Министерство Энергетики

Ключевые тенденции потребления энергии в XXI веке

Кирилл ДЕГТЯРЕВ
МГУ им. М.В. Ломоносова, географический факультет, научно-исследовательская лаборатория ВИЭ

Введение. Постановка задачи, информационная база и методика

Рост производства и потребления энергии, с одной стороны – ключевое условие и индикатор экономического развития, с другой – фактор роста нагрузки на окружающую среду, рисков дефицита энергетических ресурсов и природно-­техногенных катастроф.
Таким образом, актуален анализ реального положения дел и тенденций в мировой энергетике, основанный на максимально полной информации по миру в целом и отдельным регионам в пространственно-­временном разрезе, и выстраивания реалистичных прогнозов на его основе.
Данное исследование посвящено решению этой задачи на первом этапе – оценки объёмов и динамики энергопотребления в мире и ключевых регионах. На основе этого могут быть обозначены возможные сценарии роста энергопотребления в мире до 2050–2100 гг.
Информационной основой для исследования является статистическая информация ведущих мировых агентств и корпораций (ООН, Международное энергетическое агентство, Всемирный банк, British Petroleum) по энергопотреблению и численности населения.
Прогнозирование энергопотребления проведено на основе выявления ключевых трендов роста и их изменений в XX – начале XXI века с региональной дифференциацией. С этой целью проведены сопоставления статистических данных и расчёты ряда производных показателей.

Динамика мирового потребления энергии
в XIX–XXI веках

Динамика мирового потребления энергии тесно связана с темпами роста населения.
Мировое потребление первичной энергии до XX века росло невысокими темпами. К 1800 году оно составляло менее 6 тыс. ТВт·ч, а к 1900 году выросло примерно вдвое, до 12 тыс. ТВт·ч в год [1]. В XX веке происходит ускорение роста энергопотребления, и к 2019 оно увеличилось до 160 тыс. ТВт·ч [2], или в 13 раз по сравнению с началом XX века.
В свою очередь, мировое население в течение XIX века выросло с 1 до 1,6 млрд [3], а к 2019 году увеличилось почти в 5 раз и достигло 7,7 млрд [4].
В то же время, если до 1970‑х годов фиксируется ускорение роста обоих показателей, то далее, в последние 50 лет, оно сменяется их устойчивым замедлением. Потребление энергии на душу населения также растёт, но, если до 1970‑х годов темпы роста увеличились, позже обозначилась тенденция к замедлению (таблица 1).

Таблица 1. Динамика численности населения и энергопотребления в мире

В то же время, в некотором диапазоне колебаний сохраняется достаточно стабильное соотношение прироста численности населения и энергопотребления (таблица 1), при этом, в отличие от других показателей, как на интервале 1800–2019 гг., так и на отрезке 1970–2019 гг. (рис. 1–2).

Рис. 1. Темпы среднего годового роста численности населения и энергопотребления в 1800–2019 гг.
Рис. 2. Темпы среднего годового прироста численности населения и энергопотребления в 1970–2019 гг.

Это соотношение варьировалось в течение 1800–2019 гг. в диапазоне от 1,1 до 2. Среднее значение за весь период составило 1,6, за 1970–2019 гг. – 1,4. В среднем мы можем принять его равным 1,5. Иными словами, на каждый 1 % годового прироста населения в среднем приходится 1,5 % прироста энергопотребления.
Допустив сохранение данного соотношения на уровне 1,5 в долгосрочной перспективе и прогнозы ООН по численности населения (средний, максимальный и минимальный) до конца XXI века [4], мы можем рассчитать и вероятный уровень годового энергопотребления на этот период.
Расчёт в соответствии со средним вариантом роста населения даёт рост валового мирового энергопотребления примерно в 1,4 раза к 2050 году и в 1,7 раза – к 2100. Исходя из максимального прогноза, годовое потребление энергии человечеством должно вырасти в 1,6 раза к 2050 году и в 2,8 раза – к 2100 году (таблица 2).

