Энергопотребление в России: современное состояние и прогнозные исследования |
Статьи - Анализ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мазурова О.В. Долгосрочные прогнозы энергопотребления являются важным этапом при разработке программ и стратегий развития энергетики на уровне страны и регионов. Значимость этих исследований состоит в выявлении возможных проблем в энергоснабжении страны и территорий, в развитии топливно-энергетического комплекса (ТЭК) и определении способов их своевременного решения [1]. Одной из проблем, над которой работают исследователи, является развитие методологии в направлении более полного учета взаимосвязей и факторов, влияющих на уровни и динамику энергопотребления с целью повышения качества и обоснованности прогнозов [2-5]. Существенные трудности в ее решении определяются ростом неоднозначности и изменчивости этих факторов, неопределенностью будущего экономического и технологического развития страны [6]. Сузить область неопределенности помогает изучение существующих глобальных закономерностей и тенденций энергопотребления [7]. В последние десятилетия в мире происходит расширение электрификации и распространение цифровых технологий во всех сферах экономики [8]. Цифровизация и электрификация производственных и бытовых процессов позволяют повысить их энергоэффективность и снизить расход топлива и энергии [9]. Вместе с тем, появляются новые потребители энергии, например, центры обработки данных, сети передачи данных, подключенные устройства и т. д. В нашей стране существует большая неопределенность в перспективах развития цифровизации и «новой электрификации» и отсутствуют подходы для их учета в прогнозах. Цель настоящего исследования состоит в определении возможного диапазона перспективного электро- и энергопотребления в России на период до 2050 г. с учетом развития отдельных крупных секторов экономики. Исследование включает:
Отдельно от рассматриваемых сценариев проведены экспериментальные расчеты возможного влияния внедрения цифровых технологий в секторе домашних хозяйств и электромобилизации на энергопотребление в России в перспективе до 20402050 гг., выполненные на основе глобальных тенденций. Следует подчеркнуть, что для реализации этих тенденций в нашей стране должны сложиться соответствующие условия, отличные от принятых в исследовании сценариев. Современное состояние и долгосрочные тенденции энергопотребленияВ 2020 г. потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в России составило 826,9 млн т у.т., что на 3% меньше, чем в 2019 г. Основной причиной этого снижения стало падение экономической активности, связанное, в частности, с пандемией, из-за которой потребление сократилось на 25,2 млн т у.т.2 За период 2005-2020 гг. использование тепловой энергии снизилось на 17% благодаря последовательной политике энергосбережения и развитию систем учета тепла. В 2020 г. потребление централизованного тепла в стране (по данным форм статистической отчетности) составляло 1199,7 млн Гкал. Основными потребителями тепловой энергии в России являются промышленность (34%), домашние хозяйства (33%) и сфера услуг (10%). Сохраняется разрыв в уровне энергоемкости ВВП России с ведущими странами мира, в основном обусловленный более низким уровнем развития экономики (рис. 1). В 2020 г. энергоемкость ВВП России превысила среднюю по миру в 1,8 раза, США - в 1,8 раза, ЕС - в 2,5 раза, Японии - в 2,6 раза3. За последние 20 лет использование электроэнергии в России увеличилось более чем на 25% и достигло в 2020 г. 1085 млрд кВт-ч. Более 60% электропотребления страны приходилось на производственную сферу и, в основном, это промышленность. Суммарное энергопотребление населения России за последние десять лет практически не изменилось4 при росте использования электроэнергии на 26%. Повышение потребления электроэнергии в домашних хозяйствах связано, в первую очередь, с увеличением освещаемой жилой площади и количеством используемых в быту электроприборов. Душевое электропотребление в России выросло на 29% и составило в 2020 г. 1118 кВт-ч, но не достигло еще уровня развитых стран (рис. 2 а, б). Последнее объясняется, в частности, отличиями в показателях уровня жизни (в России ниже обеспеченность жильем и уровень комфорта) и особенностями структуры энергопотребляющих процессов (большая доля централизованного отопления). По прогнозу Министерства энергетики США6 на период до 2050 г. в мире ожидается дальнейшее увеличение душевого энерго- и электропотребления населения, обусловленное ростом уровня жизни. При этом в наиболее развитых европейских странах, США и Канаде темпы прироста снижаются или даже становятся отрицательными. Это связано, в том числе, с насыщением основных базовых потребностей (жилье, приборы длительного пользования, приемлемый уровень комфорта) и реализацией мер по повышению теплотехнических свойств ограждающих конструкций зданий. Для России предполагается сохранение тенденции увеличения потребления энергоресурсов в домохозяйствах при поступательном развитии экономики. Отечественная промышленность остается крупнейшим потребителем энергоресурсов. В 2020 г. она использовала 523,8 млрд кВт.