Анализ эколого–социальных аспектов применения возобновляемых источников энергии на Европейском Севере РФ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Переход к использованию возобновляемой энергетики и борьба с изменением климата занимают все более значительное место в глобальной политике и экономике. Российская Федерация в свою очередь демонстрирует приверженность своей направленности на устойчивое развитие и соблюдение международных обязательств, в том числе связанных со снижением выбросов парниковых газов (Парижское соглашение 2015, ранее Киотский протокол 1997). В. Путин, выступая на 70-й конференции Организации Объединенных Наций, заявил, что в «рамках нашего национального вклада мы планируем ограничить выбросы парниковых газов до 70-75% от уровня 1990 года к 2030 году» [1, 2]. Также он признал, что нужен принципиально иной подход, который предполагает внедрение новых технологий, которые не повредят окружающей среде, позволяя восстановить баланс между технологией и биосферой.

В отличие от многих стран мира, которые планируют достичь к 2020 г. 15-20% вклада возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетические балансы, Россия намерена к этому сроку обеспечить производство лишь 4,5% электроэнергии на основе энергоустановок на ВИЭ, при этом акцент делается на ветровые электростанции (ветровые фермы), на малые (до 25 МВт) гидростанции, на энергоустановки на биомассе и т.п., на которых в зоне централизованного энергоснабжения нужно ввести суммарно около 25 ГВт установленной мощности [3,4]. В связи с этим вопрос ВИЭ на Европейском Севере, богатым ветровыми, био- и гидроэнергетическими ресурсами, становится особенно актуальным [5].

Актуальность темы также определяется растущей потребностью в энергетическом обеспечении, усилением борьбы с изменением климата и перехода на более «чистые» источники энергии, решением чему может послужить использование альтернативных источников энергии, особенно в удаленных районах на Европейском Севере России, который включает в себя крупнейший по территории Северный экономический район, объединяющий Вологодскую, Архангельскую и Мурманскую области, а также республики Карелия, Коми и Ненецкий автономный округ.

Объектом исследования являются экологические, экономические и социальные аспекты применения альтернативной энергетики. В качестве предмета выступает территория Европейского Севера РФ. Целью магистерской диссертации является изучение эколого-социальных аспектов применения возобновляемых источников энергии на Европейском Севере РФ.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- Исследовать особенности альтернативных источников энергии;

- Проанализировать характерные черты использования альтернативной энергетики в условиях Европейского Севера России с учетом международного опыта;

- Выявить основные проблемы развития альтернативной энергетики и обосновать предложения по их решению.

Практическое значение работы заключается в том, что полученные в настоящей работе выводы могут быть в дальнейшем использованы в деятельности региональных органов исполнительной власти при разработке программ социо-эколого-экономического развития на территориях Европейского Севера Российской Федерации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обоснована необходимость перехода к возобновляемым источникам энергии, что могло бы сократить выбросы вредных веществ в атмосферу, создать новые рабочие места и принести экономические выгоды.

3. Выделены и охарактеризованы возобновляемые ресурсы доступные для использования в энергетическом секторе, характерные для территорий Европейского Севера РФ.

3. Выявлена целесообразность использования энергии ветра, малых гидроэлектростанций и биоэнергетики при наличии соответствующих природно-климатических и технико-экономических условий.

1. Теоретические основы устойчивого развития энергетического сектора

1.1 Устойчивое развитие энергетики: сущность и подходы к оценке

Термин «устойчивое развитие» (sustainable development) получил широкое распространение в 1987 г. после того, как Международная комиссия по окружающей среде и развитию ООН опубликовала доклад «Наше общее будущее». В данном докладе устойчивое развитие определяется следующим образом: «Человечество способно придать развитию устойчивый и долговременный характер с тем, чтобы оно отвечало потребностям ныне живущих людей, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять свои потребности… Устойчивое и долговременное развитие представляет собой не неизменное состояние гармонии, а скорее процесс изменений, в котором масштабы эксплуатации ресурсов, направления капиталовложений, ориентация технического развития и инвестиционные изменения согласуются с нынешними и будущими потребностями» [6].

В понимании устойчивого развития выделяют три важнейших аспекта:

1) Экономический: экономическая устойчивость требует, чтобы различные виды капитала, обеспечивающие экономическое производство, сохранялись или увеличивались. Они включают производственный, естественный, человеческий и социальный капитал.

2) Экологический: сохранение экосистем и природных ресурсов необходимо для устойчивого экономического производства и межпоколенного равенства. С экологической точки зрения, и народонаселение, и общий спрос на ресурсы должны быть ограничены по своим масштабам, а целостность экосистем и разнообразие видов необходимо сохранят.

3) Социальный: социальное равенство, удовлетворение базовых потребностей в здоровье и образовании, представительная демократия являются ключевыми элементами развития (рисунок 1.1). При этом они взаимосвязаны с экологической устойчивостью [7].

Рисунок 1.1 Схема устойчивого развития

Первоочередную задачу устойчивого развития часто определяют как обеспечение источниками энергии, особенно электроэнергии, пятой части населения мира, не имеющей доступа к ним. В итоговом документе «Будущее, которого мы хотим» Конференции Организации Объединенных Наций по устойчивому развитию (известной также как Рио+20), состоявшейся в 2012 году, энергетике отводится центральная роль: «Мы признаем чрезвычайно важную роль, которую энергетика играет в процессе развития, поскольку доступ к современным устойчивым услугам в сфере энергетики способствует искоренению нищеты, спасению жизни людей и улучшению состояния их здоровья, а также помогает обеспечивать удовлетворение насущных потребностей людей».

Принятый в ООН 193 странами мира в 2015 году документ: «Преобразование нашего мира: повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 года» задает новые векторы развития человечества. Провозглашенные «Цели устойчивого развития» (Sustainable Development Goals) задачи пришли на смену «Целям развития тысячелетия» (Milenium Development Goals).