Таблица 2. Расчёт мирового потребления энергии в XXI веке

Расчёт, исходя из минимального сценария, даёт рост в 1,2 раза к 2050 году, за которым, как минимум, последует прекращение роста.
Такой рост энергопотребления требует реализации масштабных и сложных решений, в том числе в возобновляемой энергетике, находящихся в разработке в настоящее время [5]. При этом, речь идёт не только о тех или иных частных решениях, но и принципиально новых подходах ко всей организации энергетики [6].
В то же время, приведённый выше расчёт не учитывает ряда реальных факторов, включая региональную специфику и неравномерность роста мировых регионов.

Динамика и прогноз потребления энергии в XXI в. с учётом региональной специфики

Подробнее региональный аспект был рассмотрен в [7]. В данном случае используем упрощённый подход, предполагающий разделение мира на три части:
Запад (в мир-системном анализе – Центр).
Субсахарская Африка (без ЮАР; периферия и глубокая периферия).
Остальной мир (преимущественно полупериферия).
Под Западом (Центром в мир-системном анализе) понимается Северная Америка (США и Канада), Европа (без государств бывшего СССР), Япония, Австралия и Новая Зеландия.
Субсахарская Африка – территория к югу от группы североафриканских арабских государств; в данном случае, рассматривается без ЮАР, относящейся к группе более развитых государств.
Остальной мир – разнородная система, включающая следующие основные макрорегионы: Китай, Индия и другие страны Южной и Юго-­Восточной Азии, Ближний Восток (Западная и Юго-­Западная Азия и Северная Африка), Россия и сопредельные государства бывшего СССР, Центральная и Южная Америка.
Три данные группы стран резко различаются, в том числе, показателями душевого энергопотребления (таблица 3).

Таблица 3. Показатели энергопотребления в основных мировых регионах, 2019 г.

Показатели душевого потребления энергии в странах Запада в три раза выше среднемировых и в 30 раз выше африканских. Достижение данного уровня остальным означало бы рост мирового энергопотребления к концу века до 550 тыс. ТВт·ч – в 3,5 раза, при среднем, и 780 тыс. ТВт·ч – почти в 5 раз, при максимальном варианте роста населения.
В свою очередь, в Африке душевое потребление энергии в 12 раз ниже среднемирового; более того, оно в 3,4 раза ниже среднемирового уровня 1800 года.
В то же время, тенденции энергопотребления у этих трёх групп различны. Запад прошёл пик не только абсолютного, но и душевого энергопотребления в 1990‑е годы (таблица 4), с начала XXI века оба показателя снижаются; при этом рост численности населения приблизился к нулевым отметкам.

Таблица 4. Динамика потребления энергии в странах Запада

Применение отдельно к Западу представленного выше глобального подхода, основанного на 1,5‑кратном росте энергопотребления относительно роста численности населения не представляется возможным, и целесообразно допустить нулевой рост в долгосрочной перспективе.
Ситуация в Субсахарской Африке кардинально отлична (таблица 5). Там сохраняются высокие темпы роста населения с некоторым замедлением со второго десятилетия XXI века. Энергопотребление испытало кризис в 1980–2000 гг., когда оно «не успевало» за ростом населения и снижалось. Однако с начала XXI века Африка выходит на траекторию ускоряющегося роста.

Таблица 5. Динамика потребления энергии в странах Субсахарской Африки (без ЮАР)

