Возобновляемые источники энергии как способ рационального природопользования арктических государств: опыт Финляндии



В данной статье автором рассмотрены основные тенденции возобновляемой энергетики в Финляндии, приведена интерпретация и визуализация данных отчетов, выделены наиболее перспективные возобновляемые источники энергии в Финляндии.

Ключевые слова: Финляндия, возобновляемые источники энергии, ветрогенерация, биотопливо.

В настоящее время особенно острая необходимость внедрения систем электро- и теплоснабжения наблюдается в арктических регионах планеты. Арктика, внимание мирового сообщества к которой сейчас особенно велико ввиду наличия потенциальных запасов полезных ископаемых, нуждается в локальных системах подачи энергии ввиду нерациональности ее транспортировки на значительные расстояния. Данную проблему экологически безопасным способом могут решить возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Одним из лучших примеров использования возобновляемых источников энергии в условиях арктического климата служит уникальный опыт Финляндии, страны-председателя Арктического Совета, вклад который в развитии данной отрасли особенно велик.

Согласно данным доклада Renewable Status Report 2017, государственная поддержка в сфере развитие возобновляемой энергетики в 145 странах, выражающаяся в стимулировании и поощрении развития отрасли [9, c. 14]. Как в стране-члене Европейского Союза, основным документом, подчеркивающим необходимость внедрения ВИЭ в Финляндии, является Директива 2009/28/ЕС Европейского парламента и Совета ЕС от 23.04.2009 года «О стимулировании использования энергии из возобновляемых источников и внесении поправок в Директивы 2001/77/EC и 2003/30/EC с последующей отменой этих Директив». Данный документ обозначает необходимость разработки национальных планов, согласно которым «зеленая энергетика» должна стать неотъемлемой частью энергетического комплекса. Так ЕС планирует производить 20% энергии с помощью ВИЭ к 2020 году [2].

Стоит заметить, что нормативно-правовые акты, регулирующие отрасль в Финляндии, были приняты еще в конце 20 – начале 21 века. К ним относятся План действия по возобновляемым источникам энергии от 1999 года и Национальная стратегия по вопросам изменения климата от 2005 года. Инструментами поддержки развития ВИЭ являются налоговые льготы, созданные для производителей электричества, использующих ВИЭ; финансирование НИОКР, направленных на развитие технологий; государственные субсидии. В ближайшем будущем планируется введение системы квот обязательной закупки для поставщиков электроэнергии, которая вырабатывается за счет ВИЭ, а также введение системы так называемых «зеленых сертификатов» и льготных кредитов [9, c. 21].

Согласно Национальному плану Финляндии по стимулированию развития возобновляемых источников энергии к Директиве 2009/28/ЕС, общий объем энергии, произведенной с помощью ВИЭ, к 2020 году должен составлять 38% в структуре энергетического баланса [5]. Таким образом, основной целевой показатель по производству ВИЭ в Финляндии превышает средний целевой показатель ЕС на 18%. В 2016 году страна не только достигла целевого показателя, обозначенного в Директиве 2009/28/ЕС, но и превысила его на 7%.

В 2016 году в общем энергобалансе Финляндии объем энергии, произведенной с помощью ВИЭ, составил 45%. Значительную роль играет атомная энергия, на которую приходится 34% в общем энергобалансе, на традиционные источники энергии приходится 22% энергобаланса страны. Важно заметить, что Статистическое бюро Финляндии рассматривает гидроэнергетику в качестве возобновляемого источника энергии. В случае выделения в структуре энергобаланса данного источника энергии в качестве самостоятельного, его доля составляла бы 23% от общего энергобаланса, а доля ВИЭ без учета данного показателя – 22% (см. рис. 1) [10].

Рис. 1.Структура топливно-энергетического комплекса Финляндии в 2016 году (в %).

Источник: Statistics on production of electricity and heat, Statistics Finland and Electricity statistics. Finnish Energy Industries – Database. URL: http://www.stat.fi/til/salatuo/2016/salatuo_2016_2017-11-02_kuv_001_en.html (дата обращения: 5.04.2019).