Новые цели и задачи носят комплексный и неделимый характер и обеспечивают сбалансированность всех трех компонентов устойчивого развития: экономического, социального и экологического (рисунок1.2). 25 сентября 2015 года 193 страны приняли следующие 17 глобальных целей [8].

Рисунок 1.2 Цели устойчивого развития (ЦУР)

Для данной работы наибольший интерес представляют ЦУР. (недорогая и чистая энергия) и ЦУР13 (борьба с изменением климата) представленные на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 Цели устойчивого развития 7 и 13

Мировой Энергетический Совет для реализации проектов устойчивой энергетики разработал концепцию «энергетической трилеммы», которая стала ответом на современную тройную энергетическую задачу, заключающуюся в поддержке безопасной, доступной и экологически чистой энергии. «Энергетическая трилемма» включает:

1) энергетическую безопасность - эффективную организацию поставки первичной энергии из национальных и зарубежных источников, надежность энергетической инфраструктуры и способность поставщиков энергии удовлетворить текущий и будущий спрос;

2) энергетическое равенство - наличие и доступность энергии для населения;

3) экологическую устойчивость - определяет эффективность предложения и спроса энергии, а также развитие предложения энергии из возобновляемых источников и других малоуглеродистых источников [9].

На наш взгляд, при анализе устойчивого развития энергетики целесообразно применить подход Шаламовой О.В. [10], которая считает, что «проведение анализа устойчивости необходимо не только на уровне самого предприятия, но и в системе отраслевого и регионального развития». Таким образом, по мнению автора, следует выделить:

1) устойчивое развитие энергетики государства;

2) устойчивое развитие отраслей энергетики;

3) устойчивое развитие предприятий энергетики.

Устойчивость энергетики на уровне государства зависит как от устойчивого развития отраслей энергетики, так и от устойчивости отдельных предприятий энергетики.

В научной литературе отсутствует определение понятия «устойчивое развитие энергетики государства». В наиболее широком контексте, и, следовательно, подходящем для понимания высшего уровня устойчивого развития энергетики, то есть энергетики на уровне государства, устойчивость энергетики рассматривает Девид Л. Грин [11]. Данный автор определяет устойчивость энергетики в качестве гаранта того, чтобы у будущих поколений были энергетические ресурсы, которые позволят им достигнуть уровня благосостояния, по крайней мере, такого же, как у нынешнего поколения. Следует отметить, что данное определение устойчивости энергетики является схожим с официальным определением устойчивого развития, в котором присутствует акцент на учет будущих потребностей человечества.

Определенное представление о значении «устойчивого развития энергетики государства» можно получить из работы Шевченко Н.А. [12] «Научно-инновационный потенциал современного энергетического сектора мировой экономики», в которой он связывает данное понятие с задачами обеспечения доступа к источникам энергии и современным технологиям ее производства, устранения неравенства в этой области, охраны окружающей среды, мобилизации финансовых ресурсов и наращивания институционального и кадрового потенциала развивающихся стран. Следует отметить, что в данном определении ключевыми является социальные и экологические аспекты устойчивого развития.

На основе работы Хуажевой А.Ш. и Киржиновой К.Н. [13], исследовавших проблемы функционирования региональных энергетических систем в условиях ограниченности собственных энергетических ресурсов на примере топливно-энергетической системы России, можно сделать вывод, что устойчивое развития энергетики государства представляет собой способную к саморегулированию систему обеспечения энергетической безопасности с учетом оптимизации территориальной структуры производства и потребления топливно-энергетических ресурсов при повышении самостоятельности регионов в решении вопросов энергообеспечения, включая контроль за рациональным использованием энергоресурсов, энергосбережение, производство тепловой и электрической энергии, а также поиск новых способов автономного удовлетворения потребностей промышленности и населения региона в энергии. Необходимо отметить, что центральным в этом понимании устойчивого развития энергетики государства является обеспечение энергетической безопасности страны.

На основе обобщения материалов аналитических отчетов, научных статей, мнений специалистов автор предлагает следующее определение устойчивого развития энергетики региона: устойчивое развитие энергетики региона - процесс развития способной к саморегулированию системы с целью достижения региональной энергетической безопасности при рациональном использовании энергоресурсов, обеспечении социального равенства в области доступа к энергоуслугам и сохранении окружающей среды в условиях неопределенности.

Что касается устойчивого развития отраслей энергетики, то оно, с одной стороны, зависит от состояния предприятий энергетики, с другой стороны, определяет развитие на уровне государства.

Для анализа устойчивого развития отраслей энергетики целесообразно рассмотреть топливно-энергетический комплекс и входящие в него секторы: нефтяную, угольную, газовую промышленность, электроэнергетику. Существуют исследования, анализирующие устойчивое развитие как топливно-энергетического комплекса в целом, так и посвященные отдельным его секторам.

Карпович А.И. [14] в исследовании моделирования экономической устойчивости систем энергетики определяет данную устойчивость как способность (свойство) системы в неопределённых условиях функционирования / развития обеспечивать реализацию своих целевых установок. Еще один вид устойчивости отраслей энергетики характеризует Абзалилова Л.Р. [15] в исследовании, посвященном устойчивости химического и нефтехимического комплекса региона. Она дает определение социально-экономической устойчивости регионального отраслевого комплекса как области оптимального его функционирования, выраженной существующими и потенциальными возможностями противостоять в определенном временном пространстве дестабилизирующим внешним и внутренним факторам, сохраняя и повышая при этом свой потенциал и положительную направленность развития. В её определении, как и в предыдущем, уделяется внимание изменению внешних и внутренних условий функционирования, которые она характеризует как дестабилизирующие внешние и внутренние факторы.