-ч электроэнергии или 48,3% конечного электропотребления страны, 554 млн Гкал тепловой энергии (49,2%). В 2020 г. энергопотребление промышленности снизилось на 7,5% по сравнению с 2019 г. из-за санкций и ограничений COVID-19. Объемы и темпы роста потребления энергии в промышленности определяются рядом факторов, среди них: продуктовая, отраслевая и технологическая структуры промышленного производства, наличие и скорость внедрения новых технологий, энергосбережение и т.д. В сопоставлении с промышленно развитыми странами мира в структуре обрабатывающей промышленности России доля высокотехнологичных малоэнергоемких отраслей машиностроения и химической промышленности существенно ниже и составляет не более 30%, в то время как в США - 47%, Франции - 51%, Японии - 59%, Германии - 61%. Электроэнергия становится все более важным энергоресурсом для промышленного сектора. За последние 20 лет электровооруженность труда в отечественной промышленности возросла в 1,6 раза, но не достигла уровня промышленно развитых стран [10]. По прогнозу МЭА на период до 2070 г. в одном из сценариев ожидается рост спроса на электроэнергию в промышленности за счет перевода тепло- и топливоемких процессов на новые электрические технологии в черной металлургии и химической промышленности7. Транспортный сектор в России является основным потребителем нефтепродуктов. В 2019 г. на долю транспорта приходилось 16% конечного энергопотребления страны и почти 90% внутреннего спроса на нефтепродукты. Более 40% потребления ТЭР на транспорте приходится на трубопроводный транспорт (газо- и нефтепроводы), 21% - на сухопутный (в основном, это автодорожный грузовой и общественный транспорт)8. Глобальный тренд в транспортном секторе - рост доли экологичных видов транспорта в структуре пассажирских и грузовых перевозок [11]. Электромобилизация становится одним из основных направлений развития транспорта. Доля электромобилей в продажах всех легковых автомобилей на мировом рынке возросла с 2,5% в 2019 г. до 4,2% в 2020 г. [12]. По оценкам МЭА, к 2070 г. удельный вес парка электрифицированного транспорта составит почти 90% общего автопарка, примерно две трети автобусов будут электрическими. В перспективе под влиянием структурных трансформаций и повышения доли новых перспективных энергоносителей будет меняться структура спроса на ТЭР в транспортном секторе (табл. 1). По зарубежным прогнозам (см. Outlook 2021) на период до 2050 г., ожидается дальнейшее сокращение удельного веса нефтепродуктов в европейских странах и в Китае в 1,5 раза, в Японии, США и Канаде - на 13-24% с повышением доли электроэнергии и природного газа. Таблица 1 Прогноз изменения структуры энергопотребления в транспортном секторе на период до 2050 г., % (базовый сценарий)
Источник: рассчитано по данным Outlook 2021. Анализ российских и зарубежных прогнозов показывает, что в перспективе к 2040-2070 гг. спрос на электроэнергию в мире может возрасти вдвое. Ключевыми факторами роста станут расширение электрификации быта, транспорта, сельского хозяйства, использования электрофизических и электрохимических процессов в промышленности [13], а также развитие новых направлений в экономике. В сценарии «устойчивого развития» предполагается, что электроэнергия будет основным энергоносителем в мировом конечном спросе с увеличением ее доли с 19% в 2019 г. до 47% в 2070 г. Методы и моделиВ России и за рубежом применяется широкий спектр методов и инструментов для исследования и прогнозирования спроса на энергоносители, см., напр., [14-18]. При прогнозировании на период 20 и более лет в условиях высокой неопределенности весьма важными становятся исследования, связанные с выявлением долгосрочных тенденций и закономерностей энергопотребления в отраслях экономики [19]. В настоящем исследовании исходной информацией для расчетов являются долгосрочные прогнозы социально-экономического развития страны. Они включают следующие основные макропоказатели: темпы роста ВВП и конечного потребления, инвестиции в основной капитал, экспорт и импорт продукции, численность населения. Эти данные используются в межотраслевой динамической модели, где рассчитываются динамика объемов продукции по 25-ти отраслям экономики, требуемые вводы новых мощностей, инвестиции, трудовые ресурсы и др. Потребность в электроэнергии, тепловой энергии и топливе определяется в моделях конечного спроса. В прогнозных расчетах использован комплекс моделей, разработанный в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, см. подробнее