Объем энергии, потребленный в Финляндии в 2016 году, составил 3,4 млн. тонн эквивалентно углеводородному топливу. При этом темпы прироста составили 2,9%, что выводит Финляндию на одиннадцатое место по объему энергии, произведенной с помощью ВИЭ, среди стран европейского региона. По отношению к базисному году (2010) наблюдалось увеличение объемов производства более чем на 21% (см. рис.2) [7, c. 12].

Рис.2. Динамика конечного потребления энергии, произведенной с помощью возобновляемых источников (ВИЭ) в период с 2006 по 2017 гг. (в млн. тонн эквивалентно углеводородному топливу).

Источник: составлено автором на основе данных BP Statistical Review of World Energy. June 2017. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp-country/de_ch/PDF/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf (дата обращения: 12.04.2019).

Биоэнергетика производит основные мощности ВИЭ страны (53% от общей мощности ВИЭ). Она опирается в первую очередь на отходы лесопромышленных комплексов (ЛПК) и деревообрабатывающей промышленности. Общий процесс производство биоэнергии представляет собой механическую, биологическую и химическую переработку данных видов сырья, а также получение тепла, электричества, продуктов химической промышленности. Потенциальный сырьевой спектр в Финляндии довольно-таки широк, процессы переработки происходят на специальных заводах, готовая продукция не ограничивается производством тепла путем сжигания сырья, а благодаря наличию технологий, позволяет производить электричество, попадающее в городские системы электроснабжения. Особое значение имеет использование так называемого черного щелока: объем продукции, произведенной с помощью него, в 2016 году составил 18% в общей структуре ВИЭ. Указанное вещество представляет собой отход лесной промышленности. Обработанный черный щелок – это продукт реакции древесины со щелочью, первичным материалом для которого служит сульфатная целлюлоза. Согласно прогнозам, с учетом того, что Финляндия производит 7,7 млн. т. сульфатной целлюлозы в год, объем энергии, полученный с помощью данного ресурса, может составлять 16,2*10³ГВт*ч/год [1, с. 106].

В Климатической и энергетической стратегии Финляндии говориться о необходимости производить 56 ТВт энергии к 2020 году (около 20% производственных мощностей ВИЭ) с помощью отходов лесной промышленности, одного из мощнейших секторов экономики Финляндии, имеющих экспортную ориентацию, и северные арктические районы страны будут играть решающую роль (см. рис.3).

Рис.3. Динамика конечного потребления энергии, произведенной с помощью биологических ресурсов в Финляндии в период с 2006 по 2016 гг. (в млн тонн эквивалентно углеводородному топливу).

Источник: составлено автором на основе данных BP Statistical Review of World Energy. June 2017. – URL: https://www.bp.com/content/dam/bp-country/de_ch/PDF/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf (дата обращения: 10.04.2019).

Особое стратегическое имеет использование биотопливо в арктических районах, занимающих 44% территории страны (включает Лапландию, а также Северную Остроботнию и Кайнуу). Потенциалы производства биоэнергии в Лапландии особенно велики ввиду того, что крупнейшие ЛПК страны и соответственно наибольший объем отходов деревообрабатывающей промышленности расположены в данном регионе. В ближайшем будущем китайский филиал компании Kaudi Group планирует строительство крупнейшего в стране завода по переработке биомассы в арктическом регионе страны Лапландии, в частности в городской коммуне Кеми. Согласно политике правительства, регион должен стать первым в стране по использованию технологий, предотвращающих выбросы СО₂. Объем инвестиций в данный проект составил 1 млрд долл. Согласно первичным подсчетам, биоэнергостанция сможет производить 225000 т биотоплива, причем 75% будет составлять биодизель [4].

Тем не менее, существует ряд рисков в связи с производством и переработкой биомассы. Во-первых, в целом в политике ЕС данный вид сырья не рассматривается в качестве потенциального для европейского рынка возобновляемых источников энергии, ввиду чего в настоящее время для компаний, получающих тепло- и электроэнергию не предоставляется определенных налоговых льгот и сертификатов, что может лишить данный вид ВИЭ привлекательности.

Ветроэнергетика стала рассматриваться в качестве потенциального ВИЭ в период с 2013 года, когда объемы конечного потребления электроэнергии с помощью ВИЭ составили более 0,1 млн тонн нефтяного эквивалента. Общие темпы прироста в период с 2008 года составили 30,1% (см. рис. 4) [3].