Некоторое представление о сущности устойчивого развития энергетики на уровне отрасли можно почерпнуть из работы Чегис Р. и Пусинайте Р. [16], исследовавших отрицательные внешние эффекты и устойчивое развитие энергетики. Данные авторы считают, что главной целью устойчивого развития энергосектора является создание такой ситуации, при которой производство и использование электроэнергии будут обеспечивать долгосрочное развитие человечества, экономический рост и экологическую устойчивость. Следует отметить, что в таком понимании устойчивого развития энергосектора присутствует связь данного развития с социальным, экономическим и экологическим аспектами.

На наш взгляд, целесообразным является рассмотрение устойчивого развития отраслей энергетики в качестве процесса технологического и экономического развития отраслей энергетики в неопределенных условиях, направленный на надежное и бесперебойное энергоснабжение потребителей при рациональном использовании ресурсов и минимальном воздействии на окружающую среду с целью повышения эффективности функционирования региона.

Для анализа устойчивого энергетического развития на уровне предприятия необходимо, прежде всего, обратиться к исследованиям предприятий топливно-энергетического комплекса.

В исследовании, посвященном управлению устойчивым развитием электроэнергетики, Загоруйко И.Ю. и Хисамова А.И. [17] определяют устойчивое развитие предприятий электроэнергетики как управляемый процесс повышения самозащиты предприятия от изменяющегося негативного воздействия внутренних и внешних факторов, на основе которого обеспечивается надежное и бесперебойное электроснабжение потребителей, поддерживается оптимальная стоимость электроэнергии для всех субъектов электроэнергетического рынка, реализуются инвестиции, способствующие повышению энергоэффективности производства, транспортировки и распределения электроэнергии.

Таким образом, учитывая существующие в мировой практике подходы к трактовке понятия устойчивого развития энергетики, можно сформулировать следующее определение: устойчивое развитие предприятий энергетики - процесс технологического и экономического развития предприятий энергетики в неопределенных условиях, направленный на достижение их стратегических целей при повышении удовлетворенности потребителей, выполнении обязательств перед различными контрагентами и минимальном воздействии на окружающую среду с целью повышения эффективности функционирования отраслей энергетики.

1.2 Понятие и виды возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии - это энергетические ресурсы постоянно существующих в природе процессов, энергия которых используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной или иной деятельности. Характерной особенностью возобновляемых источников энергии (далее ВИЭ) является их неистощаемость или способность восстанавливать свой потенциал за короткое время в пределах жизни одного поколения людей [18]. В основном энергию возобновляемых источников энергии используют для преобразования в электрическую и в тепловую энергию. Часто термины «возобновляемые» и «альтернативные» источники энергии употребляют как синонимы, однако их следует разделять. Альтернативные источники энергии - это иные, чем доминирующие в данном регионе (стране) формы организации производства энергии, основанные на энергоэффективных технологиях и экологически чистых низкоуглеродных источниках энергии (таблица 1.1).

Также под возобновляемой энергией понимают энергию, которую получают из возобновляемых ресурсов, которые, естественным образом, восстанавливаются во временных пределах одного поколения, таких как солнечный свет, ветер, осадки, приливы, волны и геотермальное тепло [19]. Возобновляемая энергия часто обеспечивает энергию в четырех важных областях: производство электроэнергии, воздушное и водное отопление/охлаждение, транспортировка и сельские (вне сети) энергетические услуги [20]. Основными материальными объектами механизма преобразования энергии на основе возобновляемых источников энергии выступают прежде всего сами возобновляемые источники энергии.

Таблица 1.1 - Классификация источников энергии, используемые человеком

Способ использования	Энергия, используемая человеком	Первоначальный природный источник	Альтернативный	Возобновляемый
Солнечные электростанции	Электромагнитное излучение Солнца	Солнечный ядерный синтез	+	+
Ветряные электростанции	Кинетическая энергия ветра	Солнечный ядерный синтез, Движения Земли и Луны	+	+
Традиционные ГЭС (от 30 МВт)	Движение воды в реках	Солнечный ядерный синтез	-	+
Малые ГЭС			+	+
Приливные электростанции	Движение воды в океанах и морях	Движения Земли и Луны	+	+
Способ использования	Энергия, используемая человеком	Первоначальный природный источник	Альтернативный	Возобновляемый
Волновые электростанции	Энергия волн морей и океанов	Солнечный ядерный синтез, Движения Земли и Луны	+	+
Геотермальные станции	Тепловая энергия горячих источников планеты	Внутренняя энергия Земли	+	+
Сжигание ископаемого топлива	Химическая энергия ископаемого топлива	Солнечный ядерный синтез в прошлом.	-	-
Сжигание ископаемого топлива	Химическая энергия ископаемого топлива	Солнечный ядерный синтез	-	-
Атомные электростанции	Тепло, выделяемое при ядерном распаде	Ядерный распад	-	-

К основным видам получения энергии за счет ВИЭ можно отнести следующие (таблица 1.2).

Ветровые электростанции (ВЭС). Ветер образуется из-за неравномерного нагрева солнечными лучами земной поверхности и нижних слоёв атмосферы - воздушные массы начинают перемещаться близ поверхности земли и выше, до 7-12 км над землёй. Таким образом, энергия ветра является следствием деятельности солнца. Наиболее выгодными участками для расположения ветряков - сооружений для преобразования энергии ветра - являются береговые линии (не менее 10-12 км от берега), здесь сильнее перепад температур и более сильный и устойчивый ветер (не менее 5 м/с).

