Известия РАН. Энергетика, 2023, № 2, стр. 3-15

ВВЕДЕНИЕ

Проблема глобальных изменений климата остается в фокусе внимания мирового сообщества, несмотря на другие потрясения планетарного масштаба, преследующие человечество в последние годы. С тех пор как в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была подписана рамочная Конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН), практически ежегодно страны-участницы собираются на конференции для обсуждения хода выполнения Конвенции и формирования новых инструментов защиты климата. Результаты трех таких встреч, на которых были приняты наиболее значимые решения, представлены в табл. 1.

Анализируя табл. 1, можно отметить нарастание решительности предпринимаемых мировым сообществом мер по противодействию опасным изменениям климата, которая обусловлена сохраняющимися тенденциями глобального потепления, более глубоким пониманием существа и опасности происходящих процессов, а также медленными темпами декарбонизации мировой экономики.

Вопросы эффективности предлагаемых мер по предотвращению катастрофического изменения климата (а таким считается повышение среднеглобальной температуры выше 2°С по сравнению с доиндустриальным периодом) находятся в центре внимания научного сообщества. В частности, в [1–4] было показано, что мероприятия ни Киотского протокола (1997 г.), ни Парижского соглашения (2015 г.) не в состоянии удержать глобальное потепление в пределах 2°С, и лишь полное выполнение решений пакта Глазго (2021 г.) способно предотвратить повышение среднеглобальной температуры выше 1.5°С (рис. 1).

Рис. 1.

Изменения среднеглобальной температуры (в отклонениях от среднего значения за 1850–1900 гг.): модельные оценки по различным сценариям [1–4] и данные инструментальных измерений Центра климатических исследований Университета Восточной Англии (CRU) [5].

1. ВЫБРОСЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В РОССИИ

Россия относится к числу государств, имеющих существенную эмиссию парниковых газов (диоксид углерода, метан, закись азота и др.). Согласно данным Росгидромета (рис. 2), в 2019 г. доля диоксида углерода в суммарных выбросах парниковых газов составляла примерно 80% (1.6 млрд т, из которых примерно треть поглощалась наземными биосистемами), 15% приходилось на метан и 5% – на закись азота и прочие газы. Что касается источников, 80% всех парниковых выбросов приходится на энергетику, около 10% – на промышленные процессы, не связанные со сжиганием топлива, и примерно по 5% – на сельское хозяйство и обращение с отходами.

Рис. 2.

Структура выбросов парниковых газов в России в 2020 г. в пересчете на диоксид углерода¹ (млн т СО_2экв) по компонентам (а) и по источникам (б) по данным Росгидромета [6].

Россия принимает активное участие в деятельности РКИК ООН, последовательно подписав и ратифицировав все ее основные документы (за исключением Глобального обязательства по метану 2021 г.). На федеральном уровне принят ряд стратегических документов, определяющих направления климатической политики нашей страны. К числу важнейших из них следует отнести:

Климатическая доктрина Российской Федерации (утв. Распоряжением Президента РФ от 17.12.2009 г. № 861-рп);

Стратегия социально-экономического развития России с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года (утв. Распоряжением Правительства РФ от 29.10.2021 г. №3052-р);

Федеральный закон от 02.07.2021 г. № 296-ФЗ Об ограничении выбросов парниковых газов.

Согласно этим документам, Россия планирует до 2030 г. не превысить 70–75% от уровня выбросов парниковых газов в 1990 г., а к 2060 г. достичь углеродной нейтральности своей экономики (т.е. суммарные выбросы парниковых газов будут равны суммарному их поглощению на территории страны биологическими и техногенными системами) (рис. 3).

Рис. 3.

Динамика выбросов и поглощения парниковых газов (в пересчете на диоксид углерода) из различных источников в России по целевому сценарию Стратегии низкоуглеродного развития [11].

Каким же образом могут быть достигнуты эти ориентиры? Попробуем оценить возможности достижения поставленных целей и обоснования перспективных путей их реализации.

Особые надежды возлагаются на “максимально полный учет поглощающей способности лесов”. Из рис. 3 видно, что в период 1990–2010 гг. сток углерода в наземную биоту существенно увеличился, что связано в первую очередь с радикальным уменьшением лесозаготовок и возделывания сельскохозяйственных земель в 1990-е гг. По мере восстановления лесозаготовительной промышленности и сельского хозяйства поглощение углекислого газа уменьшилось, и его 2.5-кратный рост к 2050 г. (при сохранении тенденций роста лесозаготовки и сельскохозяйственного производства) может быть обеспечен только массовым лесовосстановлением, на порядок превышающим современные масштабы посадок.