По отношению к Африке данный подход также вряд ли может быть применён. Он означал бы крайне медленный рост душевого энергопотребления и сохранение континента в положении глубокой периферии с бедственным социально-­экономическим положением на протяжении всего XXI века. В [7] для расчёта энергопотребления в Субсахарской Африке мы исходили из допущения о сохранении 2 %-ного роста душевого энергопотребления, однако и этот сценарий не означает качественного скачка в развитии региона; в этом случае даже среднемировой уровень 1800 года будет достигнут только во второй половине XXI века.
В связи с этим, допустим, что при благоприятных условиях регион достигнет текущего среднемирового уровня потребления без учёта Запада – около 18 000 кВт·ч к 2050 году. Это означает ежегодный рост на 8 %, что не имело прецедентов на столь длительных временных интервалах в течение XIX – начале XXI века, но, исходя из эффекта низкой базы, данный сценарий представляется возможным. Далее можно предположить снижение до 0 % в течение следующих 10 лет – до 2060 г., со стабилизацией в дальнейшем.
Что касается остального мира (таблица 6), то, при всех внутренних различиях, в целом он прошёл стадию максимального роста, маркирующую период мощного индустриального развития, и в 2010‑е годы переходит к той же тенденции к снижению, что и в странах Запада в 1970‑е, т. е. 40–50 лет назад.

Таблица 6. Динамика потребления энергии в мире (кроме Запада и Субсахарской Африки)

В данном случае, возможно допустить плавное снижение роста душевого потребления с 2,5 % до 0 % в течение ближайших 40 лет – до 2060 года, после чего – стабилизацию на нулевой отметке.
Результаты расчёта уровня потребления энергии, исходя из принятых выше допущений по регионам (Запад, Субсахарская Африка, остальной мир) и среднему варианту ООН роста населения, представлены в таблице 7.

Таблица 7. Расчёт мирового потребления энергии в XXI веке по регионам (при среднем варианте роста населения)

В данном случае мировое потребление достигает более высоких значений, чем по расчётам на основе соотношения прироста населения и энергопотребления на глобальном уровне – рост относительно нынешнего уровня в 1,8 раза к 2050 году и более, чем в 2 раза к 2100 году.
Основная причина – существенно более высокие темпы роста, заложенные в расчёт для стран Субсахарской Африки: 20‑кратный рост к середине века и почти 3‑кратный к 2100 г. Основная часть роста придётся на первую половину XXI века. Это неизбежно для преодоления отсталости в странах периферии, но вызывает серьёзные опасения экологического характера. В то же время, для данной группы стран сохраняется большой резерв роста за счёт неуглеродной энергетики, включающей атомную и возобновляемую.

Структура мирового потребления энергии
и ресурс развития неуглеродной энергетики

Вопрос структуры энергопотребления и её динамики также подробно рассматривался в [7]. Здесь мы кратко сопоставим объёмы неуглеродной энергетики в странах Запада и других регионах.
Рассмотрим Запад без учёта Канады и Австралии. Тогда это территория площадью менее 15 млн км2 с населением около 1 млрд человек. В свою очередь, Субсахарская Африка (кроме ЮАР) – территория площадью более 20 млн км2 с такой же, на данный момент, численностью населения.
В структуре энергопотребления стран Запада (без Канады и Австралии) на неуглеродные источники приходится (на 2019 год):
атомная энергия – 4 360 ТВт·ч;
гидроэнергия – 2 250 ТВт·ч;
другие ВИЭ – 4 100 ТВт·ч.
Всего: неуглеродные источники – 10 700 ТВт·ч (или 21 % в структуре энергопотребления).
На данный момент это в совокупности в 6,3 раз больше всего энергопотребления Субсахарской Африки (в т. ч. атомная – в 2,6 раза, гидроэнергетика – в 1,3 раза, другая возобновляемая энергетика – в 2,4 раза). Даже если рассматривать достигнутые Западом значения как предел роста [7], это означает наличие у субсахарского региона 6–7 кратного резерва наращивания энергопотребления только за счёт неуглеродных источников. По имеющимся данным, Субсахарская Африка начала движение именно по этому пути.
Сопоставление с другими регионами низкоширотного пояса также показывает у них наличие существенного резерва неуглеродного энергетического развития.
В частности, в Центральной и Южной Америке (территория – 20 млн км2, население – 650 млн) общее неуглеродное энергопотребление составляет 2 800 ТВт·ч в год, что в 3,8 раза ниже западного уровня. Четырёхкратный рост неуглеродного потребления в данном регионе означает рост на 70 % общего энергопотребления региона.
Страны Южной и Юго-­Восточной Азии (Пакистан, Индия, страны п-ова Индокитай, Индонезия) в совокупности занимают площадь чуть менее 10 млн км2, население – около 2,3 млрд чел. Исходя из этого, их можно сопоставить со странами Западной Европы, занимающими площадь около 3 млн км2 при населении около 500 млн чел., т. е. имеющими близкие значения плотности населения. В западноевропейских странах совокупное неуглеродное энергопотребление составляет 7000 ТВт·ч (22 % в общей структуре энергопотребления), в странах ЮЮВА – 1700 ТВт·ч (9 % в структуре энергопотребления), или в 4 раза меньше. Иными словами, с поправкой на площадь и численность населения регион имеет, теоретически, 8‑кратный резерв роста неуглеродного энергопотребления – до почти 14 000 ТВт·ч, что означало бы рост общего энергопотребления почти на 70 %.
Страны Ближнего Востока (Северная Африка, Западная и Юго-­Западная Азия) занимают общую площадь около 10 млн км2, население около 500 млн чел. Объём неуглеродного потребления составляет 200 ТВт·ч (1,6 % в общей структуре). Его рост до уровня Западной Европы означает рост общего энергопотребления на 55 %.
Теоретически, резервы роста неуглеродной энергетики у данных регионов существенно выше. Это связано с более высоким теоретическим потенциалом (прежде всего, солнечной энергии, а также избытком трудовых ресурсов. Опыт реализации проектов, в частности, солнечных станций в Египте, Катаре, Индии показывает и существенно меньшие инвестиционные и операционные затраты на производство энергии по сравнению с западными странами. Следует отметить, что связка между возобновляемой и атомной энергетикой [8] и, в целом, развитие многоукладной энергетики [9] являются ключевыми факторами неуглеродного энергетического развития, в том числе в данных странах.