Таблица 1.2 - Основные виды ВИЭ

Вид ресурса	Характеристика
Ветроэнергетика	отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс при прохождении воздушного потока через ветровые турбины для механических генераторов электроэнергии.
Солнечная энергетика	направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии, использующее целый ряд постоянно развивающихся технологий, таких как фотоэлектричество, солнечная тепловая энергия, солнечная архитектура, электролитные электростанции и искусственный фотосинтез.
Гидроэнергетика	область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию
Геотермальная энергетика	направление энергетики, основанное на производстве тепловой и электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.
Электростанции приливов и отливов	особый вид гидроэнергетики, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды
Энергия волн океана	энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы - генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары.
Биоэнергетика	Направление производства энергии как из твердых видов биотоплива (щепа, гранулы из древесины, лузги, соломы и т. п., брикеты), так и биогаза, и жидкого биотоплива.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветряных установок с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Кроме того, были предприняты попытки построить ветрогенераторы с вертикальным расположением оси вращения, поскольку считается, что они имеют преимущество в виде того, что для начала работы им требуется очень малая скорости ветра. Однако из-за проблем с механизмом торможения подобные ветряные генераторы не получили практического распространения в ветроэнергетике.

Ветровые электростанции состоят из отдельно стоящих ветровых турбин, подключенных к сети электропередачи. Ветровые в зависимости от месторасположения подразделяются на два вида - морские и береговые. Береговой ветер (Onshore wind) - недорогой и конкурентоспособный источник электроэнергии, а в зависимости от места использования может быть дешевле, чем угольные или газовые установки (рисунок 1.4).



Рисунок 1.4 - Ветропарк (береговой) Kuolavaara-Keulakkopдд в Финляндии

Морской ветер (Offshore wind) более устойчив и силен, чем на суше, а морские ВЭС оказывают меньше визуального воздействия. Как правило, затраты на строительство и техническое обслуживание данных электростанций значительно выше (рисунок1.5). Небольшие береговые ветряные электростанции могут поставлять энергию в сеть или обеспечивать электроэнергию в удаленных местах, изолированных от сети.

Выработка электроэнергии с помощью ветра, несмотря на свои преимущества, имеет также и ряд недостатков (таблица 1.3).

Мощность ветра дает переменную мощность, которая очень последовательно из года в год, но имеет значительные различия в более коротких временных масштабах. Поэтому он используется в сочетании с другими источниками электроэнергии для обеспечения надежного питания.



Рисунок 1.5 - Ветропарк (морской) MHI Vestas Offshore Wind в Германии

Как правило, экономические ветрогенераторы требуют скорости ветра 4,5 м / с (16 км / ч) или выше. Идеальное местоположение будет иметь постоянный поток нетурбулентного ветра в течение всего года, с минимальной вероятностью внезапных мощных всплесков ветра. Важным фактором размещения турбины является также доступ к местному спросу или пропускной способности.

Обычно местоположение проверяется на основе атласа ветра и с помощью измерений ветра. Метеорологические данные о ветре сами по себе, как правило, недостаточны для точного размещения большого проекта ветровой энергии. Сбор данных о конкретных местах для скорости и направления ветра имеет решающее значение для определения потенциала площадки для финансирования проекта [21]. Местные ветры часто контролируются в течение года или более, а подробные карты ветра, построенные до установки ветрогенераторов.

Таблица 1.3 - Преимущества и недостатки ветроэнергетики

Преимущества	Недостатки
1. возобновляемая энергия, что означает, что Земля производит ветер постоянно, бесплатно и без ущерба для окружающей среды; 3. может быть достаточно дешевой, если будет использоваться в широких масштабах и на начальном этапе при поддержке государства; 4. замещает энергию, вырабатываемую тепловыми электростанциями, тем самым уменьшая выбросы парниковых газов; 5. доступна практически в любом месте на планете; 6. не производят вредных выбросов в процессе эксплуатации; 7. занимают очень мало места, что позволяет размещать их совместно с другими строениями и объектами; 8. особенно востребована в удаленных местах, куда доставка электричества другими привычными способами затруднена; 9. производство и эксплуатация ветряных турбин - это новые рабочие места; 10. снижают зависимость компаний и частных лиц от монополии нефтегазовых кампаний	1. неровный выход энергии; 2. необходимость аккумуляции энергии; 3. наличие шумового загрязнения и помех для приёма телесигнала; 4. помехи для полетов птиц и насекомых; 5. высокая себестоимость ветроустановок; 5. находятся в отдалении от потребителя, что создает дополнительные расходы на транспортировку энергии; 7. некоторые исследователи утверждают, что ветряки принуждают некоторые виды птиц менять пути миграции. 8. создают шумовое воздействие

Солнечные электростанции (СЭС). Согласно ГОСТР 51594-2000, под солнечной энергетикой понимают «область энергетики, связанную с преобразованием солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию» [22]. Солнечная энергия - это преобразование энергии от солнечного света в электричество, либо непосредственно с использованием фотоэлектричества (PV), косвенно использующего концентрированную солнечную энергию, либо комбинацию. Концентрированные системы солнечной энергии используют линзы или зеркала и системы слежения, чтобы сфокусировать большую область солнечного света на небольшой луч. Фотоэлектрические элементы преобразуют свет в электрический ток с использованием фотоэлектрического эффекта [23].

Большинство солнечных электростанций используют одну из двух технологий. Фотоэлектрические (PV) системы используют солнечные батареи, либо на крышах, либо в наземных солнечных фермах, преобразуя солнечный свет непосредственно в электроэнергию (рисунок 1.6).