в [7]. В модели прогнозирования энергопотребления в производственном секторе рассчитывается потребность в ТЭР в отраслях промышленности, строительстве, сельском хозяйстве с учетом конкуренции энергоносителей. Основной исходной информацией являются объемы производства продукции и вводы новых мощностей, получаемые из макроэкономической модели, а также матрицы изменения удельных расходов энергии. Особое внимание уделяется оценке динамики энергоемкости отдельных отраслей промышленности, которая зависит от темпов модернизации технологической базы (прирост производства осуществляется в основном на новых мощностях с более высокой энергоэффективностью). Очевидно, что, чем выше темпы развития промышленного производства, тем меньше доля старых мощностей и больше возможностей для структурных изменений как в отдельных отраслях, так и в промышленности в целом за счет применения наилучших технологий. Прогноз спроса на моторное топливо и энергию в транспортном секторе увязывается с темпами роста экономики, структурой грузовых и пассажирских перевозок, с развитием отдельных видов транспорта (автодорожного, железнодорожного, трубопроводного, водного, воздушного) и динамикой удельных расходов энергии. Энергопотребление на грузовом транспорте определяется динамикой грузооборота, которая, в свою очередь, зависит от объемов производства продукции в отраслях экономики. Расход моторного топлива и электроэнергии на пассажирском транспорте обусловлен изменениями в объемах пассажирских перевозок, численности населения, обеспеченности личными автомобилями и другими факторами. Энергопотребление в непроизводственной сфере (домохозяйствах и сфере услуг) зависит от множества факторов, влияющих на объемы и структуру энергоносителей в секторе: динамики численности населения, изменения обеспеченности населения жилыми и общественными зданиями, структуры расселения (городское, сельское население), степени насыщенности домохозяйств и общественных зданий разными видами техники и бытовых приборов, удельных расходов энергоносителей на освещение, отопление, горячее водоснабжение, приготовление пищи и т.д. Перспективные значения удельных показателей в расчете на 1 кв. м площади или одного человека принимаются на основе анализа долгосрочных мировых тенденций с корректировкой на российские особенности. В завершение полученная динамика объемов энергопотребления и энергоемкости сравнивается с имеющимися отечественными и зарубежными прогнозами. Результаты расчетовЦелью расчетов является определение возможных траекторий изменения спроса на энергию в России на период до 2050 г. с учетом изменения темпов экономического роста, структуры производства, вводов новых технологий, электрификации отраслей и т. д. В качестве исходной базы приняты тенденции изменения основных макроэкономических показателей в базовом и консервативном сценариях Прогноза долгосрочного социально-экономического развития России на период до 2036 г.9, разработанного Минэкономразвития РФ в 2018 г., скорректированные с учетом последствий ковидных ограничений, санкций, текущей ситуации и пролонгированные до 2050 г. Сценарии различаются, прежде всего, темпами роста экономики. В консервативном варианте прогнозируется ежегодный экономический рост 3% в 2030 и 2035 гг., 2,7% - в 2040 г., с замедлением до 1,6% в 2045 г. и 1,3% - в 2050 г. В базовом варианте рост ВВП несколько ускоряется: до 3,6% в 2030 и 4% - в 2035 гг., далее с замедлением темпов до 3,1% в 2040 г., 2,1% - в 2045 г. и 1,8% - в 2050 г. Прогноз динамики численности населения РФ был принят одинаковым для обоих сценариев на основе одного из последних вариантов демографического прогноза Росстата до 2035 г.10 с экстраполяцией до 2050 г.: 2030 г. - 144 млн чел., 2035 г. -143 млн, 2040 г. - 142 млн, 2045 г. - 141 млн, 2050 г. - 140,5 млн. чел. В табл. 2 показано прогнозируемое изменение структуры промышленного производства по отраслям. Предполагается, что доля энергетического сектора будет снижаться с 22% в 2020 г. до 14 % к 2050 г., а доля высокотехнологичных отраслей машиностроения, химической промышленности - увеличится не менее чем на 35%. Прогрессивные изменения в структуре производства и в технологических процессах будут способствовать снижению материалоемкости и энергоемкости промышленной продукции. Таблица 2 Изменение структуры промышленного производства, % (базовый вариант)
