Теоретичний матеріал до теми 8: Роль біоекономіки в розвитку енергетичного сектору

Сучасна енергетична галузь має багато проблем, що пов’язані із вичерпністю викопних видів ресурсів паливних, негативним впливом господарської діяльності людей на навколишнє природне середовище, збільшенням потреби в енергії для задоволення потреб зростаючої кількості населення. Важливим питанням для України є також енергетична безпека, яка є однією із ключових складових економічної і національної безпеки. Також розвиток енергетики має вирішальний вплив на життєзабезпечення громадян, є базовим елементом, що гарантує цілісність та ефективність роботи всіх галузей і суб'єктів економіки. Одним із першочергових завдань державної політики будь-якої країни є забезпечення стабільного, економічно ефективного функціонування та екологічно прийнятного забезпечення енергетичними ресурсами економіки і соціальної сфери країни, а також створення умов для формування і реалізації політики захисту національних інтересів у сфері енергетичної галузі. Тому питання розвитку галузі енергетики та формування ефективного організаційно-економічного організму її функціонування постійно знаходяться в центрі уваги та є надзвичайно актуальними.

Енергетика – базис економічного розвитку будь-якої країни. Стабільна енергосистема –є основою сталого розвитку та економічної безпеки. Рівень її ефективності та правила, за якими вона функціонує, можуть створювати нові можливості або, навпаки, виступати в ролі стримувального фактору. Сьогодні всі сфери енергетики зазнають суттєвих змін в усьому світі. Україна не виняток, проте потребує набагато вищих темпів таких змін.

Нинішній стан енергетики характеризується як незадовільний. Обмеженість ресурсів та необхідність придбання їх за постійно зростаючими цінами, збільшення потреб у електриці, недостатній рівень диверсифікації джерел постачання енергоносіїв та технологій, політична нестабільність, складність економічних трансформацій, кліматичні, екологічні та багато інших факторів та чинників які спонукають до пошуку нових шляхів максимального задоволення потреб із мінімальним використанням наявних запасів. Одним із напрямів забезпечення вирішення вказаних проблем є розвиток альтернативних джерел енергії.

Відповідно до Закону України «Про енергозбереження» енергетика розглядається як сукупність галузей господарства, що вивчають і використовують енергетичні ресурси з метою вироблення, перетворення, передачі і розподілу енергії.

Енергетичні ресурси – це всі доступні для промислового та побутового використання джерела різноманітних видів енергії: механічної, теплової, хімічної, електричної, ядерної тощо.

Джерела енергії (енергетичні ресурси) – це матеріальні об'єкти, в яких зосереджена енергія, придатна для практичного використання людиною.

У наукових працях вітчизняних та зарубіжних вчених, українському та міжнародному законодавстві зустрічаються відмінні визначення, трактування і класифікація основних понять у галузі енергетичних ресурсів.

Енергетична галузь господарства безпосередньо пов’язана з енергоресурсами, тобто джерелами отримання електричної та теплової енергії.

Один з її видів – відновлювальна енергетика у якості енергоресурсів використовує природні відновлювані джерела енергії – сонячну, вітрову, геотермальну, гідроенергію тощо.

Розглядаючи сутність відновлюваних енергетичних ресурсів можна сказати, що цей термін походить від англійського «renewable energy sources» і має досить неоднозначне трактування як в Україні , так і у зарубіжних дослідженнях.

Вперше питання віднесення певних енергетичних ресурсів до категорії «відновлюваних» було висвітлене в Резолюції Генеральної Асамблеї ООН № 33/148 «Конференція ООН по новим і відновлюваним джерел енергії» в 1978 році. Тоді до нових і відновлюваних джерел енергії були віднесені: «сонячна енергія, геотермальна енергія, енергія вітру, енергія світла, енергія припливів і відливів, енергія хвиль і термального градієнта моря, енергія перетворення біомаси, енергія, що отримується за рахунок спалювання паливної деревини, деревного вугілля, торфу, горючих сланців, бітумінозних пісковиків, енергія використання тяглової худоби і гідроенергія.