Рис.4. Динамика конечного потребления энергии, произведенной с помощью энергии ветра в Финляндии в период с 2008 по 2016 гг. (в млн тонн эквивалентно углеводородному топливу).

Источник: составлено автором на основе данных BP Statistical Review of World Energy. June 2017. – URL: https://www.bp.com/content/dam/bp-country/de_ch/PDF/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf (дата обращения: 10.04.2019).

К 2020 году планируется производство 6 ТВт энергии с помощью ветрогенерации (около 10,7% общей генерации энергии с помощью ВИЭ) [Х8]. Общее количество ветропарков – 204, они способны производить 4,1 ГВт электроэнергии ежегодно [6].

Самым масштабным проектом по созданию сети ветрогенераторов в Арктике является ветропарк Айос, находящийся неподалеку от города Кеми в районе Лапландии. Ветрогенераторы, способные работать в условиях арктического климата ииспользующие морской ветер, находятся на расстояние 2,6 км от побережья Ботнического залива. Ветропарк установлен на искусственно созданном острове, а общие производственные мощности составляют 30 МВт энергии. На данный момент в эксплуатацию введено четырнадцать ветрогенераторов, благодаря которым осуществляются поставки электричества с помощью кабеля на коммерческой основе. Отмечается, что данный ветропарк позволит обеспечить округ городской коммуны Кеми энергией, произведенный с помощью экологически чистого сырья. [8].

Исследования по адаптации работы ветрогенераторов в условиях арктического климата начались в 1980х годах, и сейчас Финляндия является лидером в данном направлении. Большая часть исследований проводится Техническим центром исследований Финляндии. Основным вопросом является проблема замерзания лопастей ветровых турбин, препятствующая их стабильной работе. Куда большую опасность представляют довольно-таки крупные глыбы льда, отлетающие с турбин в процессе их вращения после оттаивания и способные привести к повреждениям строений, человеческим травмам. Первоначально проблема решалась пассивным способом: ветрогенераторы окружались предупредительными знаками, обеспечивались соответствующим освещением либо проведением противообледенительных процедур, подразумевающих очищение турбин механическим способом. Однако инженерами-экологами признается, что единственным безопасным решением проблемы является внедрение систем, препятствующих замерзанию турбин,на ранних этапах разработки ветрогенераторов. Данные системы должны обладать способностью измерения температуры окружающего воздуха и управления отопительной системой, которые позволили бы контролировать уровень подачи тепла в ветрогенераторы. Первое коммерческое использование подобных разработок было запущено в 1996 году в Лапландии.

Другим вопросом является внедрение самих ветрогенерационных установок в грунт, представленный вечной мерзлотой. Процесс требует использование специальных технических средств. Нерешенной для Финляндии также является проблема отчуждения территорий, на которых находятся ветропарки. Однако инженерами-экологами научно доказано, что нарушения грунта и расчистка растительности, связанные с установкой ветрогенераторов, являются минимальными по сравнению со строительными работами на электростанциях, работающих на традиционных источниках энергии [5].

Таким образом, в ходе сбора, анализа, синтеза, сравнения, систематизации и графической интерпретации различных источников по проблематике использования возобновляемых источников энергии в качестве перспективного способа получения энергии в Финляндии был сделан ряд выводов:

1. Финляндия как страна-член Европейского союза и председатель Арктического Совета активно инвестирует в сектор ВИЭ. Страна достигла целевого показателя ЕС, так как доля ВИЭ в ее топливно-энергетическом комплексе составила 45%, согласно официальной статистике с учетом ГЭС; без их учета – 22%. Общий объем производства составил 4,1 млн. тонн углеводородного эквивалента. Важнейшую роль в развитии отрасли играет Национальный план Финляндии по стимулированию развития возобновляемых источников энергии к Директиве 2009/28/ЕС;
2. Основным сектором в структуре ВИЭ является производство энергии с помощью биологической массы, включая производство биотоплива, биодизеля, электроэнергии, тепла. Данное производство неразрывно связано с лесной промышленностью и агропромышленным комплексом, так как опирается преимущественно на продукты переработки и отходы данных производств. Наиболее перспективна биоэнергетика именно в арктических районах Финляндии, так как масштабы и потенциалы лесной промышленности в них наиболее велики. Несмотря на успехи отрасли, существует значительное количество экологических рисков, связанных с данным способом природопользования. Большая часть из них говорит о расточительном использовании биологических ресурсов и нерациональном сжигании сельскохозяйственных продуктов, что может стать угрозой продовольственной безопасности государства;
3. Получение энергии с помощью ветрогенероторов в арктических районах Финляндии также велики ввиду существующих климатических условий и наличия морских ветров. В 2016 году объемы производства составили 0,1 млн. тонн нефтяного эквивалента. 64% всех проектов страны по использованию ветрогенерации в условиях морского климата приходятся на арктические районы. Большая часть рисков секторе связана с адаптацией ветровых турбин к работе в условиях низких температур, однако финские компании с помощью специальных тепловых систем решают проблему, не снижая уровень рентабельности производства. Экологические риски связаны в первую очередь с нарушением грунтов и отчуждением земель. Проблема нарушения полетов птиц ввиду их попадания в лопасти турбин постепенно решается благодаря разработке специальных датчиков, способных распознавать движение живых организмов в воздухе.

Данные выводы позволяют подчеркнуть, что в наши дни возобновляемые источники энергии являются не просто способом рационального природопользования, направленного на сохранения окружающей среды, но и реальными производственными мощностями, способными решить проблему поставки тепло- и электроэнергии в условиях сурового арктического климата, что будет способствовать экологически безопасному освоению и развитию региона. Опыт Финляндии как страны-председателя Арктического Совета может стать полезным для России, ввиду наличия схожих климатических условий, и совместные российско-финские проекты смогут внести значительный вклад в переход к экологически чистому производству энергии в обеих странах.

Литература:

1. Григорай О.Б. Переработка черных щелоков сульфатного производства: учебное пособие/ СПбГТУРП. – СПб. 2012 – 106 с.
2. Директива Европейского парламента Совета Европейского Союза 2009/28/ЕС от 23 апреля 2009 г. о стимулировании использования энергии из возобновляемых источников, внесении изменений и дальнейшей отмене Директив 2001/77/ЕС и 2003/30/ЕС (действует с 23.04.2009). URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=INT&n=59462#09727315473834233
3. BP Statistical Review of World Energy. June 2017. – URL: https://www.bp.com/content/dam/bp-country/de_ch/PDF/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf.
4. Chinese investors move ahead in Finnish Lapland, will build €1 billion biofuel refinery. The Independent Barents Observer. – URL: https://thebarentsobserver.com/en/industry-and-energy/2016/12/chinese-investors-move-ahead-finnish-lapland-will-build-eu1-billion (дата обращения: 15.04.2019).
5. Finland's national action plan for promoting energy from renewable sources pursuant to Directive 2009/28/EC. Ministry of Employment and the Economy Energy Department. – URL: http://www.ebb-eu.org/legis/ActionPlanDirective2009_28/national_renewable_energy_action_plan_finland_en.pdf (дата обращения: 10.03.2018).
6. Finland wind farms database. Wind Energy Market Intelligence. – URL: https://www.thewindpower.net/store_country_en.php?id_zone=25 (дата обращения: 20.04.2019).
7. EU Guidance on wind energy development in accordance with the EU nature legislation / Wind energy developments and Natura; European Commission. – 2000. –12 p.
8. Kemi Ajoksen I Offshore Wind Farm [Электронныйресурс]. URL: http://www.4coffshore.com/windfarms/kemi-ajos-1-finland-fi01.html (дата обращения: 25.04.2018).
9. Renewables 2017: Global Status Report, 2017. – Key World Energy Statistics. – URL: http://www.rfc.kegoc.kz/images/RENEWABLES2017GLOBALSTATUSREPORT.pdf (дата обращения: 12.04.2019).
10. Statistics on production of electricity and heat. Finnish Energy Industries / Database. – URL: http://www.stat.fi/til/salatuo/2016/salatuo_2016_2017-11-02_kuv_001_en.html (дата обращения: 5.04.2019).