2. ЭНЕРГЕТИКА РОССИИ

Теперь обратимся к главному источнику парниковых газов – энергетике. Энергетика России в настоящее время основана на использовании ископаемого топлива (рис. 4а). Доля безуглеродных источников энергии (ГЭС, АЭС, возобновляемые источники энергии) составляет менее 15% (в среднем по миру – 18%). Отметим практически нулевой вклад (0.2% без учета крупных ГЭС и некоммерческого использования древесного топлива) возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетику России, что резко отличается от других стран. Как было показано в [8], лишь преобладание природного газа в топливно-энергетическом балансе России пока позволяет удерживать карбоноемкость национального энергопотребления на среднемировом уровне (рис. 4б).

Рис. 4.

Топливно-энергетические балансы (а) и удельные выбросы при производстве энергии (б) мира, ЕС, стран ОЭСР, США, Китая и России в 2020 г. по данным BP [9].

Энергетическая стратегия России на период до 2035 г. [10], равно как и Стратегия низкоуглеродного развития России [11], не предполагают существенного роста доли ВИЭ в производстве энергии.¹¹ За предыдущие 20 лет, когда обновилось около четверти российской электрогенерации (рис. 5), было введено лишь 3.7 ГВт солнечных и ветровых электростанций, и их доля в суммарной установленной мощности электростанций не достигла и 2%. Таким образом рассчитывать на помощь ВИЭ в снижении эмиссии парниковых газов, прежде всего диоксида углерода, не приходится.

Рис. 5.

Структура установленной мощности электростанций в 2022 г. (а) и вводов новой генерации в 2001–2021 гг. по данным СО ЕЭС (б).

3. ЭМИССИЯ МЕТАНА НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ

Как было показано в [4], вслед за снижением выбросов углекислого газа при сжигании ископаемого топлива наиболее эффективным инструментом уменьшения глобального парникового эффекта должны стать мероприятия по сокращению выбросов метана и увеличению площади лесов.

К сожалению, в отличие от эмиссии углерода при сжигании топлива расчеты выбросов метана представляют значительно более сложную задачу и не отличаются необходимой точностью. Как видно из рис. 6, показывающего динамику выбросов CH₄ на территории страны за последние 50 лет, эти оценки могут различаться в несколько раз. Инвентаризация метановых выбросов, проводимая в 1994–2021 гг. Росгидрометом, претерпела два существенных изменения: смена методики расчетов в 2011 г. привела к увеличению оценок примерно в 1.5 раза, а модификация 2017 г. – к их снижению почти в два раза, причем основные изменения коснулись энергетических источников – шахтного метана и утечек из газопроводов (рис. 6б).

Рис. 6.

Суммарные выбросы метана на территории России в 1990–2020 гг. (а) и их структура в 2005 г. (б) по оценкам Росгидромета [6, 12–13], Европейской комиссии (EDGAR) [14] и Института мировых ресурсов (WRI) [15].

Выбросы метана в настоящее время можно оценить в 15–35 млн т ежегодно, т.е. примерно 20–50 млрд м³, или около 10% от ежегодного потребления природного газа экономикой России. В мире разработаны и успешно применяются различные технологии улавливания и утилизации шахтного [16, 17] и свалочного метана [18], а также производства биогаза из сельскохозяйственных отходов [19]. К сожалению, в России реализованы единичные проекты в этой области. Модернизация газотранспортной системы, использование технологий улавливания и утилизации шахтного метана и свалочного газа способны не только дать заметную экономию топлива, но и обеспечить существенный “климатический” эффект – парниковый эффект, вызываемый метаном, в 25 раз выше, чем у диоксида углерода [7].

4. ВЫБРОСЫ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ РОССИИ

Лесное хозяйство России занимает особое место в экономике и повседневной жизни страны хотя бы в силу известного факта, что ее леса составляют по площади 20%, а по запасу углерода более 10% от общего резервуара планеты. Одновременно малая плотность населения и слабое экономическое развитие лесных территорий делают затруднительным не только их охрану и восстановление, но даже учет. Если по вырубке лесов в ходе лесозаготовки, а также по лесовосстановлению ведется прямой учет, то основная опасность – лесные пожары, – оценивается по данным наблюдений – наземного и дистанционного зондирования. Рис. 7а демонстрирует разброс оценок гибели лесов в России от пожаров и соответствующих выбросов диоксида углерода.

Рис. 7.

Лесные площади, пройденные огнем, гибель лесов от пожаров в России (а) и соответствующие выбросы углекислого газа в сравнении с эмиссией от сжигания топлива (б) по данным инвентаризаций Росгидромета [6, 12–13], дистанционного зондирования Земли (Аэрокосмос [20–22], ИКИ РАН [23–24], Авиалесоохраны [25], программы Всемирного банка Global Forest Watch [26] и архива GFED [27])].