У 2001 р. федеральним урядом Канади було визначено відновлювані джерела енергії як такі, що «поповнюються за рахунок природних процесів або на основі сталого управління виробництвом таким чином, щоб ресурси не виснажувалися при поточному рівні споживання», і виділено відповідні способи генерації електроенергії, виробленої з джерел, «які схильні виділяти близький до нуля або дуже низький рівень викидів парникових газів у процесі повного поновлюваного паливного циклу».

У рамках Статуту Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії (ІРЕНА) у статті 3 зазначено, що «відновлювана енергія означає всі форми енергії, що постійно виробляється відновлюваними джерелами, і до яких віднесено біоенергію, геотермальну енергію, гідроелектроенергію, енергію океану, включаючи енергію приливів і відливів, хвильову й теплову енергію океану, сонячну та вітрову енергію».

Міжнародне агентство ІРЕНА не надає повного переліку відновлюваних джерел енергії, а вказує на принцип, який лежить в основі існування відновлюваних джерел енергії та надати короткий перелік найбільш типових джерел. Це дозволить не вносити зміни до переліку, в разі подальших успіхів в науці в дослідженні Всесвіту на предмет відновлюваних джерел енергії.

Міжнародне енергетичне агентство (IEA) визначає відновлювальні джерела енергії як енергію, яка є похідною від природних процесів (наприклад, сонячного світла і вітру), і яка поповнюються з більш високою швидкістю, ніж споживається. До складу цих джерел входять сонячна, вітрова, геотермальна, гідроенергія, біоенергія і енергія океану є джерелами відновлюваної енергії.

Подібне визначення дає Австралійське агентство з відновлюваних джерел енергії: відновлювані джерела енергії -це енергія, яку можна отримати з природних ресурсів, які постійно поповнюються. До них відносять біоенергетичні, геотермальні, гідроенергетичні, хвиль океану, сонячні, вітрові.

Заслуговує на увагу визначення відновлюваних джерел енергії, здійснене Міжнародною організацією стандартизації (ISO).

Відновлюване джерело енергії – це джерело енергії, яке не виснажується в результаті його використання, так як воно природним чином поповнюється із більшою швидкістю, ніж швидкість його використання.

Примітка 1: Відновлювані джерела енергії не включають заміщену енергію або енергетичні втрати.

Примітка 2: Органічна фракція побутових відходів може розглядатися як джерело відновлюваної енергії.

Примітка 3: Енергія, накопичена в технічній системі, може бути чи не бути відновлюваною залежно від природи вихідного джерела енергії.

Примітка 4: Критерії для віднесення джерела енергії до поновлюваних можуть відрізнятися серед юрисдикцій, на основі місцевих екологічних чи інших причин. Цей стандарт призначений насамперед для використання технічними комітетами у підготовці стандартів відповідно до принципів цієї організації.

Національна лабораторія відновлюваних джерел енергії США трактує відновлювані джерела енергії як такі, що постійно поповнюються і на противагу викопному паливу ніколи не вичерпуються. До них належать: сонячна енергія, вітер, біомаса, геотермальна енергія, водень та інші засоби і види палива.

Неоднозначно трактують відновлювані джерела вітчизняні та зарубіжні вчені. Зокрема, досить широке визначення дає Дакалов М. В., відносячи до відновлювальних джерел енергії енергоресурси постійно існуючих на планеті природних процесів, а також продуктів життєдіяльності біоценозів рослинного і тваринного походження. Характерною особливістю є їх невиснажуваність або здатність відновлювати свій потенціал за короткий час – в межах терміну життя одного покоління людей.

На думку окремих зарубіжних вчених, до відновлюваних джерел енергії відносяться ресурси, які відтворюються природним шляхом в масштабах часу, співставного з тривалістю людського життя, такі як сонячне світло, вітер, дощ, припливи і відливи, хвилі і геотермальне тепло.