Выводы

В мире идёт смена тренда развития энергетики, проявляющаяся в прекращении роста потребления первичных энергоресурсов в странах Запада (центра) на фоне продолжения, хотя и с преобладающей тенденцией к замедлению, роста в странах Азии и Латинской Америки и признаков начала активного роста в Субсахарской Африке.
Расчёт динамики потребления энергии в XXI веке на основе эмпирического соотношения, связывающего глобальный прирост численности населения и энергопотребления, показывает рост годового энергопотребления в мире при среднем сценарии ООН по росту численности населения в 1,4 раза – до 230 тыс. ТВт·ч к 2050 году и в 1,7 раза до 270 тыс. ТВт·ч к 2100 году.
Расчёты с учётом региональной специфики, включающей потребность регионов периферии в мощном социально-­экономическом развитии, дают более высокие цифры: порядка 300 тыс. ТВт·ч (почти 2‑кратный рост) к 2050 году и 340 тыс. ТВт·ч к 2100 году. Более высокие цифры связаны, в наибольшей степени, с увеличением прогнозов по росту душевого энергопотребления в Субсахарской Африке, где в данный момент оно крайне низкое – примерно в 30 раз ниже показателей стран Запада, в 12 раз ниже текущих средних мировых показателей; более того, в 3 раза ниже средних мировых показателей начала XIX века.
Возникает конфликтная ситуация между потребностями незападных регионов мира, в социально-­экономическом росте, и экологическими соображениями. Вместе с тем, расчёты показывают наличие у стран полупериферии и глубокой периферии на ближайшие десятилетия существенных резервов роста энергообеспечения за счёт неуглеродной энергетики, включающей атомную, гидроэнергетику и другие возобновляемые источники. В частности, для Субсахарской Африки он может быть оценён как 6–7‑кратный, и в 55 %-70 % – для таких регионов, как Латинская Америка, Южная и Юго-­Восточная Азия и Ближний Восток, что может стать существенным фактором снижения экологической нагрузки при обеспечении экологического развития.
С большой вероятностью, именно данные регионы станут ведущими по темпам роста неуглеродных энергетических мощностей в ближайшей перспективе.

Статья посвящена памяти профессора А. А. Соловьева, подсказавшего автору некоторые идеи.