Споры относительно корректности различных оценок не только не утихают, но и разгораются со временем, в том числе и на международных площадках, поскольку эти оценки формируют научный базис для осуществления Россией ее национальных стратегий в области низкоуглеродного развития и охраны климата, а также выполнения международных обязательств. В целом можно констатировать, что в последние 20 лет наблюдается тенденция к росту потерь леса и увеличения эмиссии диоксида углерода в результате лесных пожаров, причем величина этих выбросов после 2010 г. находится в диапазоне 700–1100 млн т СО₂ (рис. 7б). Таким образом, в России пожарная эмиссия составляет 50–75% от индустриальной и в 3–5 раз превышает среднемировой показатель. Это предопределяет не только особую роль охраны лесов в осуществлении Россией релевантной климату стратегии, но и саму возможность исполнения этой стратегии.

Совершенствование лесопользования, в том числе развитие энергетического использования древесины [28] и борьба с природными пожарами, могут обеспечить существенный вклад в достижение целей снижения выбросов парниковых газов.

5. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Еще одним заметным ресурсом снижения выбросов парниковых газов является энергосбережение, потенциал которого в России оценивается в 300 млн т у.т. На рис. 8 представлена динамика энергопотребления, ВВП и его энергоемкости в России.

Рис. 8.

Динамика энергопотребления, ВВП и его энергоемкости в России по данным Росстата [29] и целевые показатели [30–31] (а) и сравнение энергоемкости ВВП некоторых стран (по данным Всемирного банка [32]) (б).

Из рис. 8а видно, что после существенного снижения энергоемкости ВВП России в 2000–2008 г., что дало основание поставить целью на 2020 г. в Указе Президента России “О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики” [31] снижение ее на 40% по сравнению с уровнем 2007 г. (рис. 8a), темпы роста энергоэффективности экономики России упали практически до нуля. В результате в качестве целевого ориентира государственной программы Российской Федерации “Энергоэффективность и развитие энергетики” (2014 г.) [30] на 2020 г. было принято снижение энергоемкости ВВП всего на 13.5% от уровня 2010 г., что и было достигнуто (рис. 8a). Рис. 8б показывает, что в настоящее время энергоемкость ВВП России примерно на 15% выше аналогичного показателя наиболее близкой по размерам, климатическим условиям и структуре экономики Канады и в 2.5 раза выше, чем у также холодной и ориентированной на добычу углеводородов Норвегии.

6. ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В РОССИИ

На основе анализа приведенной выше информации были сформированы следующие группы мероприятий по снижению выбросов парниковых газов на территории России:

1) “ВИЭ 10%” – увеличение доли ВИЭ в энергобалансе страны до 10% (это потребует ввода более 50 ГВт солнечных и ветровых электростанций);

2) “Метан 25%/10%” – снижение утечек в газотранспортной системе на 25% и утилизация 10% шахтного и свалочного метана, а также отходов сельского хозяйства;

3) “Пожары 50%” – сокращение ежегодных лесных пожаров на 50% (целевой ориентир Указа Президента Российской Федерации от 15 июня 2022 г. № 382 “О мерах по сокращению площади лесных пожаров в Российской Федерации”);

4) “Энергосбережение 20%” – реализация малозатратных энергосберегающих мероприятий [33].

На рис. 9 приведено сравнение возможных объемов сокращения выбросов парниковых газов за счет реализации мероприятий этих групп.

Рис. 9.

Снижение выбросов парниковых газов за счет различных групп мероприятий (относительно современного уровня).

Замена выработки тепловых станций в объеме примерно 100 млрд кВт ч/год на безуглеродные источники (кроме 50 ГВт ВИЭ, это могут быть АЭС – примерно 15 гигаваттных реакторов, или ГЭС масштаба Ангаро–Енисейского каскада) приведет к снижению выбросов диоксида углерода (за счет замещения органического топлива, сжигаемого на ТЭС) в объеме около 150 млн т/год.

Модернизация газотранспортной системы и утилизация метана угольных шахт и полигонов ТКО обеспечит эквивалентное уменьшение выбросов этого парникового газа в масштабе 60 млн т CO_2экв/год. Двукратное уменьшение потерь леса от пожаров снизит выбросы диоксида углерода в атмосферу в среднем на 180 млн т/год. Реализация малозатратных энергосберегающих мероприятий – почти 130 млн т/год.

Как видно из приведенных результатов расчетов, совместная реализация “метановых”, “лесных” и “энергосберегающих” мероприятий дает эффект почти в 2.5 раза превышающий эффект строительства гигантского парка ВИЭ-генерации.

ВЫВОДЫ

Для России приоритетными направлениями снижения выбросов парниковых газов могут быть комплексные мероприятия, климатический эффект которых сопровождается расширением топливной базы отечественной энергетики, экономией природных ресурсов, ростом промышленной безопасности и повышением качества окружающей среды:

• модернизация газотранспортной системы, использование технологий улавливания и утилизации шахтного метана и свалочного газа;

• совершенствование лесопользования и борьба с природными пожарами;

• повышение энергоэффективности во всех отраслях экономики.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-29-00680).