Наведені вище визначення поняття відновлюваних джерел енергії використовуються як протиставлення невідновлюваним (викопним) джерелам енергії. Тому до відновлюваних джерел відносять сонячну енергію, енергію вітру, біомаси, кінетичну та термальну енергію водних об’єктів (морів, океанів, річок, озер, водосховищ та ін.), а також стічних вод, геотермальну енергію (підземних вод, ґрунтів, гірських порід), аеротермальну (термальну енергію повітря). Проте такий підхід не узгоджується з загальноприйнятою класифікацією природних ресурсів за ознаками вичерпності та відновлюваності (не відповідає принципам узгодженості, ієрархічності, супідрядності одних термінів і понять іншим).

Відповідно до загальноприйнятої класифікації всі ресурси можна поділити на вичерпні та невичерпні, а вичерпні можуть бути відновлюваними та невідновлюваними.

Невичерпними енергетичними ресурсами є ресурси, використання яких не призводить до зменшення їх енергетичного потенціалу. Саме до них вважаємо логічним віднести сонячну, вітрову енергію, енергію водних потоків (річок, припливів та відливів, морських і океанічних хвиль та течій), гідро-, гео- та аеротермальну енергію та енергію космосу (рис.1).

Звичайно, у загальному сенсі не можна стверджувати, що якийсь ресурс взагалі невичерпний, оскільки в нашій реальності всі об'єкти і явища кінцеві. Але з певною долею припущення можна вважати, що деякі явища навколишнього світу настільки грандіозні, що в порівнянні з людською історією вони є вічними і невичерпними. Такі ресурси, як правило, є зовнішніми по відношенню до Землі або безпосередньо пов'язані з процесами, що відбуваються за межами біосфери. До таких ресурсів відносяться сонячна енергія і всі види енергії, з нею пов'язані. На думку більшості дослідників, Сонце існує близько 5 млрд років, виробивши за цей час тільки половину запасу свого ядерного палива. Тому в найближчому майбутньому цей джерело енергії можна вважати невичерпним.

Рис. 1. Класифікація енергетичних ресурсів

Вичерпні ресурси – це ресурси, які запаси яких обмежені і вони можуть бути повністю виснажені, якщо інтенсивність їх використання значно перевищує швидкість їх відтворення.

За природою енергоутворення вичерпні ресурси поділяють на відновлювані та невідновлювані енергетичні ресурси. У цій класифікації критерієм виступає здатність енергетичних ресурсів відтворюватися, тобто можливість збільшення або поновлення кількості використаного ресурсу за рахунок природних процесів чи цілеспрямованої діяльності людини.

Невідновлювані енергетичні ресурси це природньо утворені й накопичені в надрах планети запаси речовин, які здатні за певних умов звільняти енергію, що міститься в них. Вони не відтворюються природою, оскільки відсутні умови, в яких вони формувалися мільйони років тому, або відтворювальні терміни значно перевищують тривалість людського життя. До них належать всі викопні енергетичні ресурси – нафта, природний газ, вугілля, горючі сланці, ядерне паливо.

Відновлювані енергетичні ресурси визначаються як ті, що безперервно відновлюються самою природою (торф, деревина й біомаса тощо) або утворюються як результат життєдіяльності людини (тверді побутові відходи, осад станцій очищення комунальних стічних вод, теплова та кінетична енергія стічних вод, органічні відходи сільського господарства, лісівництва, промисловості, тощо), та швидкість їх відновлення співставна з темпами використання. У випадку, якщо втрата відновлюваних ресурсів (наприклад, вирубування лісу) починає перевищувати розміри їх природного відтворення, ресурси вичерпуються/

Міжнародною організацією стандартизації (ISO) також зроблено визначення переривчастих джерел енергії, які не є постійно доступними через чинники, що перебувають поза прямим контролем, і до яких віднесено сонце та вітер. У стандарті зазначено, що диспропорції між виробництвом енергії та попитом на енергію, спричинені переривчастими джерелами енергії, можна управляти за рахунок зберігання енергії.

В Україні в науковій та законодавчій сферах також відсутня єдина думка стосовно поділу енергетичних ресурсів на традиційні та нетрадиційні.

Досить часто у науковій літературі відновлювані джерела енергії відносять до нетрадиційних. Враховуючи, що більшість енергоресурсів, які прийнято вважати «нетрадиційними» (енергія води, Сонця, вітру тощо), почали використовувалися дуже давно, називати їх так не зовсім коректно.