Рисунок 1.6 - Фотоэлектрическая система Bundesnetzagentur в Германии

Выработка электроэнергии с помощью солнечной энергии, несмотря на свои преимущества, имеет также и ряд недостатков (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Преимущества и недостатки солнечной энергии

Преимущества	Недостатки
1. общедоступность и неисчерпаемость источника; 2. безопасность для окружающей среды (однако существует вероятность, что массовое использование солнечной энергетики может изменить характеристику отражательной способности земной поверхности (альбедо) и привести к изменению климата); 3. возможность легко и быстро заменить отработанные элементы.	1. сильная зависимость выработки энергии от погоды и времени суток; 2. необходимость аккумуляции энергии; 3. высокая стоимость конструкций и элементов солнечных электростанций; 4. необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли; 6. необходимость больших площадей для установки батарей.

Концентрированная солнечная энергия (CSP, также известная как «концентрированные солнечные тепловые»), использует солнечную тепловую энергию для производства пара, которая затем преобразуется в электричество турбиной (рисунок 1.7).

Малые гидроэлектростанции (ГЭС). Малая гидроэнергетика - это подвид гидроэнергетики в масштабе, подходящем для местного сообщества и промышленности, или для содействия распределенной генерации в региональной сети электроснабжения [24]. Определение небольшого проекта гидроэнергетики варьируется, но генерирующая мощность от 1 до 20 мегаватт (МВт) является общей.

Рисунок 1.7 - Система концентрированной солнечной Copiapу энергии в Чили

Проекты малых гидроэнергетических проектов могут быть построены в изолированных районах, которые неэкономичны для обслуживания на национальной электрической сети или в районах, где национальной сети попросту нет (рисунок 1.8). Гидроэлектростанция требует надежного потока воды и достаточной высоты для падения воды. В типичной установке вода подается из резервуара через трубу в турбину. Вода, протекающая через турбину, заставляет электрический генератор вращаться, превращая движение в электрическую. Малая гидроэнергия может развиваться путем строительства новых объектов или путем повторного развития существующих плотин, основной целью которых является борьба с наводнениями или ирригация. Старые гидроузлы могут быть переработаны, что иногда способствует существенным инвестициям в установку, таким как труба-труба и турбины, или просто повторное использование прав на воду, связанных с заброшенным участком. Любое из этих преимуществ экономии средств может сделать возврат инвестиций для небольшого гидроузла хорошо подходящим для использования существующих сайтов.



Рисунок 1.8 - Пиени-йоки ГЭС в республике Карелия

Геотермальные электростанции (ГТЭС). Геотермальная энергия - это энергия, генерируемая геотермальной энергией. Используемые технологии включают в себя сухие паровые электростанции, флэш-паровые электростанции и электростанции с бинарным циклом. Геотермальное производство электроэнергии в настоящее время используется в 24 странах, а геотермальное отопление используется в 70 странах (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - ГТЭС «Океанская» о. Итуруп, Россия

Геотермальная энергия считается устойчивым, возобновляемым источником энергии, поскольку теплоотдача мала по сравнению с теплосодержанием Земли. Выбросы парниковых газов геотермальных электростанций составляют в среднем 45 грамм углекислого газа на киловатт-час электроэнергии или менее чем на 5 % от выбросов на обычных угольных электростанциях.

1.3. Необходимость перехода к низкоуглеродной энергетике для борьбы с изменением климата

Россия в числе 175 стран подписала Парижское соглашение по борьбе с глобальным изменением климата на торжественной церемонии, прошедшей 22 апреля 2016 г. в штаб-квартире ООН в г. Нью-Йорке.

Стратегическая цель Парижского соглашения - удержание прироста глобальной средней температуры к концу XXI в. в пределах 2С сверх доиндустриальных показателей и приложение усилий в целях ограничения роста температуры на уровне 1,5С.

По словам А.Г. Хлопонина [25], зам. пред. Правительства РФ, России предстоит этап ратификации данного соглашения.

Для этого мы должны разработать и принять два нормативных акта: национальную стратегию низкоуглеродного развития и национальный план адаптации к изменениям климата. Основные нормативно-правовые акты связанные с реализацией климатической политики России отображены в таблице 1.5.

На заседании госкомиссии по вопросам развития Арктики 27 апреля 2016 г. зам. пред. Правительства РФД.О. Рогозин предложил активно развивать на севере России альтернативную энергетику и разработать региональные схемы размещения малой энергетики в арктической зоне.

Межправительственная группа экспертов Организации Объединенных Наций по изменению климата (МГЭИК) опубликовала специальный доклад «О возобновляемых источниках энергии и смягчении последствий изменения климата» [25] (SRREN). Доклад, подготовленный под руководством Оттмара Эденхофера, оценивает глобальный потенциал использования возобновляемых источников энергии для смягчения последствий изменения климата. Так, по мнению экспертов, возобновляемые источники энергии могут способствовать «социально-экономическому развитию, доступу к энергии, безопасному энергоснабжению, смягчению последствий изменения климата и снижению негативных воздействий на окружающую среду и здоровье».

При благоприятных обстоятельствах существует экономия средств по сравнению с использованием невозобновляемых источников энергии [26].

В докладе МГЭИК заявила, что «по мере развития инфраструктуры и энергетических систем, несмотря на сложности, существует несколько принципиальных технологических ограничений для интеграции портфеля технологий использования возобновляемых источников энергии для удовлетворения основной доли общего спроса на энергию в местах, где имеются или могут быть предоставлены подходящие возобновляемые ресурсы».

При благоприятных обстоятельствах существует экономия средств по сравнению с использованием невозобновляемых источников энергии.

