источников энергии, из которых наиболее перспективными для электроснабжения городов и агломераций в настоящее время являются биогазовая и солнечная энергетика.