Зокрема, у Законі України «Про енергозбереження» Законі ототожнюються нетрадиційні та поновлювані джерела енергії, до яких віднесено джерела, що постійно існують або періодично з'являються в навколишньому природному середовищі у вигляді потоків енергії Сонця, вітру, тепла Землі, енергії морів, океанів, річок, біомаси. Також у цьому Законі виокремлено вторинні енергетичні ресурси, які трактуються як енергетичний потенціал продукції, відходів, побічних і проміжних продуктів, який утворюється в технологічних агрегатах (установках, процесах) і не використовується в самому агрегаті, але може бути частково або повністю використаний для енергопостачання інших агрегатів (процесів). Проте, вторинні енергетичні ресурси доцільніше було б віднести до відновлюваних, оскільки вони можуть поновлюватися, а об’єднання традиційних і поновлюваних ресурсів в одну групу не є доцільним та виправданим.

У Законі України «Про альтернативні види палива» у статті 1 є таке визначення: «Нетрадиційні джерела та види енергетичної сировини – сировина рослинного походження, відходи, тверді горючі речовини, інші природні і штучні джерела та види енергетичної сировини, у тому числі нафтові, газові, газоконденсатні і нафтогазоконденсатні вичерпані, непромислового значення та техногенні родовища, важкі сорти нафти, природні бітуми, газонасичені води, газогідрати тощо, виробництво (видобуток) і переробка яких потребує застосування новітніх технологій і які не використовуються для виробництва (видобутку) традиційних видів палива». Крім цього, у цьому законодавчому акті нетрадиційні види енергетичних ресурсів прирівнюються до альтернативних. При цьому зазначено, що альтернативні види палива це тверде, рідке та газове паливо, яке є альтернативою відповідним традиційним видам палива і яке виробляється (видобувається) з нетрадиційних джерел та видів енергетичної сировини.

У державному стандарті України ДСТУ 2420-94 «Енергоощадність. Терміни та визначення» зазначається, що «поновлюваний енергетичний ресурс – це природний енергетичний, ресурс, який постійно поповнюється внаслідок природних процесів».

Законом України «Про альтернативні джерела енергії» не відмінено терміни «нетрадиційні джерела» та «поновлювальні джерела», й не визначено, які види енергетичних ресурсів до них відносяться. Проте у цьому законодавчому акті розмежовано за складом поняття альтернативних та відновлюваних джерел енергії. Зокрема, до альтернативних джерел енергії відносяться відновлювані джерела енергії (енергія сонячна, вітрова, геотермальна, гідротермальна, аеротермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів) та вторинні енергетичні ресурси (доменний та коксівний гази, газ метан дегазації вугільних родовищ, перетворення скидного енергопотенціалу технологічних процесів).

До відновлюваних джерел енергії віднесено відновлювані невикопні джерела енергії, а саме енергія сонячна, вітрова, аеротермальна, геотермальна, гідротермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів.

Таким чином, відсутність єдиного підходу до визначення відновлюваних джерел енергії, на сьогодні створює певні перепони на шляху до визначення конкретних механізмів регулювання та стимулювання розвитку альтернативної енергетики.

Незважаючи на зазначені вище фактори, в Україні активно розвивається відновлювальна енергетика.

За даними Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України Україна має значний технічно-досяжний потенціал виробництва енергоносіїв з відновлюваних джерел енергії та альтернативних видів палива, який становить понад 98,0 млн. т у. п. на рік (табл. 5).

Таблиця 5. Технічно-досяжний потенціал виробництва енергоносіїв з відновлюваних джерел енергії та альтернативних видів палива

В Україні серед ВДЕ енергії найбільший потенціал використання має біомаса, що робить її одним зі найперспективніших джерел чистої енергії в Україні. Так, таблиця 6 демонструє, що біомаса складає третину (31 млн. т у. п.) із загального обсягу заміщених традиційних паливно-енергетичних ресурсів. Це обумовлено особливостями клімату, потенціалом аграрного сектору і наявністю необхідної робочої сили.