Таблица 1.5 - Россия и глобальные инициативы по изменению климата

Документ	Сущность
1994 г. - ратификация Рамочной Конвенции ООН об изменении климата (РКИК ООН).	Россия отнесена к группе стран Приложения 1, которые принимают на себя особые обязательства по ограничению выбросов
2004 г. - ратификация Киотского протокола.	Россия обязалась не превышать уровень 1990 года по эмиссии ПГ. Не участвовала в механизме торговли квотами Минимально использовала механизм проектов совместного осуществления для привлечения инвестиций в проекты снижения выбросов (энергоэффективность, низкоуглероднаяэнергетика и т.д.) Не участвовала во второй фазе (после 2012 года)
2013 г. - Указ Президента РФ от 30 сентября 2013 г. №752 «О сокращении выбросов парниковых газов»	- к 2020 году сокращение объема выбросов парниковых газов до уровня не более 75 процентов от уровня 1990 г.
2015 г. - Парижское соглашение по изменению климата	- новые долгосрочные национальные обязательства по долгосрочному сдерживанию эмиссии ПГ на 20-30% ниже уровня 1990 г.

Сценарии МГЭИК «в целом указывают на то, что рост в области возобновляемых источников энергии будет широко распространен во всем мире». МГЭИК заявила, что если правительства будут поддерживать, а весь спектр возобновляемых технологий будет развернут, возобновляемые источники энергии могут составлять почти 80% мирового энергоснабжения в течение четырех десятилетий [27]. По мнению, Раджендра Пачаури, председателя МГЭИК, «необходимые инвестиции в возобновляемые источники энергии будут стоить всего около 1% мирового ВВП в год. Такой подход может поддерживать концентрацию парниковых газов до менее 450 частей на миллион, безопасный уровень, после которого изменение климата становится катастрофическим и необратимым» [28].

Таким образом, развитие возобновляемой энергетики позволяет решать важнейшие на данный момент для страны задачи:

- повышение надежности энергоснабжения и экономия органического топлива;

- решение проблем локального энергоснабжения;

- повышение уровня жизни и занятости местного населения;

- обеспечение устойчивого развития удаленных районов;

- реализация международных обязательств по выполнению международных соглашений по охране окружающей среды

2. Материалы и методы исследования

Материалы исследования. Объектом настоящего исследования является экологические, экономические и социальные аспекты применения альтернативной энергетики. В качестве предмета выступает территория Европейского Севера РФ. Европейский Север - важная топливно-энергетическая база Западного макрорегиона, где сосредоточено более 1/2 запасов ее водных и топливных ресурсов (нефти, газа, угля, торфа, сланцев), 1/2 лесных ресурсов. Значительны ресурсы горно-химического сырья (апатитов, солей), ресурсы для цветной металлургии (особенно легких металлов), промышленности строительных материалов и черной металлургии.

В западном макрорегионе Европейский Север - это самый большой по площади район - 1466 тысяч кв. км (или 8,6% территории России) и в то же время с наименьшим населением среди всей России - 5,7 млн. человек (или 3,9% населения страны). В состав района входят: Архангельская область с Ненецким автономным округом, Вологодская, Мурманская области и республики Карелия и Коми (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема географического положения Европейского Севера

В качестве материалов исследования используются:

1. Доклады о состоянии и охране окружающей среды Вологодской, Архангельской, Мурманской областей за 2012 - 2016 г.,

2. Статистический сборник «Региона России 2016»;

3. Материалы с официальных сайтов правительств регионов, администраций муниципалитетов.

4. Нормативные акты, которые регулируют различные критерии определенных параметров, выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.

Методы исследования. Для успешного решения поставленных задач использовался комплексный методический подход, включающий в себя включающий как описательные, так и лабораторные методы исследования.

В настоящем исследовании применен ретроспективный метод, а так же общенаучные методы - анализа, синтеза, описания, обобщения, а так же элементы статистических и картографических методов.

Ретроспективный метод - данный метод заключается в использовании данных за определенный период времени, что позволило сделать выводы о динамике загрязнения окружающей среды [29].

Особую роль в теоретических исследованиях играет анализ. Анализ - это способ научного исследования, при котором явление расчленяется на составные части. Анализ лежит в основе аналитического метода исследования. Синтез - это процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей и понятий в единое целое. Анализ и синтез взаимосвязаны и представляют собой единство противоположностей .

Метод сравнения установление соотношения «больше», «меньше» или «равно» между объектами материального мира, установление различий между ними или нахождение в них общего, осуществляемое как при помощи органов чувств, так и при помощи специальных устройств.

Метод обобщения заключается в определение общего понятия, в котором находится отражение главное, основное, характеризующие объекты данного класса. Это средство для образования новых научных понятий, законов.

Картографический метод используется для выявления закономерностей пространственного размещения явлений, их взаимосвязей, зависимостей и развития. Многообразие приёмов анализа и обработки карт, свойственное этому методу, можно объединить в следующие основные способы: графические приёмы анализа; картометрические работы; визуальный анализ; математико-статистический анализ; математическое моделирование; переработка карт для получения производных карт, специально предназначаемых и удобных для конкретного исследования [30].

Статистические методы - методы анализа статистических данных. Выделяют методы прикладной статистики, которые могут применяться во всех областях научных исследований и любых отраслях народного хозяйства, и другие статистические методы, применимость которых ограничена той или иной сферой. Под ними подразумевают такие методы, как статистической приемочный контроль, надежность и испытания, планирование экспериментов и статистическое регулирование технологических процессов/

Временной ряд или ряд динамики - это собранный в разные моменты времени статистический материал о значении каких-либо параметров (в простейшем случае одного) исследуемого процесса. Каждая единица статистического материала называется измерением или отсчётом, также допустимо называть его уровнем на указанный с ним момент времени. Во временном ряде для каждого отсчёта должно быть указано время измерения или номер измерения по порядку. Временной ряд существенно отличается от простой выборки данных, так как при анализе учитывается взаимосвязь измерений со временем, а не только статистическое разнообразие и статистические характеристики выборки.

Анализ временных рядов - это совокупность математико-статистических методов анализа, предназначенных для выявления структуры временных рядов и для их прогнозирования. К ним относятся, в частности, методы регрессионного анализа. Выявление структуры временного ряда необходимо для того, чтобы построить математическую модель того явления, которое является источником анализируемого временного ряда. Прогноз будущих значений временного ряда используется для эффективного принятия решений .