Источник: оценка авторов. Согласно проведенному исследованию, за период 2025-2050 гг. потребление конечной энергии в России будет увеличиваться с замедлением темпов до 0,4% в год в консервативном сценарии и до 0,8% в год - в базовом (рис. 3 и 4). Можно ожидать, что Россия будет готова перейти на траекторию развития с практически постоянным потреблением ТЭР, характерную для стран ОЭСР. Повышение энергоэффективности экономики зависит от масштабов модернизации производственных мощностей с сокращением разрыва с параметрами наилучших доступных технологий. Предполагается, что к 2050 г. снижение энергоемкости ВВП в России составит 45-48%. Темпы этого снижения будут определяться вводами новых производственных мощностей и интенсивностью прогрессивных структурных сдвигов в экономике. Сопоставление результатов оценки будущего спроса на электроэнергию с существующими российскими прогнозами11 показано на рис. 5. Несмотря на то, что прогнозы в целом отличаются отчетной статистикой, целевыми установками, горизонтами прогнозирования, они довольно близки по своей динамике к описанному выше. По нашей оценке, к 2050 г. спрос на электроэнергию в России может возрасти: в консервативном варианте - на 30%, в базовом - на 47% за счет расширения электрификации во всех секторах экономики. В структуре электропотребления будет увеличиваться доля обрабатывающей промышленности, непроизводственной сферы, сельского хозяйства и транспорта. По прогнозу EIA (см. Outlook 2021), продолжится тенденция увеличения душевого электропотребления в европейских странах, США и Канаде, однако темпы его будут замедляться (рис. 6). Согласно полученному прогнозу, эта тенденция характерна и для России. В долгосрочной перспективе в России потребление электроэнергии на душу населения увеличится на 24% в консервативном варианте и на 40% в базовом под влиянием повышения уровня жизни населения и развития сферы услуг, роста жилищного строительства, а также продолжения электрификации всех секторов экономики. Влияние цифровых технологий на энергопотребление в секторе домохозяйствОдним из новых факторов, который необходимо учитывать в прогнозных исследованиях энергопотребления, является цифровизация. Согласно [20], применение цифровых технологий в инженерных системах зданий («умные» счетчики, датчики движения, освещенности, системы управления с алгоритмами прогнозного поведения потребителей) может обеспечить экономию энергии в секторе домохозяйств к 2040 г. порядка 10%. Наибольшая эффективность цифровых технологий предполагается в процессах отопления и кондиционирования зданий за счет установки датчиков температуры и интеллектуальных термостатов (15-50%, в зависимости от типа здания и системы управления). Снижение потребления электроэнергии не столь значительно, так как сами интеллектуальные элементы управления, подключенные устройства и датчики потребляют энергию для поддержания связи даже в режиме ожидания. Устройства активного контроля в мире в 2010 г. в среднем потребляли около 2 кВт-ч/кв. м в год, ожидается, что эта величина снизится до 1 кВт-ч/кв. м к 2040 г. Ранее проведенные экспериментальные расчеты (см. подробнее [21]) показали, что за счет реализации мировых тенденций распространения цифровых технологий в жилом комплексе России к 2050 г. можно ожидать снижения потребления тепловой энергии более, чем на 50%, электроэнергии - около 2%, общего энергопотребления - до 15%, по сравнению с вариантом сохранения существующих тенденций. Несмотря на всю условность подобной оценки12, она позволяет очертить возможный диапазон изменения энергопотребления с учетом фактора цифровизации жилого сектора. Возможное влияние крупномасштабного внедрения электромобилей в России на увеличение спроса на электроэнергиюВ работах [22-24] описываются подходы и даются прогнозные оценки потребления автомобильных топлив с учетом экологического фактора, развития межтопливной конкуренции, замещения традиционных нефтяных топлив альтернативными энергоносителями. Современным глобальным трендом становится перевод автотранспорта на электрическую энергию, а существующие прогнозы показывают стремительный рост парка электромобилей в будущем [25-28]. По мнению экспертов [12], для России очень важно проводить политику активной электромобилизации, включая развитие рынка электромобилей и соответствующей инфраструктуры (зарядных станций), стимулирование потребителей и коммерческих организаций (в частности, субсидирование и льготное налогообложение). При этом «оценки затрат на создание базовых условий не выглядят столь существенными по сравнению с возможными преимуществами». На основе проведенной авторами прогнозной оценки можно ожидать, что в 20402050 гг. при увеличении парка электромобилей до 20-35 млн ед. прирост спроса на электроэнергию дополнительно к базовому сценарию составит 77-130 млрд кВт-ч13. Этот результат позволяет приблизительно обозначить дополнительную потребность в электроэнергии, обусловленную распространением электрифицированного автомобильного транспорта, которую необходимо учитывать при разработке долгосрочных прогнозов развития электроэнергетики (табл. 3). Таблица 3 Оценка прироста потребления электроэнергии (по отношению к базовому сценарию) при крупномасштабном внедрении электромобилей в России на период 2030-2050 гг.