За даними Біоенергетичної організації України енергетичний потенціал біомаси в Україні станом на 2018 рік склав 23 млн. т н. е.

Таблиця 6. Енергетичний потенціал біомаси в Україні

Основними складовими потенціалу є первинні відходи аграрного виробництва (солома, відходи виробництва кукурудзи на зерно і соняшника) та енергетичні культури, вирощування яких у промислових масштабах активно розвивається в країні останніми роками. У 2018 році економічний потенціал цих видів біомаси, доступний для виробництва енергії складав майже 10,14 млн. т н.е., що становило близько 44% загального потенціалу біомаси.

Енергетичний потенціал біомаси слід розглядати в контексті загального ресурсного потенціалу аграрного сектора, який визначається наявністю, якістю і збалансованістю природних, біологічних, матеріальних і трудових ресурсів, в процесі взаємодії яких реалізується їх інтегральна здатність виробляти адекватні обсяги і види продукції.

Ще однією складовою енергетичного потенціалу біомаси в Україні є енергетичні культури, які можна вирощувати на незадіяних у сільському господарстві землях. Якщо вирощувати енергетичні культури для виробництва твердого біопалива, на 1 млн. га, а також культур, призначених на виробництво біогазу, ще на 1 млн. га, сумарний потенціал становитиме 7,46 млн. т н.е./рік або 36% загального потенціалу біомаси в Україні. Однак, на жаль, цей напрямок розвивається сьогодні недостатньо швидко, і з 3-4 млн. га існуючих вільних земель сільськогосподарського призначення під енергетичні культури наразі задіяно тільки близько 4,8 тис. га.

Енергетичний потенціал деревної біомаси в Україні є порівняно обмеженим (близько 3,08 млн. т н.е./рік), а його використання – дуже високим (близько 90%). У даному контексті, очевидні величезні потенційні можливості України, що володіє величезними сировинними запасами для виробництва біопалива, проте на разі цей потенціал задіяний лише на 2 – 4% і залишається значним чином невикористаним через відсутність інвестицій у сучасні технології вирощування та переробки біомаси. Повне використання цього потенціалу може скласти близько 20% річних енергетичних потреб України. На найближчі 10 років можна прогнозувати подальше збільшення енергетичного потенціалу агробіомаси за умови росту врожайності сільськогосподарських культур (пшениці, кукурудзи на зерно). Тому, на перспективу найбільш доцільним нарощування виробництва енергії з біомаси за рахунок агробіомаси і енергетичних культур.

За даними Державної служби статистики, виробництво первинної енергії з усіх джерел в Україні за період з 2007 р. до 2017 р зменшилось на 23147 тис т. н.е. (на 30,7%), при цьому імпорт зменшився на 45,7%. Загальне постачання первинної енергії в Україні скоротилося за період із 2007 до 2017 р. з 139,3 млн т н. е. до 89,6 т н. е., тобто на 35,72% або на 4% щорічно. Така тенденція пов'язана як з кризовими явищами в економіці та військово-політичною ситуацією в державі, так і з впровадженням заходів енергоефективності.

Наразі енергетична політика ЄС направлена на досягнення цілі по скороченню енергоспоживання на 20% до 2020 р. порівняно з 2005 р. Враховуючи євроінтеграційні наміри України, необхідно забезпечити стабільне скорочення енергоспоживання у довгостроковій перспективі. У грудні 2015 р. був затверджений Національний план дій з енергоефективності до 2020 року, який передбачає скорочення кінцевого енергоспоживання на 9% від середнього рівня 2005-2009 р. Одним з варіантів такої цілі може бути скорочення загального постачання первинної енергії в Україні на 20% до 2050 р. порівняно з 2014 р., в першу чергу - за рахунок підвищення енергоефективності та енергозбереження.