Ряды динамики, как правило, изображаются в виде таблицы или графически. При графическом изображении ряда динамики на оси абсцисс строится шкала времени, а на оси ординат - шкала уровней ряда.

Одна из важнейших задач статистики является определение в рядах динамики общей тенденции развития. Основной тенденцией развития называется плавное и устойчивое изменение уровня во времени, свободное от случайных колебаний. Задача её состоит в выявлении общей тенденции в изменении уровней ряда, освобожденной от действия различных факторов.

Таким образом, материалами данного исследования послужили данные энергетической промышленности регионов Европейского Севера (Мурманской, Архангельской, Вологодской областей и Республик Коми и Карелии). В качестве методов были применены общенаучные методы - анализа, описания, обобщения, а так же элементы статистических и картографических методов.

3. Геоэкологическая и народнохозяйственная характеристика Европейского Севера РФ

3.1 Географическое положение района

Европейский Север - важная топливно-энергетическая база Западного макрорегиона, где сосредоточено более 1/2 запасов ее водных и топливных ресурсов (нефти, газа, угля, торфа, сланцев), 1/2 лесных ресурсов. Значительны ресурсы горно-химического сырья (апатитов, солей), ресурсы для цветной металлургии (особенно легких металлов), промышленности строительных материалов и черной металлургии [31].

В западном макрорегионе Европейский Север - это самый большой по площади район - 1476 тысяч кв. км (8,6% территории России) и в то же время с наименьшим населением среди всей России - 4,6 млн. человек (3,3% населения страны). Динамика демографической ситуации представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Численность населения, тысяч человек

Регион/район	2010	2012	2013	2014	2015	2016	2016 к 2010 в % +/-
Европейский Север	4762,0	4695,0	4662,0	4637,0	4611,0	4584,0	-3,7
Республика Карелия	643,0	637,0	634,0	633,0	630,0	627,0	-2,5
Республика Коми	899,0	880,0	872,0	864,0	857,0	850,0	-5,5
Ненецкий АО	42,0	43,0	43,0	43,0	44,0	44,0	4,8
Архангельская область	1183,0	1159,0	1149,0	1140,0	1130,0	1122,0	-5,2
Вологодская область	1201,0	1196,0	1193,0	1191,0	1188,0	1184,0	-1,4
Мурманская область	794,0	780,0	771,0	766,0	762,0	757,0	-4,7

Самые густонаселенные области - Вологодская и Архангельская. Как видно из таблицы 3.1 численность населения на всей территории Европейского Севера уменьшилась на 3,7%. Сильнее всего депопуляционные процессы проходят в Республике Коми и Архангельской области. В Ненецком автономном округе напротив наблюдается прирост населения на 4,8%, однако ввиду малой численности населения в данном субъекте это не сказывается на общем демографическом тренде.

В состав района входят: Архангельская область с Ненецким автономным округом, Вологодская, Мурманская области и республики Карелия и Коми (рисунок 3.1).

Европейский Север протянулся на восток от границы с Норвегией и Финляндией на 2 тыс. км до Полярного Урала и более чем на 1,5 тыс. км. от Северного Ледовитого океана до границы Центральной России и Северо-Запада. К нему также относится огромная акватория Баренцева моря с островами Новая Земля, Вайгач, Колгуев и более скромная акватория Белого моря с Соловецким архипелагом. Большая часть его территории, за исключением Вологодской области, относится к зоне Севера.

Рисунок 3.1 - Схема месторасположения Европейского Севера России

Наиболее крупные города региона, имеющие наиболее важное административное, экономическое и культурное значение находятся: Республика Карелия (столица Петрозаводск), Республика Коми (столица Сыктывкар), Архангельская область, в которую входит Ненецкий АО (административный центр - Нарьян-Мар), Вологодская и Мурманская области.

Самые большие по площади территории на Европейском Севере имеют Республика Коми и Архангельская область, наименьшая площадь принадлежит Вологодской области (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Общая земельная площадь, га

Республика Карелия занимает 180,5 тыс. кв. км (1,0% территории Российской Федерации). Ее длина с севера на юг составляет 660 км, с запада на восток по широте города Кем его длина составляет 424 км. Карелия граничит с Финляндией на Западе, с Ленинградской и Вологодской областями на юге, с Мурманской областью на севере и с Архангельской областью на востоке (рисунок 3.3). На северо-западе республика омывается Белым морем. Западная пограничная линия Карелии совпадает с государственной границей Российской Федерации в Финляндии и составляет 798 км длинный. Расстояние от города Петрозаводска, административного центра республики до Москвы составляет 925 км, до Санкт-Петербурга - 401 км, До Мурманска - 1050 км, До Хельсинки - 703 км [32].

По состоянию на 1 января 2014 года население Республики Карелия составляло 634,4 тыс. Человек. Городское население составляет 79,2%. В 2013 году доля населения моложе трудоспособного возраста составила 16,7%, население трудоспособного возраста - 59,2%, люди старше трудоспособного возраста - 24,1%. Плотность населения республики составляет 3,5 человека на квадратный километр.

Рисунок 3.3 - Схема местоположения Республики Карелия

Республика Карелия является многонациональным субъектом Российской Федерации. По информации Общероссийской переписи населения 2010 года, национальная структура населения: русские составляют 82,2%, карелы - 7,4%, белорусы - 3,8%, украинцы - 2,0%, финны - 1,4%, вепсы - 0,5% %, другие национальности составляют 2,7%. Коренное население - карелы и вепсы - имеют собственный язык и систему письма.