Источник: расчеты авторов. По оценкам МЭА, в долгосрочной перспективе ожидается значительное снижение использования традиционных видов топлив, а нефть окончательно потеряет свое доминирование к 2040 г. Основными заменителями нефтепродуктов в транспортном секторе будут, прежде всего, электроэнергия, затем природный газ, водород, биотопливо. Согласно результатам проведенного исследования, в долгосрочной перспективе темпы роста потребления энергии в России замедляются, что позволяет ей перейти на траекторию развития с практически постоянным энергопотреблением. В соответствии с глобальными тенденциями продолжится опережающий рост потребления электроэнергии как наиболее прогрессивного и универсального энергоносителя. Показано, что на рост потребления электроэнергии оказывают влияние факторы цифровизации и электрификации. Россия пока отстает от ведущих стран мира по применению цифровых технологий в секторах экономики и развитию электромобилей. Однако в будущем ситуация может существенно измениться в лучшую сторону. Этому должна способствовать реализация государственных программ по цифровой экономике, развитию искусственного интеллекта, производству и использованию электрического автомобильного транспорта на период до 2030 г.14 Появление «умных» технологий в секторах потребления и энергоснабжения, позволяющих повысить энергоэффективность экономики и оптимизировать работу энергосистем, объемы и режимы спроса, потребует дальнейшего развития существующих методических подходов и новых прогнозных исследований. 1 Исследование выполнено в рамках проекта государственного задания № FWEU-2021-0003 Программы фундаментальных исследований РФ на 2021-2030 гг. (рег. № АААА-А21-121012090014-5) и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-010-00204-а). 2 Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в РФ в 2020 г. Минэкономразвития РФ. URL: https://www.economy.gov.ru /material/file/ c3901dba442f8e 361d68bc019d 7ee83f/Energyeffi -ciency2020. pdf 3 Для сопоставления численных значений энергоемкости России и других стран ВВП оценивается в долларах 2015 г. по паритету покупательной способности валют. 4 Росстат России. URL: https://rosstat.gov.ru/ enterprise_industrial 5 EIA. International Energy Outlook 2021. URL: https://www.eia.gov /outlooks/ieo/ 6 См. Outlook 2021. 7 Energy Technology Perspectives 2020. IEA. URL: https://www.iea.org /reports/energy-technology -perspectives-2020 8 Росстат РФ, без учета личного автомобильного транспорта. 9 Министерство экономического развития РФ. URL: https://www.economy.gov.ru/ material/directions /makroec/ prognozy_ socialno_ ekonomich eskogo _razvitiya /prognoz_socialno_ ekonomicheskogo _r azvitiya_rossiyskoy _federacii _na_period _do_2036_goda.html 10 Росстат РФ. URL: https://rosstat.gov.ru/ compendium/document/ 13285?print=1 11 Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 г. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. № 1523-р. URL: https://minenergo.gov.ru/node/1026 Потенциальные возможности роста российской экономики: анализ и прогноз. Научный доклад ИНП РАН. URL: https://ecfor.ru/ publication/ potentsial -rosta-ekonomiki/ 12 Перспективы применения цифровых технологий в России связаны с большой неопределенностью и зависят от экономической ситуации, политики государства, доступности технологий, образа жизни населения и др. 13 Рассчитано без учета потребления электроэнергии на зарядных станциях и потерь. 14 Национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации» (Утверждена распоряжением Правительства РФ от 28 июля 2017 г. № 1632-р); Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на период до 2030 года (Утверждена Указом Президента Российской Федерации от 10 октября 2019 г. № 490); «Концепция по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года» (Утверждена распоряжением Правительства РФ от 23 августа 2021 г. № 2290-р). Литература/References
|