У жовтні 2012 року ухвалено Рішення Ради Міністрів Енергетичного Співтовариства D/2012/04/MC-EnC “Про впровадження Директиви 2009/28/ЕС і внесення змін до Статті 20 Договору про заснування Енергетичного Співтовариства” (далі – Рішення), згідно з яким кожна Сторона за Договором повинна ввести в дію закони, нормативно-правові та адміністративні положення, необхідні для виконання вимог Директиви Європейського Парламенту та Ради 2009/28/ЄС від 23.04.2009 про заохочення до використання енергії, виробленої з відновлюваних джерел. Зазначеною Директивою 2009/28/ЄС встановлюються обов’язкові національні цілі у сфері відновлюваної енергетики насамперед для того, щоб надати певні гарантії інвесторам та заохотити до розвитку новітніх технологій та інновацій у цій сфері.

Згідно з Рішенням Україна взяла на себе зобов’язання до 2020 року досягти рівня 11% енергії, виробленої з ВДЕ в загальній структурі енергоспоживання країни, що є потужним стимулом для подальшого розвитку використання відновлюваних джерел енергії в Україні. А от Енергетична стратегія України на період до 2035 року визначає стале розширення використання всіх видів відновлюваної енергетики, яка стане одним з інструментів гарантування енергетичної безпеки держави. Наведені у таблиці 7 дані вказують на поступовий розвиток альтернативної енергетики України. Так, у 2018 році енергія біопалива та відходів складала вже 3195 тис. т н.е. (на 6,9 % більше попереднього року).

Таблиця 7. Енергоспоживання на основі відновлювальних джерел енергії

Як видно із табл. 7, частка постачання відновлюваної енергії протягом останніх 10 років збільшувалась і у 2018 р. складала 4,6%. Найбільшу частку у структурі відновлюваних джерел енергії в Україні займає біоенергетика, що позитивно впливає на стан навколишнього середовища.

Енергетична стратегія України на період до 2035 р. передбачає досягнення обсягів енергії, виробленої з відновлюваних джерел енергії до 25% в загальній структурі. Законом України щодо стимулювання виробництва теплової енергії з альтернативних джерел енергії визначено тариф на теплову енергію, що виробляється з альтернативних джерел на рівні 0,9 від діючого тарифу на тепло з газу або середньозваженого в регіоні первинного постачання енергії).

Закон України «Про внесення змін до деяких законів України щодо забезпечення конкурентних умов виробництва електроенергії з альтернативних джерел енергії» від 04.06.2015 визначає «зелені» тарифи на електроенергію, вироблену із альтернативних джерел (табл. 8).

Таблиця 8. «Зелені» тарифи на електроенергію, вироблену із альтернативних джерел, EUR/MВт.г

Для порівняння, необхідно зазначити, що «зелений» тариф на біомасу у таких країнах, як Польща складає - 38 EUR/МВт.гв, Німеччина – 100 EUR/МВт.гв. Відповідно до зазначеного Закону, в Україні надбавка за використання обладнання українського виробництва складає 5-10% до тарифу. Після 2020 року сектор відновлюваної енергетики в Україні може демонструвати приріст близько 1% на рік і досягти 40% від загального постачання енергії у 2050 році. Таким чином, розвиток біоекономіки сприятиме суттєвому зменшенню використання викопних видів палив в Україні до 2050 року, наслідком чого буде значне скорочення викидів парникових газів. Це дозволить Україні досягнути цілі щодо скорочення викидів парникових газів та забезпечити виконання глобальної цілі щодо недопущення збільшення температури на Землі більш ніж на 2°С до 2100 року. Біоенергія в даний час є ключовим елементом у всіх напрямках політики в області зміни клімату ЄС, а також у багатьох країнах-членах ЄС.

Оголошена новою Європейською Комісією мета переходу ЄС до кліматично нейтрального розвитку до 2050 року, викладена у стратегії “Європейська Зелена Угода” (European Green Deal), зумовить істотне пришвидшення енергетичних трансформацій в країнах ЄС, що відображатиметься на усіх сферах економіки, а також на співпраці з іншими країнами Європи та світу. Ці трансформації стануть одночасно великим викликом та можливістю для України як держави, що має надзвичайно амбітну Угоду про асоціацію з ЄС і є стороною Договору про заснування Енергетичного Співтовариства.