Республика Коми занимает 415 900 кв. км. Республика расположена к западу от Урала, на северо-востоке Восточно-Европейской равнины. Леса занимают более 70% территории, а болота - около 15%.Ее столицей является город Сыктывкар (рисунок 3.4). Население республики, на 2016 год составляет 850,0 тыс. человек. К природным ресурсам республики относятся уголь, нефть, природный газ, золото, алмазы и древесина. Присутствуют в изобилии северные олени, специально прирученные и разводимые для использования коренным населением [34].



Рисунок 3.4 - Схема местоположения Республики Коми

В 1995 году были в качестве объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО, девственные леса Коми, около 32 800 кв. км преимущественно бореальных лесов (а также некоторых альпийских тундр и лугов). Это первый природный объект Всемирного наследия ЮНЕСКО в России и крупнейший массив девственных лесов в Европе. Участок включает в себя две ранее существовавшие охраняемые территории: заповедник Печора-Илыч (созданный в 1930 году) и национальный парк Югыд Ва (созданный в 1994 году). Архангельская область расположена на Восточно-Европейской равнине, и большая ее часть представляет собой холмистый ландшафт. Северо-восточная часть относится к Тиманскому хребту, горному району, в основном расположенному к востоку от области. Почти вся территория области относится к бассейну Северного Ледовитого океана [35], с основными реками (с запада на восток) Онега, Северная Двина (с основными притоками Вычегда, Вага и Пинега), Кулой Река, река Мезень и река Печора (река Шапкина является основным притоком). Небольшая область на западе области, в первую очередь бассейн реки Ильекса, стекает в озеро Онега и в конечном итоге в Балтийское море (рисунок 3.5). Территория области составляет 413,1 тыс. кв. км. В области имеется 15 городов (с 9 городскими районами); областной центр - Архангельск, в котором проживают 374 тыс. человек. Всего в области проживает 1122,0 тыс. человек.



Рисунок 3.5 - Схема местоположения Архангельской области

Ненецкий Автономный Округ занимает 176 700 квадратных километров с населением 42 090 человек. Его административным центром является город Нарьян-Мар. Арктическая экология этой области имеет ряд уникальных особенностей, полученных из экстремальных температур и уникальной геологической провинции. В этом регионе найдены полярные медведи. Популяция, найденная здесь, является генетически отличным таксоном, связанным с регионом Баренцева моря [36]. Автономный округ имеет размер около 177 000 км2, что более чем в четыре раза больше, чем площадь Швейцарии. Район составляет около 320 км с севера на юг и около 950 км с востока на запад, простирающийся от мыса Болванский Нос на севере до источника реки Ома на юге и мыса Канин Нос на западе до берегов Кара Река на востоке (рисунок 3.6). Согласно переписи 2010 года, этнический состав был (в %): русские - 66,1, ненцы - 18,6, коми - 9, другие - 6,3.

Вологодская область занимает территорию, площадь которой - 144,5 тыс. кв. км. Вологодская область расположена на Восточно-Европейской равнине, и большая ее часть представляет собой холмистый холмистый ландшафт. Большая часть области занята хвойными лесами (тайгой) и болотами.

Вологодская область граничит с Архангельской областью на севере, Кировской областью на востоке, Костромской областью на юго-востоке, Ярославской областью на юге, Тверской и Новгородской областями на юго-западе, Ленинградской областью на западе и Республикой Карелия на северо-западе (рисунок 3.7).

Рисунок 3.6 - Схема местоположения Ненецкого АО

Вологодская область расположена между бассейнами Белого моря, Балтийского моря и Каспийского моря. На северо-востоке области, в Вологодском районе, есть точка, которая представляет собой тройной разрыв речных бассейнов Невы (Балтийского моря), Волги (Каспийское море) и Онежского (Белое море), и, следовательно, бассейны Атлантического океана, Северного Ледовитого океана и эндореальные бассейны внутренних районов Евразии. Мурманская область самая северная в Европейской России. Она занимает площадь 14469 кв. км с населением 757 тыс. человек.

Географически Мурманская область расположена в основном на Кольском полуострове почти полностью севернее Полярного круга и является частью более крупного региона Лапландии, который охватывает более четырех стран. Область граничит с Республикой Карелия в России на юге, Лапландийская область в Финляндии на западе, графство Финнмарк в Норвегии на северо-западе и омывается Баренцевым морем на севере и Белом морем в юге и востоке (рисунок 3.8).



Рисунок 3.7 - Схема местоположения Вологодской области

Большая часть областного рельефа холмистая, а Хибинский и Ловозерский хребты растут на высоте 1200 метров над уровнем моря и простираются с запада на восток. На севере области в основном покрыты тундры; лесная тундра преобладает дальше на юг, а южные районы находятся в таежной зоне. В области насчитывается более 100 000 озер и 18 000 рек.

Рисунок 3.8 - Схема местоположения Мурманской области

Климат суровый и неустойчивый из-за близости Гольфстрима с одной стороны и арктических холодных фронтов - с другой. Резкие изменения температуры, сильные ветры и обильные осадки распространены в течение всего года, а отопительный сезон длится десять месяцев подряд. Однако воды побережья Мурмана на юге остаются достаточно теплыми, чтобы оставаться безо льда даже зимой.

Экономико-географическое положение Европейского Севера в целом оценивается положительно по нескольким причинам:

- имеет выход в Белое, Баренцево и Карское моря;

- граничит с районами Центральной России, индустриальной базой страны;

- граничит на западе с развитыми странами Европы: Норвегией и Финляндией, что позволяет развивать экономические связи с этими государствами, а через них и с другими странами Европы.

Внутренние соседи Европейского Севера - самые мощные в хозяйственном отношении части России: Европейский центр, Северо-запад и Урал. Они сосредотачивают более 50 % населения страны, основных фондов её хозяйства и производимой продукции.

3.2 Социально-экономическая характеристика района

...